Physical Review 2008/3. 98.o.

20083

МУМІЧНІ ЧИСЛА, БЛАГОРОДНИЙ АТОМНИЙ ЯДР

Елекес Золта
MTA ATOMKI, Дебрецен

У розумінні будови і поведінки атомів створення оболонкової моделі атомів у 1910-х і 1920-х роках мало принципове значення. Сьогодні ми знаємо, що атом складається з невеликого, позитивно зарядженого ядра та електронів навколо нього. Проста, приваблива взаємодія між ядром та електронами одночасно утримує атом, і за допомогою цієї взаємодії ми також можемо дізнатися, що електрони можуть використовуватися енергетично. Через великі різниці енергій між електронними оболонками створюються атоми з електронним числом 2, 10, 18, 36, 54 або 86, тобто закрита оболонка, які називаються благородними газами. Ці атоми реагують з іншими речовинами з дуже малою ймовірністю, з атомами важко утворювати зв’язки і збуджувати їх непросто.

Подібні явища можна спостерігати і для ядер. У 1940-х Марія Гепперт-Майєр (рис. 2), яка отримала другу Нобелівську премію з фізики в 1963 р., Друга жінка у світі, працювала з Едером Теллером (рис. 2) у Чикаго. Стимул Теллера почав займатися механізмом утворення хімічних елементів, для чого він вивчав частоту елементів та їх відносний розподіл ізотопів. З даних вже було показано, що процес утворення легких і важких елементів суттєво відрізняється; Гепперт-Майєр зосередився на важких елементах (Z ≥ 34) і досяг революційних результатів. Він виявив дивовижні закономірності і зрозумів, що деякі елементи з числами нейтронів і протонів мають особливе значення. Як показано на малюнку 3, наприклад, елементи, що містять N = 50, 82, 126 нейтронів та/або Z = 50, 82 протони, є більш поширеними, ніж інші елементи в їх середовищі.

Інші експериментальні дані (наприклад, перерізи захоплення нейтронів) також свідчать про те, що згадані числа нейтронів та протонів були дещо розрізнені. Коли Гепперт-Майер поділився своїми спостереженнями зі своїм колегою, Вігнером Дженх (рис. 4), який на той час був уже визнаним вченим, назвав явища дещо скептичними, що можна було уявити за популярною ядерною моделлю епохи, рідина модель. Таким чином Вігнер став тезкою вищезазначених спеціальних чисел, які зараз називають лише магічними цифрами. Геппер-Майер та Ганс Йенсен, повністю незалежні від нього, незабаром дали інтерпретацію цих чисел, що зробило модель оболонки ядер надзвичайно успішною. [1-2].

Модель оболонки ядер

Енергетичне розташування шарів (також відомих як одночастинні стани) в ядрі значною мірою визначається ефективним регулятором потенціалу, тому правильний його вибір надзвичайно важливий. Якщо за основу взяти потенціал гармонічного осцилятора, ми все ще далеко від рішення, але в поєднанні з врахуванням того, що нуклони, оточені іншими, не піддаються чистій силі. Технічно це можна зробити, наприклад, беручи до уваги потенційно термін, пропорційний імпульсу колії. Положення отриманих лотків видно на лівій стороні малюнка 5. Доріжки розташовані в оболонках, і з’являються магічні цифри. Перші три магічні числа правильно вказані як 2, 8 та 20, але інші (28, 50, 82, 126) Гепперт-Майєр та Йенсен першими пояснили Малюнок 5 видно праворуч. Важливо зазначити, що крім середнього потенціалу, енергія та порядок ниток можуть бути змінені в невеликій кількості і можуть бути вилучені із закритих оболонок.

Ядерна фізика з пучками радіоактивних іонів

У японському прискорювальному комплексі перший етап у виробництві пучків радіоактивних іонів наближається до досліджуваного ізотипу, але порівняно важча маса стійких ядер створюється у відносно великому пучку (відносно великому).

100 МеВ/нуклон) циклотрони або лінійні прискорювачі та циклотрони послідовно. Цей пучок вставляється з правильно підібраною так званою первинною мішенню (зазвичай берилієм або танталом), де ядра в пучку іонів розпадаються, утворюючи масу фрагментів нейтрон-протона. Досліджуваний ізотоп, як правило, утворюється з низькою частотою, так що пучок іонів потрібно очистити. Це робиться за допомогою магнітного сепаратора, але доступний нам пучок радіоактивних іонів не буде абсолютно однорідним, тому ядерні види в ньому повинні бути ідентифіковані. Це досягається за допомогою техніки часу польоту енергії втрат. Оскільки наш іонний пучок має багато енергії, він проходить через щось

мм товщини матеріалу, він втрачає лише невелику кількість енергії і трохи фільтрується, що не заважає вимірюванню, але виробляє сигнал, який можна обробити. Таким чином, час польоту можна точно визначити за допомогою швидких пластикових сцинтиляторів з гарною роздільною здатністю часу, розташованих на відстані декількох метрів, а втрати енергії можна ідеально визначити за допомогою кремнієвих детекторів з чудовою енергетичною роздільною здатністю. Оскільки іони nyalбbot alkotу repьlйsi йs час energiavesztesйge mбs-mбs цsszefьggйsben tцmegьkkel, tцltйsьkkel йs sebessйgьkkel якщо бbrбzoljuk хket egymбs fьggvйnyйben, індивідуальний ionnyalбbfajtбk йlesen elkьlцnьlnek egymбstуl, так як він є одним з kнsйrletьnk lбtszik також ionnyalбb-azonosнtбsi бbrбjбn (6 бbra). Цей пучок радіоактивних іонів спрямований до вторинної цілі за допомогою сфокусованих магнітів, який обраний відповідно до властивості цікавить нас радіоактивного ізотопу. Мішень слід опустити для різних продуктів реакції (електромагнітного випромінювання, близьких і легких іонів до маси іонів у падаючому пучку, нейтронів), оскільки задіяний ряд різних процесів. Вони контролюються і визначаються за допомогою добре сегментованих високоефективних детекторних систем, побудованих навколо і після цілі.

Дослідження захворюваності нейтронним числом N = 20

A 27 Корпус ядра

Для цього був підготовлений радіоактивний пучок іонів 28 Ne для формування стабільних іонів 40 Ar з енергією 94 МеВ/нуклон для мішені 18 см Ta при 0,5 см. Після очищення іонного пучка від ненавмисних частин ізотопи, показані на малюнку 6, залишились у пучку радіоактивних іонів. Цей пучок був спрямований до вторинної, рідкої водневої мішені. Тут, серед іншого, відбувались реакції розпилення нейтронів, під час яких у збудженому стані утворилося 27 ядер Ne. Під час переходів у основний стан були випущені γ-фотони, які були виявлені системою 146 сцинтиляторів NaI (Tl), розміщених навколо цілі. Оскільки в рідкому водневому продукті утворюється цілий ряд різних ізотопів, різні частинки повинні були визначатися за втратами енергії (Δ E) та загальною енергією (E). Основою ідентифікації і тут було те, як згадані величини залежать від маси, заряду та швидкості ізотопів. На рисунку 7 чітко виділені світлі криві лінії, що відповідають кожному неоновому ізотипу.

Записуючи таким чином вхідні та вихідні канали реакції, визначали γ-спектр, що належить ядру 27 Ne, що видно на рис. 8. Оскільки збуджені іони рухались приблизно з 30% швидкості світла, завдяки ефекту Доплера спектр повинен був спотворюватися і проводитись корекція в знанні положення детекторів. Після цього вже добре видно два піки енергії 765 кеВ та 904 кеВ, які відповідають збудженому стану ядер 27 Ne. Порівнюючи це з теоретичними прогнозами, ми дійшли висновку, що захворюваність нейтронним числом N = 20 зникає із шляху стабільності.

Випадок ядра 23 O

Спектр енергії збудження ядра 23 O, показаний на рисунку 10, був реконструйований з нейтронних та 22 O ізотопних векторів імпульсів, випромінюваних під час розпаду 23 O. Два піки спостерігалися при 4 МеВ та 5,3 МеВ. Базовий стан 23 O раніше ідентифікували з нейтроном s 1/2, тому експериментальний, нижчий пік енергії міг бути пов'язаний з високою безпекою для нейтрона d 3/2. Хоча ми не могли однозначно стверджувати про природу піку 5,3 МеВ, його, звичайно, можна знайти на нагрівачі N = 20, його можна віднести до одного з нейтронних пучків (f 7/2, p 3/2). Це означає, що утворився великий теплообмінник приблизно 4 МеВ N = 16, тоді як N = 20 зменшився до 1,3 МеВ, тобто замість цифри 20, 16 кісточка виявилася чарівною. Результати експерименту не залежать від теоретичних розрахунків, але якщо порівняти їх, ми прийдемо до висновку, що існує модель шкіри, прогнози якої узгоджуються з нашими спостереженнями. Не детально описуючи модель, варто зазначити, що вона забезпечує механізм зміни магічних чисел, який може пояснити як крайність надлишку нейтронів, так і властивості ядер у смузі стійкості.

Короткий зміст та перспективи

Навесні 2007 р. Завод радіоактивних іонних променів (RIBF) першим поставив іонні пучки в дослідницькому інституті RIKEN, що відкриває нову еру в галузі ядерної фізики та застосування. Segнtsйgйvel the nehйz nuclei elйrhetjьk also tartomбnyбban або megkцzelнthetjьk the neutronelhullatbssi-line, котрий вже маєте ядра alapбllapota не kцtctt, іs якщо не sytбlhatunk nytn nbgn nt ngbbt nbt nbt nbbt.

  1. Fйnyes T. in Nuclear Physics (ed. Fйnyes T.) Kossuth University Edition (2005) 227.
  2. Макінтош Р., Аль-Халілі Дж., Джонсон Б., Пена Т. в "Атомне ядро". Подорож у колір матерії. Академічне видання (2003) 70.
  3. Zs Dombrбdi.: Перебудова теплової структури в екзотичних ядрах. Фізичний огляд 57 (2007) 221.

Він виступав у Фізику Вандоргюлесена 2007 року.

Наше дослідження підтримується офіційною співпрацею між OTKA (F60348, T68801) та RIKEN-ATOMKI. Діяльність автора також підтримує Фонд Боляя.