КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 17-12-01170

НазваниеЭкзотические ядра на границе нейтронной стабильности и реакции с ними

РуководительПенионжкевич Юрий Эрастович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионМеждународная межправительственная научно-исследовательская организация Объединенный институт ядерных исследований, Московская обл

Годы выполнения при поддержке РНФ 2017 - 2019 

КонкурсКонкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-102 - Физика ядра

Ключевые словаТяжелые ионы, экзотические ядра, область стабильности, границы нуклонной стабильности,нейтроноизбыточные ядра, магнитный спектрометр, ядерная астрофизика.

Код ГРНТИ29.15.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Основной задачей, которая будет решена в рамках предлагаемого проекта, является получение ядер в диапазоне 6≤ А ≤ 60, находящихся вблизи границ нейтронной стабильности, и исследование особенностей их взаимодействия с другими ядрами. Кроме того, планируется получение информации об их необычных свойствах (кластеризация, структура ядер, их деформации, энергии связи нейтронов и др.). Одной из задач в решении этой проблемы является поиск оптимальных реакций с пучками тяжелых ионов различных энергий. Искусственный синтез экзотических ядер является чрезвычайно сложной задачей, требующей нетрадиционных методов решения. Предполагается использовать реакции фрагментации ядер редких изотопов (36S, 48Са, 56Fe, 70Zn) промежуточных энергий (до 100 МэВ/нуклон), реакции многонуклонных передач с этими же пучками при энергиях до 20 МэВ/нуклон, прямые реакции с пучками легких ядер (Li, Be, C). Эксперименты будут проводиться на циклотронах ЛЯР ОИЯИ в Дубне, а также на ускорительных комплексах других научных центров - ГАНИЛ (Франция), Циклотронной лаборатории Яваскюльского университета (Финляндия), Циклотронной лаборатории Техасского университета (Колледж Стэйшен, США). Совместно с этими лабораториями будет проведен цикл исследований механизмов различных реакций с тяжелыми ионами, приводящих к образованию экзотических ядер на границах нуклонной стабильности. Другой важной задачей этого проекта является выбор и использование высокоэффективных, чувствительных методик регистрации, идентификации и измерения свойств экзотических ядер и характеристик продуктов реакций с ними. Сечения процесса образования таких ядер чрезвычайно малы (сечения их образования могут составлять несколько нанобарн, 10-33 см2). С этой целью будут использоваться имеющиеся в группе спектрометры и детекторные системы. Предполагается их модернизация в рамках заявленного проекта. В экспериментах будут использоваться магнитный спектрометр (МСП-МАВР) на циклотроне У-400 ЛЯР ОИЯИ, фрагмент-сепаратор КОМБАС на промежуточных энергиях циклотрона У-400М ЛЯР ОИЯИ и различные детекторные системы, в том числе 4π-гамма спектрометр (установка МУЛЬТИ) и 4π-нейтронный детектор (установка ТЕТРА), которые будут адаптированы и модернизированы в процессе выполнения проекта. Таким образом, в ЛЯР с использованием перечисленных выше спектрометров будут получены экзотические супер-нейтроноизбыточные ядра (6,8Не, 9-13Li, 12-14Be и др.) и проведены исследования реакций их взаимодействия с другими ядрами. На одном из каналов циклотрона У-400 на основе магнитов снижения будет создана система монохроматизации пучков, которая позволит в сочетании с магнитным анализатором МСП-МАВР получать пучки с высоким энергетическим разрешением (не хуже 250 КэВ). Для этих исследований предполагается также использовать возможности получения относительно интенсивных пучков радиоактивных ядер на циклотронном комплексе (ДРИБс) ЛЯР ОИЯИ. Таким образом, предполагаемая программа реализации проекта будет включать в себя: 1. Создание новых и модернизация имеющихся в группе методик прецизионного измерения характеристик продуктов ядерных реакций (угловых распределений, энергетических спектров, импульсных распределений) на основе магнитного анализатора высокого разрешения (МАВР) и различных детекторов для регистрации гамма- квантов и нейтронов (установка МУЛЬТИ). 2. Поиск оптимальных ядерных реакций синтеза супер-нейтроноизбыточных (экзотических) ядер на границе нуклонной стабильности с использованием первичных пучков ядер редких изотопов (36S, 48Ca, 56Fe, 70Zn). 3. Получение пучков легких экзотических ядер (6,8Не, 9,11Li, 11,14Be и др.) с интенсивностью 10^3 – 10^6 с-1. 4. Экспериментальные исследования особенностей взаимодействия экзотических ядер в широком диапазоне энергий от 5 до 50 МэВ/А (измерение с высоким разрешением полных сечений реакций, выделенных каналов реакций, угловых и импульсных распределений, функций возбуждения отдельных каналов реакций). 5. Измерение новых возбужденных состояний в экзотических ядрах. 6. Поиск кластерных состояний и новых видов распада (нейтронный, кластерный распад) легких экзотических ядер. Заявленная в проекте задача является одной из самых актуальных проблем ядерной физики - исследование ядерной материи в экстремальном состоянии (в данном случае - экстремальном по изотопическому спину - соотношению числа нейтронов к протонам). Методы и возможности, которые будут использоваться в данном проекте позволят решить ее на самом высоком современном уровне.

Ожидаемые результаты
Будет получена новая информация о необычных свойствах изотопов легких ядер, находящихся вблизи границ нейтронной стабильности (влияние нейтронных гало на усиление сечения реакций, вероятности глубоко подбарьерных реакций, проявление в реакциях необычной структуры ядер, в том числе кластерной, их деформации, энергии связи нейтронов и др.). Полученные данные позволят получить сведения о свойствах ядер, находящихся в экстремальном по изоспину состоянии (экзотических ядер). Это поможет расширить наши стандартные представления о свойствах ядер, удаленных от линии стабильности (появление новых магических чисел и их влияние на стабильность ядер, проявление новых видов деформации, в частности сосуществование нескольких видов деформации в одном ядре, значительное изменение нуклонных радиусов при приближении к границам стабильности и др.). Полученная информация может использоваться для экстраполяции характеристик экзотических легких ядер в более тяжелую область масс ядер, в том числе и в область сверхтяжелых элементов. Активное сотрудничество заявленной группы с научными центрами Франции, США и Финляндии позволит получить конкурентоспособные результаты, соответствующие мировому уровню. В процессе выполнения поставленной задачи будут решаться также важные научно-методические задачи, например, будут испытаны новые типы детекторов (стриповые полупроводниковые, алмазные, сцинтилляционные на основе новых СеBr3 сцинтилляторов, газовые нейтронные детекторы на основе 3Не-счетчиков) для создания и использования на их основе новых радиационно-стойких детекторов ядерных излучений. Полученные физические результаты будут чрезвычайно важны для решения проблем нуклеосинтеза в астрофизике.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Проведены измерения полных сечений реакций взаимодействия 6,8He, 9,11Li с ядрами Si с использованием трансмиссионного метода (полупроводниковые и сцинтилляционные детекторы, входящие в установку МУЛЬТИ). Были проведены расчеты по определению эффективности регистрации продуктов ядерных реакций (нейтронов и гамма-квантов) с помощью программного комплекса GEANT4. Калибровка установки МУЛЬТИ показала высокую эффективность регистрации продуктов ядерных реакций, совпадающую с расчетной (около 60%). Для вторичного пучка ядер 9Li была измерена функция возбуждения реакции взаимодействия 9Li с ядрами Si в широком диапазоне энергий (5 - 40 А МэВ) с использованием разработанного в группе оригинального трансмиссионного метода, основанного на регистрации энергетических потерь в материале (dE) Si – детектора, выполняющего роль мишени. n- и γ- излучение регистрировалось 4pi-сцинтилляционным спектрометром и являлось тригером при регистрации факта произошедшей реакции. В реакции 9Li + Si обнаружено локальное повышение величины полного сечения в интервале энергий 10 - 30 АМэВ. В реакции 6He + Si также наблюдалось увеличение сечения в области энергий 10 - 20 АМэВ. Был проведен теоретический анализ на основе численного решения нестационарного уравнения Шредингера для внешних нейтронов ядер-снарядов. Предложенная в работе нестационарная модель показывает, что перераспределение внешних слабосвязанных нейтронов ядер 6He и 9Li в процессе столкновения изменяет реальную и мнимую части потенциала взаимодействия, что может являться причиной локального повышения полного сечения реакции. Это повышение наиболее заметно в области энергий, при которых относительная скорость ядер близка по величине к средней скорости внешних нейтронов в исследуемых легких слабосвязанных ядрах. Таким образом, структурные особенности легких слабосвязанных ядер оказывают непосредственное влияние на энергетическую зависимость полного сечения, и это влияние наиболее существенно при относительных скоростях, сравнимых со средней скоростью внешних нейтронов в ядрах 6Не и 9Li. Этот новый обнаруженный эффект требует дальнейшего изучения, как теоретического, так и экспериментального. В частности, было бы интересно исследовать другие комбинации снарядов и мишеней, например, использовать 12С или 27Al в качестве мишени, что позволит подтвердить или опровергнуть предположение о том, что обнаруженный эффект связан именно со структурой легкого ядра-снаряда. Эти исследования предполагается продолжить в течение 2018 года. Эксперименты по определению вероятности нейтронного распада проводились с использованием разработанного и изготовленного участниками проекта уникального детектора нейтронов на основе 3Не – счетчиков. С его помощью были определены с высокой точностью вероятности нейтронного распада ядер у границы нейтронной стабильности в районе нейтронной оболочки с N=50 (82,83,84Ga (N=51,52,53). Для ядер 82,83,84Ga впервые обнаружены гамов-теллеровские резонансы и получены новые свидетельства проявления β-задержанных вероятностей нейтронного излучения. Подобный результат существования т.н. пигми-резонанса Гамова-Теллера был впервые обнаружен при Z = 36 и проявлялся в ядрах до 79Ni. Было показано, что в области энергий возбуждения ниже гигантского гамов-теллеровского резонанса расположены так называемые пигми-резонансы. Проведенный теоретический анализ показал, что пигми-резонансы являются коллективными зарядово-обменными возбуждениями и хорошо описываются как в самосогласованном микроскопическом подходе, так и в приближенном методе, использующем квазиклассические идеи. Ранее анализировалось проявление пигми-резонансов в силовых функциях бета-распада, где эти резонансы рассматривались как изобарические коллективные состояния. Полученный результат важен для описания структуры ядер у границ нейтронной стабильности, а также для астрофизики при решении проблемы нуклеосинтеза во Вселенной. Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Страсбургского университета (Франция), Института ядерной физики (Орсе, Франция), Манчестерского университета (Англия), и ЦЕРНа. В совместных экспериментах с физиками в Техасе проведены пробные эксперименты по получению радиоактивного пучка 8B и изучению упругого рассеяния 8B на 208Pb. На циклотроне Явяскюльского университета в мае 2017 г. проведены эксперименты по измерению влияния кластеров и гало-структур возбужденных состояний на сечения реакций передачи. На ускорительном комплексе радиоактивных пучков DRIBs в ЛЯР ОИЯИ были получены вторичные пучки 6Не и измерены сечения взаимодействия ядер 6Не в реакциях (6He + 45 Sc). Анализ полученных данных в рамках решения нестационарного уравнения Шредингера (TDSE) показал хорошее согласие расчетов с экспериментальными данными. Был сделан вывод о влиянии внешних нейтронов в 6Не на вероятность протекания реакции. Впервые в реакции 6He+197Au было обнаружено значительное увеличение сечения передачи нейтронов в глубокоподбарьерной области энергий. В 2017 г. в международных конференциях приняли участие 8 человек, в частности: “Ядро 2017’, г. Алма-Ата, Казахстан - 4 человека, “Ядерные реакции со стабильными и радиоактивными пучками”, г. Варна, Болгария – 3 человека, “Ядерная астрофизика”, г. Катанья, Италия – 1 человек. Ссылка на установку МУЛЬТИ: http://flerovlab.jinr.ru/flnr/multi.html

 

Публикации

1. - Физики с высокой точностью определили вероятность нейтронного распада Газета.ру, Газета.ру 18.08.2017 | 13:04 (год публикации - ).

2. - Физики из России узнали, как часто нейтроны (сбегают) из атомов РИА НАУКА, РИА НАУКА 13:5217.08.2017 (год публикации - ).

3. - С высокой точностью определена вероятность нейтронного распада ряда ядер в средней области масс Новости ОИЯИ, Новости ОИЯИ, выпуск 4, 2017 г (ISSN 0134-4811) (год публикации - ).

4. - Физики из России узнали, как часто нейтроны "сбегают" из атомов Новости РНФ, Новости РНФ 17 августа 2017 (год публикации - ).

5. Верней Д., Тестов Д., Ибрагим Ф., Пенионжкевич Ю., Розири Б., Смирнов В., Дидержан Ф., Фланаган К., Франко С., Кузнецова Е., Ли Р., Марш Б., Матеа И., Пай Х., Сокол Е., Стефан И., Сузуки Д. Pygmy Gamow-Teller resonance in the N=50 region: New evidence from staggering of β-delayed neutron-emission probabilities Phys.Rev. C., Phys.Rev. C 95, 054320 (2017) (год публикации - 2017).

6. Науменко М. А., Пенионжкевич Ю. Э., Самарин В. В., Скобелев Н.К. Neutron transfer in reactions with light weakly-bound nuclei Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, Eurasian Journal of Physics and Functional Materials 2017, V.1,№1, p.25-29 (год публикации - 2017).

7. Пенионжкевич Ю. Э., Соболев Ю. Г., Самарин В. В., Науменко М. А. Особенности полных сечений реакций со слабосвязанными ядрами 6He, 9Li. Ядерная Физика, ЯФ. 2017. Т. 80. № 5. С. 525-538. (год публикации - 2017).

8. Пенионжкевич Ю. Э., Соболев Ю. Г., Самарин В. В., Науменко М. А. Study of enhancement of total cross sections of reactions with 6He, 6,9Li nuclei Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, Eurasian Journal of Physics and Functional Materials 2017, V.1, №1, p.12-18 (год публикации - 2017).

9. Соболев Ю. Г., Пенионжкевич Ю. Э., Азнабаев Д., Земляная Е. В., Иванов М. П., Кабдрахимова Г. Д., Кабышев А. М., Князев А.Г., Куглер А., Лашманов Н.А., Лукьянов К. В., Май А., Маслов В. A., Мендибаев К., Скобелев Н. К., Слепнев Р.C., Смирнов В. И. "Experimental Study of the Energy Dependence of the Total Cross Section for the 6He + natSi and 9Li + natSi Reactions" Physics of Particles and Nuclei, Physics of Particles and Nuclei, 2017, Vol. 48, No. 6, pp. 922–926. (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Экзотические состояния ядерной материи, т.е. ядер, находящихся в экстремальных состояниях- с высоким спином, большой деформацией, высокой плотностью и температурой, ядра, обогащенные нейтронами или протонами на границе нуклонной стабильности , играют важную роль в исследованиях фундаментальных свойств ядер, приближающих нас к получению уравнения состояния ядерной материи. Это несомненно имеет большое значение при экстраполяции характеристик микромира в макромир, представляющий нашу Вселенную. Синтез и изучение нейтроноизбыточных изотопов имеют две основные цели: установление местоположения границ нейтронной стабильности и получение информации о свойствах экзотических ядер вблизи этих границ. С развитием ускорительной техники стало возможным получать ускоренные пучки вторичных радиоактивных ядер. В связи с этим открылись новые широкие возможности для изучения, как структуры самих легких экзотических ядер, так и особенности ядерных реакций под действием этих ядер. Чрезвычайно важным является получение новой информации о ядрах, находящихся вблизи границы нуклонной стабильности, так как для свойств таких ядер можно ожидать (и уже экспериментально наблюдаются) существенные отклонения от общеизвестных закономерностей. Здесь удобными объектами для исследования служат ядра в области малых Z. Однако, принципиальным является вопрос о том, насколько общими могут быть выводы, сделанные для столь небольшого количества ядер. Ответ на этот вопрос также может дать только эксперимент. Синтезу и исследованию необычных свойств ядер на краю нейтронной устойчивости (супернейтроноизбыточных ядер) посвящены исследования, выполняемые в рамках проекта РНФ 17-12-01170. Задача получения и исследования таких экзотических ядер состоит из трех проблем. Первая - нахождение оптимальных ядерных реакций наиболее эффективных для синтеза супер нейтронно-избыточных ядер. Второе - выбор и создание современной высокочувствительной методики для регистрации и исследования свойств таких ядер, образующихся с малой вероятностью и третье - проведение собственно экспериментальных исследований с экзотическими ядрами с использованием разнообразных чувствительных детекторных систем. Выбор этих систем определяется задачей исследований - регистрация самих ядер или ядерных систем, регистрацией излучений при их распаде (нейтроны, гамма-кванты, кластеры и др.) и продуктов взаимодействия таких ядер с ядерной материей. В рамках выполнения настоящего проекта были исследованы на ускорителях тяжелых ионов при разных энергиях (это определяло каналы ядерных процессов от реакций передачи нуклонов до фрагментации) различные механизмы реакций, приводящие к ядрам переобогащенным нейтронами. В этих экспериментах, проводимых нами в ЛЯР ОИЯИ в коллаборации с национальным центром ГАНИЛ (Франция) были измерены сечения и другие характеристики продуктов различных реакций под передними углами. Т.е. по направлению первичного пучка, интенсивность которого составляла 10^12 частиц в секунду. На этом фоне необходимо было четко выделить продукты реакции с интенсивностью несколько ядер в секунду. Разделение продуктов реакций и ядер первичного пучка производилось с помощью магнитных спектрометров-сепараторов, созданные специально для подобных экспериментов (МАВР и ЛИЗ ). Были определены оптимальные реакции, позволяющие получать новые ядра с максимальным числом нейтронов. Интересный результат был получен для реакции взаимодействия ядер 18O с энергией 8,5 МэВ/А, с мишенью 238U. В этой реакции было обнаружено значительное увеличение сечения для получения экзотических ядер в результате передачи большого количества нейтронов от ядра мишени ядру бомбардирующей частицы [I.Stefan et all. Neutron-rich nuclei produced at zero degrees in damped collisions induced by a beam of 18O on a 238U target. Physics Letters B 779 (2018) 456–459]. Сравнение экспериментальных результатов с расчетами, основанными на разработанных в рамках данного проекта модели, учитывающей механизм такой глубоконеупругой передачи, показало возможность такой реакции передачи для получения экзотических ядер с максимальным сечением. Полученый результат оказался важным в связи с созданием нового поколения магнитных спектрометров нулевого угла (МАВР в Дубне и S3 в GANIL) [В.А. Зернышкин и др. Траектории движения заряженных частиц в магнитном анализаторе высокого разрешения (МАВР). Письма ЭЧАЯ, т.15, вып.5, 2018. ]. И наконец, с использованием наших результатов были получены относительно интенсивные вторичные пучки радиоактивных ядер от 6,8Не до 9,11Li. С помощью этих пучков удалось провести прецизионные, высокочувствительные эксперименты по исследованию их взаимодействия с другими ядрами. Ядра, полученные в виде пучков являются по своей структуре экзотическими (6,8Не состоят из альфа частичного кора и “гало” из 2 и 4 нейтронов соответственно, 9,11Li тоже можно представить в виде альфа частичного кора и “гало” из дейтронных и нейтронных кластеров). Такая структура этих ядер определяет особенности механизма их взаимодействия с другими ядрами. В рамках настоящего проекта были измерены энергетические зависимости полных сечений реакций взаимодействия ядер 6,8Не до 6,9,11Li с ядрами в широком диапазоне энергий бомбардирующих части – от подбарьерных до 50 МэВ/нуклон (около 0,5 Гигоэлектронвольт) [A M Kabyshev1 et all., Some peculiarities of interactions of weakly bound lithium nuclei at near-barrier energies. J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 45 (2018) 025103 (16pp), M A Naumenko, Yu E Penionzhkevich et all., Journal of Physics: Conf. Series 1023 (2018) 012018 ]. В экспериментах были получены интересные результаты, свидетельствующие о значительной величине вероятности реакций с этими ядрами (сечении реакций) при энергиях ниже кулоновского барьера, где реакции в принципе не должны протекать. Также было показано, что при энергиях около 20-30 МэВ/нуклон в энергетических зависимостях сечений взаимодействия экзотических ядер наблюдается некий максимум, существенно превышающий традиционную плавную зависимость, описываемую обычными формулами для стандартных связанных ядер. На основе большого набора данных был проведен сравнительный анализ основных сечений экспериментального взаимодействия (угловые распределения дифференциальных сечений и полных сечений реакций) для слабосвязанных ядер гелия и лития (6,8Не, 6,9.11Li) с помощью решения нестационарного уравнения Шредингера в сочетании с расчетами по статистической модели. Экспериментальные особенности в околобарьерных и высоких энергиях энергетических зависимостях сечений образования нейтроноизбыточных изотопов объяснены различным характером эволюции плотности вероятности нейтронов ядер-снарядов в ходе их столкновения. Проще говоря, было показано влияние нейтронов и нейтронных кластеров в экзотических ядрах на вероятность протекания реакций. В подбарьерной области энергий нейтроны помогают ядрам преодолевать кулоновский барьер и играют роль “ядерного клея” при слиянии двух ядер. При больших энергиях (20-30 МэВ/нуклон), когда скорости нуклонов в ядрах сравниваются со скоростью движения самого ядра (энергия Ферми) увеличивается вероятность реакций передачи нуклонов от ядра-снаряда ядру-мишени. Эти результаты важны не только с точки зрения понимания свойств ядерной материи (микромира), но и для моделирования процессов, происходящих в космосе (макромире). Например, полученные значения сечений взаимодействия нейтроноизбыточных ядер могут изменить сценарий образования легких элементов в процессе нуклеосинтеза. Все исследования выполнены в сотрудничестве с Национальным центром ГАНИЛ (Франция), Техасским университетом (Колледж Стейшен, США), ИЯФ (Орсе, Франция), Национальным университетом им.Гумилева (Астана,Казахстан), Институтом ядерной физики (Ржеж, Чешская Республика), Институтом ядерной физики им. Неводничанского (Краков, Польша). В коллаборации с Циклотронным институтом Техасского университета (США) проведен эксперимент по измерению вероятностей реакций слияния ядер 8В ( ядро с протонным гало). Анализ полученных результатов позволит сравнить влияние протонного и нейтронного гало на увеличение сечений реакции. Это позволит проверить возможность предложенного нами теоретического подхода для нейтроноизбыточных ядер, для протоноизбыточных ядер, что даст в дальнейшем возможность одинакового подхода для описания механизма взаимодействия тех и других ядер. Все это было осуществлено в 2018 году в рамках проекта. Таким образом все запланированные в рамках настоящего проекта научные исследования были выполнены. Полученные нами результаты, докладывались на следующих международных конференциях: "Международная конференция EURORIB 2018", г. Жиенс, Франция - 1 участник, "Кластеры в ядерной физике 2018" США - 1 участник, "Международная конференция Ядро 2018", г. Воронеж, Россия - 4 участника, "Ядерные реакции c тяжелыми ионами 2018" Польша – 1 участник, "Международный симпозиум по экзотическим ядрам EXON 2018 ", г. Петрозаводск, Россия - 5 участников, "Международная молодежная научная школа-конференция Современные проблемы физики и технологий", г. Москва, Россия - 1 участник. Ссылки в интернете: http://flerovlab.jinr.ru/flnr/multi.html http://flerovlab.jinr.ru/flnr/mavr.html http://exon2018.jinr.ru/

 

Публикации

1. Джансетов Д.М., Лукьянов С.М., Мендибаев К., Пенионжкевич Ю.Э., Скобелев Н.К., Соболев Ю.Г., Кутербеков К.А., Валиолда Д.С., Жолдыбаев Т.К. Investigation of the elastic and inelastic scattering of 3He from 9Be in the energy range 30–60MeV International Journal of Modern Physics E, International Journal of Modern Physics E Vol. 27, No. 10 (2018) 1850089 (год публикации - 2018).

2. Зернышкин В.А., Маслов В.А., Пенионжкевич Ю.Э., Казача В.И., Колесов В.А., Тарасов О.Б. Charged Particle Trajectories in the MAVR High-Resolution Magnetic Spectrometer Physics of Particles and Nuclei Letters, Physics of Particles and Nuclei Letters, 2018, Vol. 15, No. 5, pp. 531–536. (год публикации - 2018).

3. И.Стефан, Б.Форнал, С. Леон, Ф.Азалес, К.Портал, Ж.К.Томас, А.В.Карпов, Д.Акерман, П.Бендарчук, И.Блюменфельд, С.Калинэску, А.Чбихи, М.Кемал, Н.Кеплика- Neutron-rich nuclei produced at zero degrees in damped collisions induced by a beam of 18O on a 238U target Physics Letters B, PhysicsLettersB779(2018)456–459 (год публикации - 2018).

4. Лукьянов С.М., Деникин А.С., Науменко М.А., Буржан В., Тржашка В.Х., Харакех М., Етассе Д., Кроха В., Мразек Ж., Мендибаев К., Сивачек И., Глаголев В., Пискор С., Пенионжкевич Ю.Э., Скобелев Н.К., Стефан И., Верней Д., Кутербеков К., Жолдыбаев Т. Cluster Structure of 9Be by Scattering of Deuterons Journal of Physics: Conf. Series, Journal of Physics: Conf. Series 1023 (2018) 012027 (год публикации - 2018).

5. Науменко М.А., Пенионжкевич Ю.Э., Самарин В.В., Соболев Ю.Г. Role of external neutrons of weakly bound nuclei in reactions with their participation Journal of Physics: Conf. Series, Journal of Physics: Conf. Series 1023 (2018) 012018 (год публикации - 2018).

6. Самарин В.В., Пенионжкевич Ю.Э., Науменко М.А., Скобелев Н.К. Near-Barrier Proton Transfer in Reactions with 3He Nucleus Bulletin of the Russian Academy of Sciences, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2018, Vol. 82, No. 6, pp. 637–642. (год публикации - 2018).


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В 2019 году проводилась работа по обработке и анализу экспериментальных данных по исследованию структуры слабосвязанных ядер 6,8He, 9Be, 9,11Li , 8B и ее влияние на вероятность различных каналов реакции и полное сечение реакций в диапазоне энергий 10-30 МэВ/А.При этих энергиях в функциях возбуждения полных сечений реакций взаимодействия этих ядер наблюдалось существенное повышение сечения в виде широкого максимума ("бампа").В рамках выполнения настоящего проекта в 2019 году были исследованы на ускорителях тяжелых ионов при разных энергиях (это определяло каналы ядерных процессов от реакций передачи нуклонов до фрагментации) различные механизмы реакций, приводящие к ядрам переобогащенными нейтронами. В этих экспериментах, проводимых в ЛЯР ОИЯИ и Национальном центре ГАНИЛ (Франция) были измерены сечения и импульсные распределения продуктов различных реакций под передними углами. Т.е. по направлению первичного пучка, интенсивность которого составляла 10^12 частиц в секунду. На этом фоне необходимо было четко выделить продукты реакции с интенсивностью несколько ядер в секунду. Это позволило сделать магнитные спектрометры-сепараторы, созданные специально для подобных экспериментов (МАВР в Дубне и ЛИЗ во Франции). http://flerovlab.jinr.ru/flnr/mavr.html Были определены оптимальные реакции, позволяющие получать новые ядра с максимальным числом нейтронов. Интересный результат был получен для реакции взаимодействия ядер 18O с энергией 10 МэВ / А, с мишенью 181Та. В этой реакции было обнаружено значительное увеличение сечения для получения экзотических ядер в результате передачи большого количества нейтронов от ядра мишени ядру бомбардирующей частицы. И наконец, с использованием полученных результатов и спектрометров были получены относительно интенсивные вторичные пучки радиоактивных ядер от 6,8Не до 9,11Li, с помощью которых удалось провести прецизионные, высокочувствительные эксперименты по исследованию их взаимодействия с другими ядрами.Ядра, полученные в виде пучков являются по своей структуре экзотическими (6,8Не состоят из альфа частичного кора и “гало” из 2 и 4 нейтронов соответственно, 9,11Li тоже можно представить в виде альфа частичного кора и “гало” из дейтронных и нейтронных кластеров). Было показано, что при энергиях около 20-30 МэВ/нуклон в энергетических зависимостях сечений взаимодействия этих экзотических ядер наблюдается некий максимум, существенно превышающий традиционную плавную зависимость, описываемую обычными формулами для стандартных связанных ядер. На основе большого набора данных был проведен сравнительный анализ основных сечений экспериментального взаимодействия для слабосвязанных ядер гелия и лития (6,8Не, 6,9.11Li) с помощью решения нестационарного уравнения Шредингера в сочетании с расчетами в статистической модели. В работе показано, что можно отметить две особенности энергетической зависимости экспериментального полного сечения реакций с нейтронно-избыточными ядрами. Первая особенность проявляется в повышенном сечении реакций слабосвязанных нейтронно-избыточных ядер (6He, 9,11Li) по сравнению с сечениями реакций их коров (4He, 7Li). Вторая особенность заключается в локальном повышении величины сечения в виде “бампа” в узком энергетическом диапазоне 10–20АМэВ. Обе эти особенности не находят объяснения в статистической модели ядерных реакций.Проведенные расчеты указали на возможную причину проявления особенности полных сечений реакций 6He + 28Si и 9Li + 28Si при смене адиабатического перераспределения слабосвязанных нейтронов неадиабатическим. Она заключается в формировании области повышенной нейтронной плотности между поверхностями ядер в течение всего времени столкновения. Это усиливает притяжение ядер, сдвигает в сторону больших значений положение барьера и увеличивает размер области, где с заметной вероятностью идут процессы, приводящие к выходу из упругого канала. Экспериментальные особенности в околобарьерных и высоких энергиях энергетических зависимостях сечений образования изотопов в данных реакциях объяснены различным характером эволюции плотности вероятности нейтронов ядер-снарядов в ходе столкновения. Проще говоря было показано влияние нейтронов и нейтронных кластеров в экзотических ядрах на вероятность протекания реакций. В подбарьерной области энергий нейтроны помогают ядрам преодолевать кулоновский барьер и играют роль “ядерного клея” при слиянии двух ядер. При больших энергиях (20-30 МэВ/нуклон), когда скорости нуклонов в ядрах сравниваются со скоростью движения самого ядра (энергия Ферми) увеличивается вероятность реакций передачи нуклонов от ядра-снаряда ядру-мишени. При анализе полученных данных было обнаружено проявление гигантского дипольного и мягкого пигми - резонансов в реакциях с ядрами галообразной структурой. Эксперименты на вторичных пучках экзотических ядер и получить интересную информацию о структуре таких ядер, проявляющейся при их взаимодействии с другими ядрами.. Предсказанное ранее большое значение сечения реакции электромагнитной диссоциации ядер 11Li было подтверждено экспериментами при разных энергиях. Аналогичный результат был получен и для ядер 11Be и 6,8Не. Для того, чтобы объяснить повышенное сечение кулоновской диссоциации, был предложен новый тип коллективного возбуждения при малых энергиях возбуждения. Эта новая мода возбуждения была названа “мягким дипольным резонансом”, или пигми - резонансом. Теоретическое обоснование этих возбуждений было предложено при анализе полученных в рамках данного проекта результатов, а также результатов, полученных в совместном Дубна - Орсе (Франция) эксперименте с использованием гамма-детекторов и нейтронного детектора (ТЕТРА). Предполагалось, что гигантский дипольный резонанс (ГДР) может иметь две компоненты. Одна из его компонент является результатом колебаний всех протонов кора по отношению ко всем нейтронам. Вторая компонента является результатом осцилляции всего кора по отношению к нейтронам гало.Амплитуда колебаний, получивших название “мягкой” моды ГДР, зависит от распределения плотности нуклонов и пропорциональна градиенту распределения плотности. Следовательно, частота колебаний в “мягкой” моде ГДР должна быть очень низкой, поэтому и энергия возбуждения оказалась низкой, в отличие от обычного гигантского резонанса, где энергия возбуждения порядка 20 МэВ. Следовательно, мягкий дипольный резонанс должен проявляться в структуре ядер с гало либо как низколежащий дипольный уровень, либо как сильное увеличение сечения реакции в области порога при прямом развале, что и наблюдалось в наших экспериментах. Полученные результаты важны не только с точки зрения понимания свойств ядерной материи (микромира), но и для моделирования процессов, происходящих в космосе (макромире). Например, полученные значения сечений взаимодействия нейтроноизбыточных ядер могут изменить сценарий образования легких элементов в процессе нуклеосинтеза. Все исследования выполнены в сотрудничестве с Национальным центром ГАНИЛ (Франция), Техасским университетом (Колледж Стейшен, США), Национальным университетом им. Гумилева (Нур-Султан, Казахстан), Институтом ядерной физики (Ржеж, Чешская Республика), Институтом ядерной физики им. Неводничанского (Краков, Польша).

 

Публикации

1. Иссатаев Т., Лукьянов С.М., Середа Ю.М., Артюх А.Г., Азанбаев Д., Борчеа К., Калинеку С., Ердемчим Б., Хуе Б.М., Кабышев С.А., Клыгин С.А., Кононенко Г.А., Кутербеков К.А., Мендибаев К., Осташко В.В., Пенионжкевич ЮЭ., Ротару Ф., Тип Т.Д., Воронцов А.Н. Break-up reactions of 6Li, 7Be and 8B Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, Eurasian Journal of Physics and Functional Materials 2019, 3(2), 124-133 (год публикации - 2019).

2. Маслов В.А., Зернышкин В.А., Пенионжкевич Ю.Э., Колесов И.В., Тарасов О.Б. Simulation of trajectories in the MAVR High-Resolution Magnetic Spectrometer Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, Eurasian Journal of Physics and Functional Materials 2019, 3(1), 24-30 (год публикации - 2019).

3. Пенионжкевич Ю.Э. Special Features of Nuclear Reactions Involving Loosely Bound Cluster Nuclei Physics of Atomic Nuclei, Physics of Atomic Nuclei, 2019, Vol. 82, No. 3, pp. 224–232. (год публикации - 2019).

4. Пенионжкевич Ю.Э., Скобелев Н.К., Науменко М.А., Мразек Я., Бурян В. POPULATION OF ISOMERIC STATES IN FUSION AND TRANSFER REACTIONS WITH BEAMS OF RADIOACTIVE AND WEAKLY BOUND NUCLEI Acta Physica Polonica B, - (год публикации - 2019).

5. Пенионжкевич Ю.Э., Соболев Ю.Г., Самарин В.В., Науменко М.А., Лашманов Н.А., Маслов В.А., Сивачек И., Стукалов С.С. Energy dependence of the total cross section for the 11Li + 28Si reaction PHYSICAL REVIEW C, PHYSICAL REVIEW C 99, 014609 (2019) (год публикации - 2019).

6. Самарин В.В., Пенионжкевич Ю.Э., Науменко М.А, Скобелев Н.К., Соболев Ю.Г. Dynamics of nucleus-nucleus collisions and neutron rearrangement in time-dependent approach IL NUOVO CIMENTO, IL NUOVO CIMENTO 42 C (2019) 105 (год публикации - 2019).

7. Самарин В.В., Пенионжкевич Ю.Э., Науменко М.А., Скобелев Н.К. Nucleon transfer in reactions 3He+194Pt, 45Sc within time-dependent approach Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, Eurasian Journal of Physics and Functional Materials 2019, 3(1), 31-39 (год публикации - 2019).

8. Соболев Ю.Г., Пенионжкевич Ю.Э., Маслов В.А., Науменко М.А., Самарин В.В., Сивачек И., Стукалов С.С. Measuring the Total Cross Sections for Reactions in Collisions of 6, 8He + 28Si and 9Li + 28Si Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2019, Vol. 83, No. 4, pp. 402–410. (год публикации - 2019).


Возможность практического использования результатов
Используемые в работе детекторные системы, в частности сцинтилляционные детекторы на основе сцинтилляторов CeBr3, CdZnTe, могут быть использованы для измерения, с высокой эффективностью, в активационном анализе различных природных образцов и материалов.