Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экспериментальная техника 12
1.1. Нейтронные источники 12
1.2. Детекторы 23
1.3. Детекторная электроника и измерительно-накопительная система 45
1.4. Образцы 51
Глава 2. Изучение структуры ядер методом (л, а) И (п, р) реакций 54
2.1. р- и ct-распады компаунд-состояний ядер 55
2.2. Сечения реакций (п, р) и (и, а) на тепловых нейтронах 58
2.3. Ход сечения и положения уровней вблизи нейтронного порога
2.4. Полные ос-ширины нейтронных резонансов 107
2.5. Амплитудные спектры протонов и а-частиц в резонансах, парциальные р- и а-ширины 120
Глава 3. Роль измерений (п,р) И (я, а)-реакций для астрофизики 126
3.1. Введение 126
3.2. Нуклеосинтез в стандартной модели Большого взрыва 134
3.3. Нуклеосинтез в нестандартной модели Большого взрыва 137
3.4. Взрывной звездный нуклеосинтез 140
3.5. Происхождение редкого изотопа 36S 142
3.6. Взрывной нуклеосинтез А1 148
3.7. 22Na, астрономия у-лучей и неон- аномалия 157
3.8. Реакция 14N(n, р)14С и роль реакции 13С(а, п)1бО как источника нейтронов для s-процесса 159
3.9. Реакция (л, а) и/^-процесс 162
3.10. Потребности в дополнительных измерениях реакций (л, р) и (и, а) для ядерной астрофизики 165
Глава4 Нарушение пространственной четности в реакциях (п, р), (и, t) И (и, ОС) 169
4.1. Введение 169
4.2. Анизотропия протонов в реакции СЦп,р) S 172
4.2.1. Эксперименты 174
4.2.2. Анализ результатов 177
4.3. Поиск НПЧ эффектов в реакциях с поляризованными нейтронами на легких ядрах 182
4.3 .1. Измерения реакций ^(п, )4Не и 10В (и, oc)7Li. 184
4.3.1.1. Реакция Ч.і(п, t)4He 194
4.3.1.2. Реакция 10В[п, 4.3.2. Реакция 10В(л,аі)7Іл*:^> Y(M1) =>7Li 197 Заключение 206 Литература 211 Введение к работе Измерения сечений реакций (л, р) и (и, а) и асимметрий представляют интерес для нескольких областей фундаментальной и прикладной науки. Например, некоторые из этих сечений являются определяющими для лучшего понимания многих сценариев нуклеосинтеза. Интересующие нас области, в которых такие реакции играют заметную роль, включают производство 7Li в стандартных моделях Большого взрыва [1], синтез тяжелых элементов во время Большого взрыва [2,3], производство редких изотопов в взрывном нуклеосинтезе [4-10], а также важны для понимания s-процесса в синтезе легких ядер и ядер промежуточных масс [11-13] и роли реакции 13С(ос, л)1бО как источника нейтронов для j-процесса [14-19]. В исследованиях ядерной структуры измерения этого типа были использованы, например, для изучения смешивания изоспина [1], уникальных уровней вблизи порога [1,4,20] и применимости различных ядерных моделей [21,22]. Эти реакции были также использованы для изучения нарушения фундаментальных симметрии в ядрах, например, такой как несохранение пространственной четности [23,24]. Наконец, сечения реакций (п,р) и (п, ос) имеют прикладной интерес для реакторного материаловедения и в нейтронных исследованиях [22,25-28]. Способность проведения измерений на очень малых стабильных и радиоактивных относительно короткоживущих образцах в диапазоне энергий нейтронов от тепловых до нескольких сотен кэВ необходима для всех этих областей исследования. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 367 наименований. Работа содержит 11 таблиц и 83 рисунка. В первой главе рассматривается экспериментальная техника, используемая для проведения измерений. Сделан краткий обзор источников нейтронов со сравнением основных характеристик нейтронных пучков, в первую очередь источников так называемых «белых» нейтронов, измерения на которых проводятся методом времени пролета и являются основным поставщиком экспериментальных данных по нейтронным резонансам (HP). Этот обзор не претендует на полноту, рассматривая нейтронные источники под углом зрения применимости для исследований нейтронных реакций с вылетом заряженных частиц. В следующей части этой главы рассматриваются детекторы заряженных частиц, используемые наиболее широко при работе на нейтронных пучках. Это полупроводниковые поверхностно-барьерные кремниевые детекторы, широко используемые в спектрометрических измерениях заряженных частиц, и ионизационные газонаполненные детекторы (ионизационные и пропорциональные камеры). Обсуждены сравнительные характеристики этих двух типов детекторов, проанализированы их достоинства и недостатки, показаны ограничения их применения при работе на пучках нейтронов различных нейтронных источников. Здесь же приведено описание нескольких конструкций детекторов, созданных нами, и успешно применяемых в экспериментах. Заключает эту главу рассмотрение методов получения образцов, используемых для проведения измерений. Изготовление качественного образца является важнейшей частью эксперимента. В главе 2 представлены некоторые примеры проведенных измерений и обсуждается физика, полученная из них: сечения около нейтронного порога, свойства высоковозбужденных состояний ядер (HP). Основное внимание уделено области относительно легких ядер с атомным номером Л<60, на которых последние 15 лет был достигнут наиболее значительный прогресс в изучении реакций (п, р) и (п, а). Если наши измерения на тепловых нейтронах в основном уточняли имеющиеся ранее часто противоречивые данные, что, как показано в главе 2, в некоторых случаях имеет принципиально важное значение, то на резонансных и фильтрованных нейтронах для большого ряда изотопов реакции (п, р) и (или) (л, а) были наблюдены и изучены впервые. В связи с тем, что реакции с вылетом заряженных частиц (на нейтронах с энергией до нескольких сот кэВ) достаточно редки, большой интерес вызвала начатая нами программа исследований на радиоактивных ядрах, которая позволяет расширить круг исследуемых ядер. На примере реакции 61Zn(n,txf*Ni показаны возможности методики по уточнению спинов HP. Отдельная часть главы 2 посвящена изучению статистических свойств а-ширин HP. Возвращение к этой, как оказалось, крайне интересной для понимания структуры HP задаче оказалось возможным благодаря нашему недавнему измерению на ORELA, в котором в области энергии нейтронов до 700 эВ получено около 100 значений а-ширин HP. В главе 3 рассмотрены астрофизические аспекты, особое внимание уделено проблемам, связанным с исследуемыми реакциями. Исключительно важная роль ядерной физики в астрофизических теориях не вызывает сомнений. Очевидно также, что данные по распространенности нуклидов во Вселенной - одному из основных экспериментальных источников, лежащих в основе современных представлений о происхождении и эволюции Вселенной - требуют проведение расчетов, воспроизводящих распространенности имеющихся 32 стабильных протоноизбыточных изотопов между 74Se и l96Hg (р-ядра), которые экранированы от р-распада при s и г - процессах. Их распространенности обычно в 10-100 раз меньше по сравнению с распространенностями s- и г - ядер. К сожалению имеющаяся информация по скоростям реакций (р,у) очень бедна, а для реакций, включающих а-частицы, еще хуже - имеется только два эксперимента с прямыми измерениями сс-захвата при низких энергиях (70Ge(a,y) и Sm(a,Y)), тем более, что экспериментальная скорость второй реакции оказалась в 10 раз меньше теоретических предсказаний. Именно поэтому очень важными представляются измерения реакции (и, а) с целью тестирования чувствительности а-канала к используемым в расчетах потенциалам сс-частиц. Эти и ряд других проблем подробно обсуждены в этой главе. В главе 2 представлены некоторые примеры проведенных измерений и обсуждается физика, полученная из них: сечения около нейтронного порога, свойства высоковозбужденных состояний ядер (HP). Основное внимание уделено области относительно легких ядер с атомным номером Л 60, на которых последние 15 лет был достигнут наиболее значительный прогресс в изучении реакций (п, р) и (п, а). Если наши измерения на тепловых нейтронах в основном уточняли имеющиеся ранее часто противоречивые данные, что, как показано в главе 2, в некоторых случаях имеет принципиально важное значение, то на резонансных и фильтрованных нейтронах для большого ряда изотопов реакции (п, р) и (или) (л, а) были наблюдены и изучены впервые. В связи с тем, что реакции с вылетом заряженных частиц (на нейтронах с энергией до нескольких сот кэВ) достаточно редки, большой интерес вызвала начатая нами программа исследований на радиоактивных ядрах, которая позволяет расширить круг исследуемых ядер. На примере реакции 61Zn(n,txf Ni показаны возможности методики по уточнению спинов HP. Отдельная часть главы 2 посвящена изучению статистических свойств а-ширин HP. Возвращение к этой, как оказалось, крайне интересной для понимания структуры HP задаче оказалось возможным благодаря нашему недавнему измерению на ORELA, в котором в области энергии нейтронов до 700 эВ получено около 100 значений а-ширин HP. В главе 3 рассмотрены астрофизические аспекты, особое внимание уделено проблемам, связанным с исследуемыми реакциями. Исключительно важная роль ядерной физики в астрофизических теориях не вызывает сомнений. Очевидно также, что данные по распространенности нуклидов во Вселенной - одному из основных экспериментальных источников, лежащих в основе современных представлений о происхождении и эволюции Вселенной - требуют понимания и объяснения. c надежная интерпретация экспериментальных данных затруднена теоретическими неопределенностями, связанными именно со сложной структурой ядра. Исследования «простых» процессов, таких как реакции np=$dy и nd ty, также до сих пор не дали значимого результата из-за сложностей экспериментального характера. На сегодняшний день наиболее точные экспериментальные оценки константы мезонного обмена, соответствующей нейтральному току» дают значение А 5а 1,2 10"7. Эта величина существенно ниже теоретического «лучшего значения» («best value») 4,6-Ю 7. Наиболее оптимальным и перспективным направлением в исследованиях свойств нейтрального тока в слабых NN процессах, с нашей точки зрения, являются реакции с медленными поляризованными нейтронами на легких ядрах с А=6-10, в частности, в реакции Чл(п,а)2Н с наблюдением Р-нечетной асимметрии в Н-канале, в реакции 1о(п,(х) Li и реакции 10В(п,а)71л —у- Ы с измерением Р-нечетной асимметрии вылета у-квантов. Такие ядра до энергий возбуждения 25-30 МэВ хорошо описываются в рамках кластерных и мультикластерных схем, что позволяет провести оценки Р-нечетных эффектов, используя методы, характерные для малонуклонных систем. В части 3 главы 4 представлены эксперименты по поиску Р-нечетных асимметрий в указанных реакциях, начатые нами в 1990 г. в Гатчине и недавно продолженные на реакторе ИЛЛ в Гренобле. В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации. Различные составные части диссертационной работы докладывались на конференциях: 2-6 Всесоюзных конференциях по нейтронной физике (Киев, 1973, 1975, 1977, 1980 и 1983 гг., соответственно); 1 Международной конференции по нейтронной физике, Киев, 1987; 1-10 Международных семинарах по взамодействию нейтронов с ядрами (Дубна, 1992, 1994-2002 гг., соответственно); 34, 37, 48 и 52 Совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, (Алма-Ата, 1984; Юрмала, 1987, Москва, 1998 и Москва, 2002, соответственно); 8 Школе по нейтронной физике, Дубна, 1998; Школе-семинаре "Современные вопросы физики" (Уланбатор, Монголия, 2002); Международных конференциях "Ядерные данные для науки и технологии" (Гатлинбург, США, 1994, Триест, Италия, 1997 и Цукуба, Япония, 2001); 2, 3 и 6 Международных симпозиумах по ядерной астрофизике "Ядра в космосе" (Карлсруе, Германия, 1992, Ассержи, Италия, 1994 и Архус, Дания, 2000); 7 и 8 Международных симпозиумах "Спектроскопия гамма-лучей и связанные вопросы" (Асиломар, 1990 и Фрибург, Швейцария, 1993); Международных конференциях по ядерной физике (Висбаден, Германия,1992 и Париж, Франция, 1998). Основное содержание диссертации отражено в 64 опубликованных работах, в том числе двух обзорах [22] и [30 }. В главе 3 рассмотрены астрофизические аспекты, особое внимание уделено проблемам, связанным с исследуемыми реакциями. Исключительно важная роль ядерной физики в астрофизических теориях не вызывает сомнений. Очевидно также, что данные по распространенности нуклидов во Вселенной - одному из основных экспериментальных источников, лежащих в основе современных представлений о происхождении и эволюции Вселенной - требуют понимания и объяснения. c надежная интерпретация экспериментальных данных затруднена теоретическими неопределенностями, связанными именно со сложной структурой ядра. Исследования «простых» процессов, таких как реакции np=$dy и nd ty, также до сих пор не дали значимого результата из-за сложностей экспериментального характера. На сегодняшний день наиболее точные экспериментальные оценки константы мезонного обмена, соответствующей нейтральному току» дают значение А 5а 1,2 10"7. Эта величина существенно ниже теоретического «лучшего значения» («best value») 4,6-Ю 7. Наиболее оптимальным и перспективным направлением в исследованиях свойств нейтрального тока в слабых NN процессах, с нашей точки зрения, являются реакции с медленными поляризованными нейтронами на легких ядрах с А=6-10, в частности, в реакции Чл(п,а)2Н с наблюдением Р-нечетной асимметрии в Н-канале, в реакции 1о(п,(х) Li и реакции 10В(п,а)71л —у- Ы с измерением Р-нечетной асимметрии вылета у-квантов. Такие ядра до энергий возбуждения 25-30 МэВ хорошо описываются в рамках кластерных и мультикластерных схем, что позволяет провести оценки Р-нечетных эффектов, используя методы, характерные для малонуклонных систем. В части 3 главы 4 представлены эксперименты по поиску Р-нечетных асимметрий в указанных реакциях, начатые нами в 1990 г. в Гатчине и недавно продолженные на реакторе ИЛЛ в Гренобле. В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации. Различные составные части диссертационной работы докладывались на конференциях: 2-6 Всесоюзных конференциях по нейтронной физике (Киев, 1973, 1975, 1977, 1980 и 1983 гг., соответственно); 1 Международной конференции по нейтронной физике, Киев, 1987; 1-10 Международных семинарах по взамодействию нейтронов с ядрами (Дубна, 1992, 1994-2002 гг., соответственно); 34, 37, 48 и 52 Совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, (Алма-Ата, 1984; Юрмала, 1987, Москва, 1998 и Москва, 2002, соответственно); 8 Школе по нейтронной физике, Дубна, 1998; Школе-семинаре "Современные вопросы физики" (Уланбатор, Монголия, 2002); Международных конференциях "Ядерные данные для науки и технологии" (Гатлинбург, США, 1994, Триест, Италия, 1997 и Цукуба, Япония, 2001); 2, 3 и 6 Международных симпозиумах по ядерной астрофизике "Ядра в космосе" (Карлсруе, Германия, 1992, Ассержи, Италия, 1994 и Архус, Дания, 2000); 7 и 8 Международных симпозиумах "Спектроскопия гамма-лучей и связанные вопросы" (Асиломар, 1990 и Фрибург, Швейцария, 1993); Международных конференциях по ядерной физике (Висбаден, Германия,1992 и Париж, Франция, 1998). Основное содержание диссертации отражено в 64 опубликованных работах, в том числе двух обзорах [22] и [30 }. Существуют три основные проблемы, которые необходимо преодолеть, чтобы провести измерения реакций (и, р) и (п, а) (особенно с использованием очень малых стабильных и радиоактивных относительно короткоживущих образцов). Во-первых, требуется большой поток нейтронов, чтобы провести измерения на очень малых образцах (или измерений очень малых сечений) за разумное время. Способность же использования очень малых образцов важна как потому, что многие образцы доступны только в небольших количествах, так и из-за необходимости минимизации фона благодаря распаду образца. Во-вторых, должен быть преодолен потенциально большой пучковый и относящийся собственно к образцу фон. Необходимость уменьшения этого фона может наложить строжайшие требования на коллимацию, защиту, детектор и характеристики образца. В-третьих, особенно для радиоактивных образцов, получение достаточного количества материала образца и приготовление подходящей мишени могут потребовать значительных усилий и фактически могут быть ограничивающим фактором в эксперименте. Разнообразные нейтронные источники были использованы в измерениях, включая "белые" нейтронные источники, тепловые и фильтрованные пучки реакторов, спектрометры по времени замедления в свинце и источники, которые близко аппроксимируют энергетическое распределение Максвелла-Больцмана (МБ) при кТ 25 кэВ. В измерениях на пучках нейтронов от импульсных источников для спектрометрии нейтронов используется метод времени пролета (МВП). Пульсирующий источник дает нейтроны в широкой энергетической области. Основная идея МВП состоит в том, что интервал времени между испусканием нейтронов и достижением отдельными нейтронами удаленного на расстояние L детектора определяет скорость, а, следовательно, и энергию нейтронов. Если выражать энергию нейтрона Е в эВ, длину пролетной базы L в м и время пролета в мкс, то легко получить соотношение: Здесь ц — время задержки импульса мощности от стартового импульса, запускающего временной кодировщик. Так как параметры L и t0 могут быть получены в принципе с любой точностью, энергия нейтронов определяется только точностью измерения времени пролета t и энергетическое разрешение в процентах выражается как Как можно видеть из предыдущего обсуждения, очень полезно, а иногда является ключевым моментом для понимания происходящих процессов обладание данными о парциальных а- и р- ширинах HP. Однако при исследованиях таких редких процессов как реакции (и, р) на средних и реакции (п, а) на средних и тяжелых ядрах (ГрЛ/Г7 10"5), измерение спектров заряженных частиц представляется крайне сложной задачей. Если при измерениях полных а(р)-ширин можно использовать образцы толщиной до нескольких мг/см2, то при измерениях спектров они не должны превышать ОД-0,2 мг/см2. Поэтому к настоящему времени для ядер с Л 60 парциальные ширины удалось измерить только для изотопов l47 149Sm [56,188], 143 145Nd [189,190], шТе [191] и 67Zn [192], и то только для нижних резонансов. Ниже мы подробнее рассмотрим только нашу работу по измерению спектров ос-частиц из реакции (л, а) на 67Zn. Если сравнить результаты измерений парциальных сечений этой реакции на тепловых нейтронах athCre,cCi) [101] с расчетами по формуле Б-В (10) этого сечения а (п,а{) с использованием известных параметров резонансов вплоть до энергии 4 кэВ [102] и значений полных a-ширин из нашей работы [193], то, на первый взгляд, имеется удовлетворительное согласие: (основной вклад дают резонансы при Ео=1546 и 3789 эВ). Однако из такого "согласия" следует, что в резонансах при Ео=154б и 3789 эВ ширины ct-переходов в первое возбужденное состояние дочернего ядра должны на порядок превышать ос-ширины переходов в основное состояние (схема сс-распада компаунд-ядра 68Zn приведена на рис. 60), тогда как по статистической теории из-за различия в проницаемости кулоновского барьера для ос-частиц с 00=4,6 и «1=3,3 МэВ отношение ширин должно быть обратное: 7 о= / 7 i= =300. С другой стороны, измеренное на тепловых нейтронах отношение сечений Тш(п,осо) и с%(я,аі) может быть обусловлено существенной деструктивной интерференцией между резонансами в канале 0. Мы предприняли серию измерений спектров ос-частиц из реакции MZn(n, a)MNi в отдельных HP с целью разделения их вкладов в сечения ал(л,ссо) и Oth(»,ai) и выяснения причин сложившейся ситуации. Измерения выполнялись на реакторе ИБР-30, анализ энергии нейтронов осуществлялся по МВП. В качестве детекторов заряженных частиц использовались ИК с сеткой различных конструкций с большой площадью мишеней (до 3200 см) в "скользящей" к пучку нейтронов геометрии. Мишени представляли собой слои ZnO с обогащением по изотопу 67Zn 90%, нанесенные на алюминиевые подложки, а-ширины определялись относительным методом, в качестве опорного был выбран резонанс при о=750 эВ, парциальная ос-ширина которого, в свою очередь, была определена в эксперименте с использованием тонкой литиевой мишени. В результате измерений были получены амплитудные спектры ос-частиц из из реакции 67Zn(«, tx Ni в HP, которые в резонансах с Ь=3,8; 1,5; 0,75 и 0,22 кэВ приведены на рис, 61 и 62. Времяпролетные спектры в амплитудных окнах, соответствующих cto- и а і-переходам представлены на рис. 63. При захвате -нейтронов ядром Zn со спином 5/2" могут образовываться HP с .Г-З" и 2 Согласно законам сохранения момента и четности в а-распаде (8) ,(9) переходы 0 возможны только в резонансах В столбцах 4 и 5 табл. 9 приведены полученные нами значения парциальных сс-ширин HP, а в столбце 7-их вклад в тепловое сечение в предположении, что они являются -резонансами в соответствии с [102]. В столбце 6 приведены значения полных ос-ширин на основании работы [193]. Наши данные о наличии в резонансах сильных ссо-переходов снимают предположение о нарушении статистических закономерностей для переходов ОЕо и Сії в резонансах 67Zn, подтверждая, что Гоо » Гаі . В то же время имеется явное разногласие в величине теплового сечения ( (и, осо), измеренного в Гренобле [194] и рассчитанного по нашим данным (табл. 9) и известным нейтронным параметрам [102]. Маловероятным кажется предположение, что резонансы при Ео=1546 и 3789 эВ, обладающие нейтронными ширинами 10 и 30 эВ, соответственно, могут оказаться образованными / -нейтронами. Если данные [194] достоверны, то причину отсутствия oto-переходов в реакции Zn(n, а) на тепловых нейтронах можно надеяться установить после проведения детальных исследований поведения ст(п, 0) и o(n, ai) в окрестностях тепловой точки, а также на «крыльях» сильных резонансов при Яо=1546 и 3789 эВ. Возможно причиной является деструктивная интерференция между HP, в результате которой существенно подавляется парциальное сечение th(Wi осо) в тепловой точке. Новые так называемые нестандартные модели Большого взрыва изучают эффект неоднородностей барионной плотности, который может быть индуцирован кварк-адронным фазовым переходом первого порядка в ранней Вселенной. Эти неоднородности приводят к образованию высокошютной обогащенной протонами и низкоплотной обогащенной нейтронами зон благодаря различию средних длин диффузии протонов и нейтронов [210]. Если эти зоны остаются до начала ядерных реакций, возможны различные сценарии для первичного нуклеосинтеза. Целый ряд расчетов показал, что неоднородные модели Большого взрыва были способны воспроизвести большинство из наблюдаемых первичных распространенностей легких элементов [211-219], в то же время допуская большую величину 2Ь. Второе отличие по сравнению со стандартными моделями то, что нестандартные модели производят значительное количество элементов тяжелее лития. Первичное производство тяжелых элементов интересно потому, что, как показали наблюдения, даже самые старые звезды имеют такое содержан Новые так называемые нестандартные модели Большого взрыва изучают эффект неоднородностей барионной плотности, который может быть индуцирован кварк-адронным фазовым переходом первого порядка в ранней Вселенной. Эти неоднородности приводят к образованию высокошютной обогащенной протонами и низкоплотной обогащенной нейтронами зон благодаря различию средних длин диффузии протонов и нейтронов [210]. Если эти зоны остаются до начала ядерных реакций, возможны различные сценарии для первичного нуклеосинтеза. Целый ряд расчетов показал, что неоднородные модели Большого взрыва были способны воспроизвести большинство из наблюдаемых первичных распространенностей легких элементов [211-219], в то же время допуская большую величину 2Ь. Второе отличие по сравнению со стандартными моделями то, что нестандартные модели производят значительное количество элементов тяжелее лития. Первичное производство тяжелых элементов интересно потому, что, как показали наблюдения, даже самые старые звезды имеют такое содержание элементов тяжелее лития, которое не могло быть произведено самой звездой [212-214]. Эти распространенности объяснили, предполагая предварительное существование более ранней генерации массивных звезд (так называемых "Population //Г -звезд). Из-за их большой массы, эти звезды быстро эволюционировали и закончили свои жизни во взрывах сверхновых, тем самым обогащая материал, из которого сформировались старейшие наблюдаемые звезды. Реакция пО(и,а)иС является примером (и,а)-сечения, которое оказало существенное влияние на расчеты нестандартного Большого взрыва. Расчеты и измерения сечений реакций с участием С показали, что это ядро функционирует наподобие узкого горлышка в нуклеосинтезе более тяжелых элементов [217,218]. Тем не менее самым удобным путем от UC к 170 является серия нейтронных захватов. Для пО процесс может благодаря захвату нейтрона идти дальше к 180 или повернуть назад к 14С из-за реакции (п,а). Как протекает нуклеосинтез в области между литием и кислородом по нестандартной модели Большого взрыва, показано на рис. 68. Используя известные тепловые сечения [59,102] для 170 и сведения о свойствах состояний О вблизи нейтронного порога [158], можно было ожидать, что сечение реакции (п,а) должно быть много больше, чем (л/у) при температурах Большого взрыва. Тем не менее некоторые как полные, так и парциальные ширины состояний 180 вблизи нейтронного порога были либо сомнительны, либо вообще не определены, вследствие чего и производство элементов тяжелее О было в значительной степени не определенным. До того, как были сделаны прямые измерения сечения реакции l7O(n,0t)uC, расчеты Большого взрыва давали противоречивые результаты, даже в таком вопросе как важность этой реакции. Например, Эплгейт и др. [212] нашли сильную цикличность между 170 и 14С благодаря этой реакции» а Каджино и Бойд [213], напротив, не нашли, что эта реакция является серьезной помехой при производстве более тяжелых элементов. Из этих работ, тем не менее, не ясно, какие величины были использованы для получения скорости реакции 170+и. Несомненно, что эти скорости реакции никогда не ие элементов тяжелее лития, которое не могло быть произведено самой звездой [212-214]. Эти распространенности объяснили, предполагая предварительное существование более ранней генерации массивных звезд (так называемых "Population //Г -звезд). Из-за их большой массы, эти звезды быстро эволюционировали и закончили свои жизни во взрывах сверхновых, тем самым обогащая материал, из которого сформировались старейшие наблюдаемые звезды. Реакция пО(и,а)иС является примером (и,а)-сечения, которое оказало существенное влияние на расчеты нестандартного Большого взрыва. Расчеты и измерения сечений реакций с участием С показали, что это ядро функционирует наподобие узкого горлышка в нуклеосинтезе более тяжелых элементов [217,218]. Тем не менее самым удобным путем от UC к 170 является серия нейтронных захватов. Для пО процесс может благодаря захвату нейтрона идти дальше к 180 или повернуть назад к 14С из-за реакции (п,а). Как протекает нуклеосинтез в области между литием и кислородом по нестандартной модели Большого взрыва, показано на рис. 68. Используя известные тепловые сечения [59,102] для 170 и сведения о свойствах состояний О вблизи нейтронного порога [158], можно было ожидать, что сечение реакции (п,а) должно быть много больше, чем (л/у) при температурах Большого взрыва. Тем не менее некоторые как полные, так и парциальные ширины состояний 180 вблизи нейтронного порога были либо сомнительны, либо вообще не определены, вследствие чего и производство элементов тяжелее О было в значительной степени не определенным. До того, как были сделаны прямые измерения сечения реакции l7O(n,0t)uC, расчеты Большого взрыва давали противоречивые результаты, даже в таком вопросе как важность этой реакции. Например, Эплгейт и др. [212] нашли сильную цикличность между 170 и 14С благодаря этой реакции» а Каджино и Бойд [213], напротив, не нашли, что эта реакция является серьезной помехой при производстве более тяжелых элементов. Из этих работ, тем не менее, не ясно, какие величины были использованы для получения скорости реакции 170+и. Несомненно, что эти скорости реакции никогда не
понимания и объяснения. Другими словами, сценарии развития должны
объяснять химический и изотопный состав современной Вселенной. Хотя
представления об основных процессах уже сложились, имеется еще
большой ряд вопросов, требующих объяснений и уточнений. Например,
для расчетов s,mp~ процессов требуются данные по скоростям реакций
для десятков тысяч реакций с участием многих тысяч изотопов,
большинство из которых радиоактивны. Так как для большинства из них
получение экспериментальных данных невозможно, используются
расчетные величины, которые, в свою очередь, должны хорошо
описывать имеющиеся экспериментальные данные. Кроме того вопросы
сильно запутываются в результате влияния других процессов в различных
объектах Вселенной в наблюдаемую распространенность нуклидов. Это
хорошо видно на примере 7Li, количество которого от первичного
происхождение в результате Большого взрыва претерпело существенные
изменения. Другим примером может служить выяснение причин
перепроизводства редкого изотопа S, получаемого в расчетах. Для
решения этой проблемы потребовались измерения сечений реакций при
звездных температурах, приводящих как к образованию, так и
разрушению этого изотопа. Очень важной проблемой остаетсяДетекторная электроника и измерительно-накопительная система
Сечения реакций (п, р) и (и, а) на тепловых нейтронах
Амплитудные спектры протонов и а-частиц в резонансах, парциальные р- и а-ширины
Нуклеосинтез в нестандартной модели Большого взрыва
Похожие диссертации на Исследование индуцированных нейтронами реакций с вылетом заряженных частиц
