Сурет 15 Сурет 16 1 страница

Көміртек шыңында оқиғалар саны тіркелді және Фарадей цилиндрінің санауы тіркелді. Бұл деректер негізінде суреті құрылды (Х осі бойынша- интегратор санауы, Y осі бойынша - ¹²C шашыраудан басталғандағы детектор санауының интегратор санауына қатынасы).

Сурет 17 Азотты қақпан тиімділігі

Суреттен көретініміз – азотты қақпан болмаған жағдайда, көміртекте жүретін реакциялар саны айтарлықтай өседі. Бұл спектрлерді ары қарай өңдеуде қиындық тудырады. Азотты қақпанды қолданған жағдайда, көміртек күйгі мардымсыз болып келеді. Бұл дәл мәндерді алуға кедергі келтірмейді. Осылайша, азотты қақпанның тиімділігі нақты дәлелденді.

2.4.4 ⁹Ве нысаналарын дайындау технологиясы және қалыңдығын бақылау

⁹Ве өзін-өзі қолдайтын нысана дайындауға болатын материал болып табыллады, яғни көмітекті ескермегенде, ешқандай қоспа қосудың қажеттілігі жоқ [13]: көміртек нысананы дайындау кезінде және тәжірибе барысында пайда болады. Бұл айдау кезінде май сорғыштарының қолданылуынан және май буларының вакуумдық жүйеге түсетіндігінен орын алады. Суретте борлы нысана дайындалған ВУП-2 қондырғысы берілген (Сурет 18)

Сурет18 ВУП-2.

ВУП-2 – жұмыс көлемінде қалдық ауа қысым 10^-2 – 10^-6 мм. рт. ст. болғанда, үлкен жұмыс шеңберін жүргізу үшін тағайындалған қондырғы [11]. Қондырғы ауаны айдау жүйесінен және көпфункционалды вакуумды камерадан – ВК тұрады. Вакуумдық жүйе тізбектей байланысқан форвакуумды сорғыштан –ФС, форвакуумды баллоннан және диффузиялық сорғыштан – ДС, үш автоматты вакуумды клапаннан - К1, К2, К3; қол вакуумды бекітпеден – Б және құлату вентелінен –ҚВ тұрады. Камерада келесі аталғандар орналастырылған: жұмыс құрылғыларына қоректік кернеуді еру үшін арналған ажыратқыштар жинағы, алынбалы құрылғыларды бекіту үшін арналған бағаналар жүйесі және сыртқы винттердің көмегімен объектілерді камераның ішінде ваккумды бұзбай орын аыстыруға мүмкіндік беретін механикалық құрылғылар. Вакуумдық жүйеніің блок сұлбасы суретте келтірілген (Сурет 19).

Камерада вакуумды қалыптастыру кезеңмен жүзеге асырылады: бірінші кезең – ауаны форвакуумды сорғышпен ~ 7 Па (5*10^-2 мм. рт. ст.) қысымға дейін айдалады, кейін жоғарывакуумды диффузиялық сорғышпен ~ 4*10^-2 Па (3*10^-5 мм. рт. ст.) қысымға дейін айдалады.

ВУП-2 пайдалану барысында 10000 В шамасына дейінгі жоғары кернеу қолданылады. Сондықтан нысаналарды дайындау бойынша жұмыстарды жүргізген кезде, ГОСТ 12.3. 019-80 «Тұтынушылардың электр қондырғыларын техникалық пайдалану ережелері және тұтынушылардың электр қондырғыларды падалану кезіндегі қауіпсіздік техникасы ережелері» стандартына сәйкес, қауіпсіздік ережелері, сонымен қатар «ВУП-2 пайдалану бойынша нұсқаулық» ережелері сақталды.

¹¹В балқуы төмен материал болғандықтан, нысананы дайындау үшін ВУП-2 қоныдрығысында (вакуумды әбебап пост) ионоплазалық тозаңдандыру әдісі қолданылды [17]. Вольфрамды орамды электронды пушка қолданылды. Электронды пушкаға біртіндеп баяу қыздыру тогы берілді және пайда болған электрондар жоағыр кернеу беру нәтижесінде үлгіге тартылды. Электрондар әсерінен үлгі қатты қызып, буланды, сөйтіп алдын ала қайнатпа тұз тозаңдандырылған шыныға шөкті. Тозаңдандыру аяқталған соң, шыны баяу дистилденген суға салынды. Тұз суда еріп, жұқа бор қабат судың бетінде қалқып жүрді. Нысананы ұстап тұрушылардың көмегімен жарғақ судан алынып, құрғатылды.

Сурет 19 ВУП-2 вакуумды жүйесінің блок-сұлбасы

К1, К2, К3 – клапан

Б – бекітпе

ФС – форвакуумды сорғыш

ФБ – форвакуумды баллон

ДС- жоғарывакуумды диффузиялық сорғыш

ВК – вакуумды камера

ҚВ – құлатпа вентилі

⁹Ве нысанасының қалыңдығын өлшеу ҚР ҰЯО ЯФИ УКП-2-1 үдеткіш кешенінде жүзеге асырылды. Жарғақ қалыңдығын анықтау әдістемесі үдеткішті калибрлеу әдістемесіне ұқсас. Мұнда алюминий ядросындағы гамма-кванттар шығысының резонансын анықтау принципі қолданылады. Дәл сол электронды құрылғы (резонансты камера және гамма детектор қолданылады) (Сурет 20).

E_{р, лаб.} = 992 кэВ энергияда ²⁷Al(p,g)²⁸Si реакциясының тар әрі үлкен резонансқа ие екендігі мәлім, яғни гамма кванттардың шығысы протондардың өзге энергиясынан көп есе үлкен. Бұл принцип жарғақтардың қалыңдығын анықтау негізіне алынған. Бор қабатынан өткен кезде, протондар бірітіндеп энергиясын және бұл алундты (Al₂O₃) жарғақта болатын бұл реакцияның резонансын жоғалтады (жарғақ бор нысананың артына орналастырылады), ығысады (Сурет 20). Кейін тежеуіш шамалардың S(E_p)[МэВ*см²/г] кестелік мәндерін қолдана отырып, бор қжарғақшасының қалыңдығы анықталады. Мұндай әдіс 10 - 100 мкг/см² интервалда нысана қалыңдығын 5%. Шамасындағы қателікпен анықтауға мүмкіндік берді. Суретте резонанстың 15,1 кэВ шамасына ығысқандығын көре аламыз. Бұл қалыңдығы 35,4 мкг/см² болатын берилий нысанасына сәйкес келеді.

⁹Ве нысанасының қалыңдығы 35.4 ± 1.9 мкг/cм².

Сурет 20 Е_{р, лаб.} = 992 кэВ болған жағдайдағы ²⁷Al(p,γ)²⁸Si реакциясы резонансының ығысуы, бұл ретте реакция үшін ⁹Ве жарғағының қалыңдығынан протондардың энергиясын жоғалтуы шарт етіп алынған

3 ⁹ВЕ ЯДРОСЫНДАҒЫ ПРОТОНДАРДЫҢ СЕРПІНДІ ШАШЫРАУЫ

3.1 ⁹Ве ядроларындағы протондардың серпінді шашырауының диференциялды қимасының өзгерісі

УКП-2-1 үдеткішінде ⁹Ве ядроларындағы протондардың серпінді шашырау үрдісін зерттеу бойынша тәжірибе жүргізілген.

Нүктелер – тәжірибелік деректер, тегіс сызық – ядроның оптикалық үлгісі бойынша алынған есептеулер, штрих – фолдинг-үлгі бойынша алынған есептеулер.

Сурет 21 ⁹Ве ядросындағы протондардың серпінді шашырауының тәжірибелік дифференциалды қималарын оптикалық үлгі мен фолдинг-үлгі аясында теориялық есептелінген қималармен салыстыру, бұл ретте параметрлер 1-кестеден 443 кэВ (а), 700 кэВ (б), 600 кэВ (в) және 950 кэВ (г) энергия жағдайында алынды

Нүктелер – тәжірибелік деректер, тегіс сызық – ядроның оптикалық үлгісі бойынша алынған есептеулер, штрих – фолдинг-үлгі бойынша алынған есептеулер

Сурет 22 ⁹Ве ядросындағы протондардың серпінді шашырауының тәжірибелік дифференциалды қималарын оптикалық үлгі мен фолдинг-үлгі аясында теориялық есептелінген қималармен салыстыру, бұл ретте параметрлер 1-кестеден 995 кэВ (а), 1215 кэВ (б), 1036 кэВ (в) және 1378 кэВ (г) энергия жағдайында алынды

Тәжірибелік қондырғыда шашыраған ⁹Bе протондар беттік-бөгеттік кремний детекторымен тіркелген, сезгіш қабаттың қалыңдығы 100 мкм, шашырау аймағынан 240 мм қашықтықта орналасқан. Екінші осыған ұқсас детектор монитор ретінде қолданылды, түскен сәулеге қатысты 160⁰ шамасында орнатылды. Монитор көрсеткіштері нысана қалыңдығының өзгермегенін және көміртек күйігінің өспегендігін көрсетті. ⁹Bе(p,p)⁹Bе серпінді шашырауының бұрыштық орналасуы ұшып келетін протондар энергиясы 443, 600, 700, 950, 995, 1036, 1215 және 1378 кэВ болған жағдайда, бұрыштар диапазоны 20^0-160⁰ аралығында 10⁰ қадаммен зертханалық санау жүйесінде өлшенді. Шоғырдағы протондар энергиясын калибрлеу тар, жақсы белгіленген резонансты реакциялардың көмегімен жүзеге асырылды: E_{p, лаб.} = 632, 773, 992, 1089 кэВ жағдайында ²⁷Al(p,γ)²⁸Si және E_{p, лаб.} = 340 кэВ жағдайында ¹⁹F(p,γ)¹⁶O. Калибрлеу дәлдігі 1 кэВ құрады. Шоғырды коллимациялау және шашыраған протондарды тіркеу жүйесі бұрышты анықтауда қателіктің ±0.2⁰ шамасына қол жеткізуге мүмкіндік берді.

Жинақталған заряд 5-10 нА токтар диапазонында (нысананың тұрақтылығымен және өлшеуіш электрониканың жүктелерік сипаттамаларымен шектелді) 1.5% шамасынан кем болмайтын дәлдікпен анықталды. Тәжірибе жүргізген кезде, нысана ретінде өзін-өзі қолдаушы ⁹Bе жарғақшасы қолданылды. Нысана қалыңдығы ^{241 + 243}Am+²⁴⁴Cm көзден α-бөлшектердің энергиясын жоғалтуымен анықталды және 40 мкг/см² құрады. Өлшеу нәтижелері дифференциалдық қималар ретінде суреттерде берілген (Сурет 21, 22).

3.2 Оптикалық үлгісі және олдинг үлгісі бойынша ⁹Ве ядроларындағы протондардың серпінді шашырауының дифференциалды қимасын талдау

3.2.1 Ядроның оптикалық үлгісінің формализмі

Бөлшектердің атом ядроларымен әрекеттесу потенциалы туралы ақпаратты алудың ең дамытылған әдісі ядроның оптикалық үлігісі негізінде серпінді шашырауы бойынша тәжірибелік деректердің феноменологиялық талдауы, негіздеу және математикалық тұжырымдау болып табылады, аталға әдістер бірқатар жұмыстарда сипатталған [14].

Ядроның оптикалық үлгісі қабаттық үлгісімен қатар бірбөлшекті үлгі болып табылады. Ол бір бөлшектің әрекетін ядроның өзге нуклондарының әсерінде қарастырады. Ядродағы әлсіз байланыс бар деп болжасақ, нуклондардың белгілі бір бөлшекке әсерін қандай да бір потенциалмен көрсете аламыз. Электрондарға әсер ететін кулондық күштер центрі бар атомдармен салыстырғанда, ядролардың нуколндарға әсер ету күшін анықтайтындай мұндай центрі жоқ. алайда, ядродағы потенциалды өрісті ядроның ішінде қандай да бір аймақтың болмауынан да, оның центрі деп алуға болады, ол аталған күштердің көзі деп санаймыз. Ядродағы нуклондарға әсер ететін күштер потенциалын енгізу бұл бөлшектің қозғалысының сипаттамасын біршама жеңілдетеді. Көптеген денелердің мәселесен шешудің орнына бір нуклонның белгілі бір потенциалдық өрістегі кванттық-механикалық қозғалысын іздестіріп қарау мәселесі қойылады.

Оптикалық үлгіде серпінді емес каналдардың әсері жалған жұтушы бөлшекті қақтығысушы ядролардың арасындағы өзара әсерлесуге феноменологиялық енгізумен анықталады. Бұл тәсіл аясында көпбөлшекті жүйеде – ядрода шашырау мәселесі қарапайымдау үрдіске – кешенді оптикалық потенциал өрісінде шашырауға келтіріледі, оның пішіні мен шамасы үлгі параметрлерінің есептік мәндерін тиісті тәжірибелік мәндермен оңтайландырумен анықталады. Формалды түрде, мұндай үрдіс Шредингер теңдеуімен анықталады

, (3.1)

Оның компеһлексті потенциалы U(r). Мұндағы µ=mA_рA_t/(A_р+A_t) – қақтығысушы ядролардың келтрілген массасы, А_р және А_t - ұшып келетін ядро мен нысана ядросының массалық саны, m – нуклон массасы,, Е – массалар центрі жүйесіндегі (МЦЖ) салыстырмалы қозғалыстың кинтетикалық энергиясы.

Әдетте есептеулер қақтығысатын ядролардың массалар центрі арасындағы арақашықтыққа тәуелді болып келетін центрлік потенциалдармен ғана шектеледі. Бұл, теориялық зерттеулердің көрстеуі бойынша, спин-орбиталды әсерлесудің алдыңғы бұрыштар аймағында серпінді шашыраудың дифференциалды қимасына еш әсерін тигізбейтіндігімен ақталады. Осылайша, оптикалық потенциалды келесі түрде жазуға болады:

, (3.2)

Өрнектің бірінші мүшесі кулондық потенциал болып табылады. Шашыраудың зарядтың таралуының нақты бір формасына сезімтал болмағандығынан, диффузиялық шекті есептеудің қажеттілігі жоқ, онда практикалық мақсатта тек біртекті зарядталған сфераның кулондық потенциалын алған жөн:

(3.3)

мұндағы - кулондық радиус, ал Z_P және Z_t – ұшып келетін бөлшектің және нысана ядросының зарядтары. (3.3) формуласының өзге мүшелері ядролық өзара әсерлесуді сипаттайды.

Әдетте, ядролық потенциал ретінде Вудс-Саксон потенциалы алынады, бұл ретте параметрлердің феноменологиялық жинағы тәжірибемен максималды түрде сәйкес келетіндей етіп алынады немесе фундаменталды нуклон-нуклон әрекеттесуі негізінде теория жүзінде есептелінген потенциал алынады.

Бірінші жағдайда нақты бөлігі келесі түрде беріледі:

, (3.4)

көлемдік жалған бөлігі:

, (3.5)

беттік жалған бөлігі:

, (3.6)

(2.4-2.6) өрнектен көретініміздей, ядролық потенциалдың радиалды тәуелділігі Вудс-Саксонов формфакторымен анықталады , мұндағы R_i және a_i – поетнциалдың жылдамдығының құлау жылдамдығын сипаттайтын радиус және диффузиялылық. Вудс-Саксонов параметризациясы ядроаралық өзара әрекеттесу нысана ядросындаағы нуклондардың тығыздығының таралуына сәйкес келеді деген болжаммен сәйкес.

Жалған потенциал көлемдік (W_V ≠ 0, W_D = 0), беттік (W_V = 0, W_D ≠ 0) немесе аралас (W_V ≠ 0, W_D ≠ 0) болуы мүмкін.

Егер спин-орбиталды өзара әркеттесуді ескеру керек болса, онда потенциалға ұшып келетін бөлшектің де, нысана ядросының да спин-орбиталды әрекеттесуіне жауап беретін бөлшектері қосылады:

, (3.7)

мұндағы радиалдық функция f_SO (r) (3.6) формуладағыдай, төмендегі теңдеумен сипатталады:

, (3.8)

Толық толқындық (Ψ) функциядан қақтығысатын ядролар арасындағы салыстырмалы қашықтыққа χ_L (r) ғана тәуелді және оны парциалды толқындар бойынша жіктеу Шредингердің радиалды теңдеулерінің жиынтығына алып келеді:

, (3.9)

ааталған теңдеулер жиынтығы L белгілі бір бұрыштық моменті бар қақтығысатын ядролар қозғалысын сипаттайды. Бұл ретте функциясы кулондық және ядролық потенциалдар өрісінде радиалды бұрмаланған толқын болып келеді, ол r = 0 болған жағдайда, шекаралық шартты қанағаттандырады, ал кулондық толқындық функциялардың суперпозициясымен өрнектелетін r → ∞ жағдайында

, (3.10)

мұндағы S_L – шашырау матрицасының комплексті элементері, F_L және G_L – асимптоталық аймақтағы (3.7) теңдеуінің тұрақты және тұрақты емес шешімдері. (3.9) теңдеуі берілген потенциал үшін бірмәнді шашырау матрицасының элементтерін анықтауға мүмкіндік береді. θ бұрышқа шашыраудың амплитудасы МЦЖ жүйесінде шарыау матрицасының элементтерімен келесі түрде беріледі:

, (3.11)

мұндағы f_C – кулондық өрістегі шашырау амплитудасы

, (3.12)

мұндағы , σ_L – L толқын үшін кулондық фазалық ығысу.

Серпінді шашыраудың дифференциалды қимасы келесі өрнекпен беріледі:

, (3.13)

Әрине, талдаудан алынған потенциалдар мүмкін болатын бір ғана потенциалдар емес. Ядролық потенциалдарды анықтауда бірмәнсіздіктің екі типі бар: дискретті және үзіліссіз. Бірмәнсіздіктің болуы потенциалдың ішкі бөлігінің орбиталды моменті L кішкентай болатын парциалды толқындарды сезетіндігімен түсіндіріледі, мұндай толқындардың шашырауға қосатын үлесі мардымсыз. Сондықтан параметрлерінің мәндері ядро перифериясына жуық болатын кез келген потенциалдар немесе қимаға маскималды үлес қосатын парциалды толқындардың шектеулі саны үшін фазаларды дұрыс болжайтын потенциалдар жақын бұрыштық орналасуды береді.

ОП параметрлері теориялық және тәжірибелік бұрыштық орналастыру арасында ең жақсы сәйкестікті алатындай таңдалынды. Теориялық есептеулер SPI-GENOA және ECIS-88 бағдарламаларында орындалды. ОП оптималды параметрлерінің автоматты іздестірілуі шамаларын минимизациялау арқылы алынады:

, (3.14)

мұндағы және – берілген бұрыш үшін дифференциалды қиманың есептік және тәжірибелік мәндері, – тәжірибелік қате, N – өлшенген нүктелер саны.

Айта кететін жайт, бұл потенциалды оптималды ретінде таңдай отырып, ОП нақты бөлігінің көлемдік интегралының физикалық негізделген мәнін аламыз, ол келесідей анықталады:

, (3.15)

мұндағы A_p және A_t – ұшып келетін бөлшектің және нысана ядросының массалық саны. Оның мәні нуклон-нуклон әрекеттесу потенциалыны шамасына жақын болуы керек, ол жуық шамамен 400 МэВ∙фм³ құрайды [3, 271-б].

Оптикалық үлгі аясында есептеулер ECIS-88 компьютерлік бағдарламасын қолдану арқылы жүргізілді.

3.2.2 Бірретті орау әдісінің формализмі (фолдинг-үлгісі)

Протондардың ядромен әрекеттесуінің потенциалын анықтаудың жартылай микроскопиялық бірретті фолдинг-үлгісі [15] салыстырмалы түрді танымал нуклон-нуклон күштері туралы және ядролық материяның тығыздығының таралуы туралы ақпараттан туындаған. Феноменологиялық потенциалмен салыстырғанда бірретті фолдинг-үлгінің потенциалының бос параметрлері жоқ және бұл жағдай ядроның ОН негізінде серпінді шашырауы бойынша деректер талдамасынан шығатын оның параметрлерінің біртексіздігін шамалы қысқартуға мүмкіндік береді. сонымен қатар толық бұрыштық диапазонда, өте төмен энергияда, параметрлерің шамасы физикалық негізделген жағдайда алынатын тәжірибелік деректерді жақсы сипаттауға мүмкіндік береді. алайда мұндай үлгінің көмегімен потенциалдың тек нақты бөлігін есептей аламыз, ал жалған бөлігін қандай да бір алғашқы принциптерге сүйене отырып табу керек болады, осылайша, бұл бөлігі үшін потенциал бұрынғыдай феномеонологиялық болып қала береді.

Бірретті фолдинг-үлгі аясында ⁹Ве(р,р)⁹Ве жүйесі үшін жартылай микроскопиялық потенциалды құруды қарастырайық.

Нуклон-ядролық шашырау үшін оптикалық потенциалдың нақты бөлігі есептеулерде келесі түрге ие:

, (3.16)

мұндағы , – ¹²С ядро заттегінің тығыздығының таралуы, – эффективті нуклон-ядролық өзара әрекеттесу. Есептеулерде эффективті нуклон-ядролық өзара әрекеттесу М3Y-әрекеттесу түрінде алынды:

. (3.17)

⁹Ве ядроларының тығыздығы келесі формула бойынша есептелінеді:

, (3.18)

мұндағы а және α – тұрақты параметрлер. Гармоникалық осциллятор үшін олар келесі шамаларға тең: а = 1.77 Фм; α = 0.327 Фм. Фолдинг-потенциалдары FRESCO бағдарламасының көмегімен есептелінді. Нәтижелері кестеде (Кесте 2), ФМ үлгісі ретінде суреттерде берілген (Сурет 21, 22).

Кесте 2 Оптикалық потенциалдардың (ОҮ үлгісі) және фолдинг-потенциалдарының (ФҮ үлгісі) оптималды парамтерлері

E лаб (кэВ)	Үлгі	V (МэВ)	rV (Фм)	a V (Фм)	Nr	WD (МэВ)	rW (Фм)	a W (Фм)	rC (Фм)
	OҮ	41.84	1.0	0.861		8.738	1.0	0.2	1.25
ФҮ				0.94	4.856	1.0	0.2	1.25
	OҮ	56.77	1.0	0.2		4.4	1.0	0.66	1.25
ФҮ				0.75	16.88	1.0	0.346	1.25
	OҮ	57.83	1.0	0.2		11.92	1.0	0.2	1.25
ФҮ				0.685	11.636	1.0	0.325	1.25
	OҮ	54.06	1.0	0.2		3.458	1.0	0.2	1.25
ФҮ				0.89	3.257	1.0	0.2	1.25
	OҮ	68.57	1.0	0.2		2.0	1.0	0.2	1.25
ФҮ				0.7	2.0	1.0	0.2	1.25
	OҮ	60.45	1.0	0.2		4.03	1.0	0.2	1.25
ФҮ				0.79	6.895	1.0	0.2	1.25
	OҮ	63.74	1.0	0.2		11.94	1.0	0.2	1.25
ФҮ				0.75	2.0	1.0	0.2	1.25
	OҮ	58.86	1.0	0.2		2.0	1.0	0.2	1.25
ФҮ				0.81	2.0	1.0	0.2	1.25

Дата добавления: 2015-08-31