13 августа 2021

Проведено исследование вероятности образования и распада сверхтяжелых элементов в зависимости от кулоновского фактора реакции при энергиях вблизи кулоновского барьера

Коллектив авторов в составе Э. М. Козулин, А. А. Богачев, И. В. Воробьев, М. Г. Иткис, Ю. М. Иткис, Г. Н. Княжева, Д. Кумар, К. В. Новиков, А. Н. Пан, И. В. Пчелинцев был удостоен первой Премии ОИЯИ за 2020 год в номинации «За научно-исследовательские экспериментальные работы» за труд «Исследование вероятности образования и распада сверхтяжелых систем в зависимости от кулоновского фактора реакции Z1Z2 при энергиях вблизи кулоновского барьера».

Получение и исследование свойств ядер вблизи «острова стабильности» является одной из основных задач современной ядерной физики. Теоретически его существование было предсказано вблизи нейтронной N = 184 и протонной Z = 114 или Z = 120–126 оболочек. Протонная оболочка до сих пор точно не определена, т.к. ее число, получаемое в различных моделях, сильно зависит от выбора значений используемых параметров. Имеющиеся экспериментальные данные подтверждают существование «острова стабильности», но не позволяют сделать однозначного вывода о значениях протонной и нейтронной оболочек.

В последнее время были достигнуты большие успехи в синтезе новых сверхтяжелых элементов с использованием реакций полного слияния тяжелых ядер. Для их получения используются как реакции холодного (когда один из партнеров реакции – 208Pb или 209Bi), так и горячего синтеза (с использованием актинидных ядер). Использование ионов 48Ca в реакциях горячего синтеза позволяет получать составные ядра с относительно небольшой энергией возбуждения (30–40 МэВ) вблизи кулоновского барьера. Кроме того, сверхтяжелые ядра, образующиеся в реакциях ионов 48Ca с актинидами, являются более нейтронно-избыточными по сравнению с реакциями холодного синтеза. Сечение образования элементов с Z = 112–118 в реакциях с 48Ca составляет несколько пикобарн, тогда как в реакциях холодного синтеза оно резко падает с увеличением заряда ядер, и для Nh (Z = 113) насчитывает всего около 55 фемтобарн [5]. Дальнейший прогресс в синтезе новых сверхтяжелых элементов в реакциях холодного синтеза затруднен из-за резкого уменьшения сечения их образования.

На сегодняшний день самым тяжелым элементом является оганесон (Qg) с Z = 118. Для его синтеза была использована реакция 48Ca + 249Cf. Получение сверхтяжелых элементов с Z > 118 и изучение их свойств представляют особый интерес для дальнейших исследований «острова стабильности». К сожалению, эти ядра не могут быть получены в реакциях с ионами 48Ca из-за ограниченного набора актинидных ядер (самое тяжелое – калифорний c Z = 98). Использование более тяжелых налетающих ионов (Ti, Cr, Fe и Ni) является одним из возможных решений.

Однако увеличение кулоновского фактора Z1Z2 реакции приводит к уменьшению сечения образования составного ядра – чем тяжелее налетающий ион, тем сильнее кулоновское отталкивание между взаимодействующими ядрами. Этот фактор главным образом определяет механизм взаимодействия двух тяжелых ионов (образование составного ядра, квазиделения и реакции глубоконеупругих передач). Квазиделение и реакции глубоконеупругих передач являются бинарными процессами с полной передачей импульса, в которых составная система разделяется на два основных фрагмента, минуя стадию образования составного ядра. Квазиделение оказывается наиболее важным механизмом, который подавляет образование составного ядра при слиянии тяжелых ядер.

Для исследования вероятности образования и распада сверхтяжелых систем вблизи «острова стабильности» в зависимости от кулоновского фактора реакции Z1Z2 был проведен цикл экспериментов. В этих экспериментах были измерены массовые, энергетические и угловые распределения бинарных фрагментов распада сверхтяжелых составных систем с Z = 114 и 120, образованных в реакциях 52Cr + 232Th, 52,54Cr + 248Cm, 86Kr + 198Pt и 68Zn + 232Th.

В представленном цикле работ проведен сравнительный анализ полученных результатов с уже имеющимися данными для реакций с ионами 36S, 40,48Ca, 48,50Ti, 58Fe и 64Ni. Это позволило получить вероятности слияния для сверхтяжелых систем в широком диапазоне изменения кулоновского фактора Z1Z2 от 1472 до 2808. Измерения проводились в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова ОИЯИ в г. Дубна и Университете г. Ювяскюля (Финляндия) с помощью двухплечевого времяпролетного спектрометра CORSET.

Таким образом, авторами был проведен большой цикл экспериментальных работ по исследованию вероятности образования и распада сверхтяжелых систем в зависимости от кулоновского фактора реакции Z1Z2 при энергиях вблизи кулоновского барьера.

Проанализированы свойства процессов слияния-деления и квазиделения в составных системах с Z = 114 и 120. Подтверждена доминирующая роль квазиделения для ядерных систем с кулоновским фактором Z1Z2 > 2000. Вычислены вероятности слияния для рассмотренных реакций. Полученные данные помогут в дальнейшем изучении «острова стабильности» и постановке экспериментов по получению элементов с Z > 118. Коллектив удостоен первой премии за научно-исследовательские экспериментальные работы на 129-ой сессии Ученого совета ОИЯИ.

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) был создан на основе Соглашения, подписанного 26 марта 1956 г. в Москве представителями правительств одиннадцати стран-учредителей, с целью объединения их научного и материального потенциала для изучения фундаментальных свойств материи. Институт расположен в Дубне, в 120 км от Москвы, в Российской Федерации. Сегодня Объединенный институт ядерных исследований является всемирно известным научным центром, в котором фундаментальные исследования (теоретические и экспериментальные) успешно интегрированы с разработкой и применением новейших технологий и университетским образованием. Членами ОИЯИ являются 18 государств.