Ахмад эль-Сайед Адиль Амар Исследование ядерных реакций

Ахмад эль-Сайед Адиль Амар
Исследование ядерных реакций на ядрах лития для
астрофизических приложений
АННОТАЦИЯ
диссертации Ахмад Амар на соискание ученой степени доктора
философии (PhD) по специальности 6D060500 Ядерная Физика
Актуальность темы. Всвязи с тем, что энергии взаимодействия ионов в
звездах достаточно малы, нет возможности для прямого измерения сечений
ядерных реакций для астрофизических исследований.
Обычно измерение дифференциальных сечений проводятся при более
высоких энергиях, а затем экстраполируются на астрофизические энергии
теоретическими методами.
Надежность подобных экстраполяций зависит от качества теоретических
моделей и точности измерений. Следовательно, увеличение точности
измерений и разнообразия экспериментальных данных способно уменьшить
неопределенность теоретического анализа и неточность экстраполяции.
Экспериментальные исследования взаимодействия частиц и ядер,
проводимые на ускорителях остаются основным источником прямой
информации о структуре ядра и механизмов ядерных реакций.Относительно
большое сечение и хорошо развитые теоретические модели позволяют
получить информацию об эффективных потенциалах сталкивающихся
частиц крайне важную для ядерной физики. Знание этой информации
необходимо для прояснения природы многих классов ядерных реакций
включающих в себя различные частицы во входных и выходных каналах.
Наиболее продвинутым методом получения ее остается феноменологическое
приближение, основанное на анализе экспериментальных данных по
упругому рассеянию с помощью оптической модели, где реальная часть
потенциала отражает фундаментальные свойства атомных ядер.
Цель исследования: Экспериментальное и теоретическое изучение
ядерных реакций протонов и 3He с ядром 6Li для применения в астрофизике.
Основная
цель
диссертации
–
получить
надежные
значения
спектроскопических факторов для основного и первого возбужденного
состояний 7Be в (6Li+p)-конфигурации и астрофизических S-факторов в
пределах крайне низких энергий для реакции 6Li (p,γ)7Be.
В соответствии с этой целью были выполнены следующие задачи:
1- Измерения дифференциальных сечений реакций 6Li(3He,d)7Be и 6Li (p,
γ)7Be, а также p+6Li-рассеяния с высокой точностью (≤6%).
2- Выделение спектроскопических факторов основного и первого
возбужденного состояний 7Be из экспериментальных данных по
6
Li(3He,d)7Be, измеренных и полученных нами ранее.
3- Нахождение оптического потенциала для p+6Li.
4- Расчет скорости реакции и астрофизического S-фактора для реакции 6Li
(p,γ) 7Be
Объект исследования: В данной работе были измерены и
проанализированы упругое рассеяние протонов и 3He на 6Li, реакция обмена
протонами 6Li(3He,d)7Be и радиационного захвата 6Li(p,γ)7Be. Исследование
ядерных реакций относящихся к процессам ядерного синтеза во Вселенной.
Предмет исследования: Измерения дифференциальных сечений
ядерных реакций, параметров оптической модели для упругого рассеяния
протонов и 3He на 6Li, выделение спектроскопических факторов 7Be и
астрофизического S-фактора и скорости реакции 6Li (p,γ)7Be.
Научная новизна:
Во-первых, были измерены экспериментальные дифференциальные
сечения упругого рассеяния протонов на ядрах 6Li при энергии частиц между
400-1100 кэВ. Используя оптическую модель и модель свертки с помощью
ECISS, SPI- GENOA, DEFPOT и FRESCO программ были получены
оптимальные параметры для упругого рассеяния протонов на 6Li; Во-вторых, были измерены экспериментальные дифференциальные
сечения упругого и неупругого рассеяния 3Не и реакции передачи протона с
ядер 6Li в 3Не при энергии 34 МэВ, на основе всестороннего анализа
экспериментальных данных упругого и неупругого рассеяния и реакции
передачи протона, используя оптическую модель, метод искаженных волн
(DWBA) и связанных каналов реакции (CRC), были получены оптимальные
параметры оптических потенциалов 3Не на ядрах 6Li. Был изучен эффект
передачи t при упругом рассеянии 6Li(3Не,6Li)3Не, был извлечен
6
спектроскопический
фактор
Li≡{3Не+t}.
Были
извлечены
7
спектроскопические факторы Be для основного и первого возбужденного
состояния.
В-третьих, были измерены угловые распределения гамма-квантов в
реакции 6Li (р, γ) 7Be для основного и первого возбужденного состояния при
энергии налетающего протона 387, 690, 984 и 1283 кэВ. Данные были
проанализированы с помощью оптических параметров из наших расчетов
упругого рассеяния протонов на 6Li и извлеченных спектроскопических
факторов для 7Be.
В-четвертых, был выполнен расчет скорости реакции и
астрофизических S-факторов для реакции6Li(р,γ)7Be. Положения, выносимые на защиту:
1- Измерение дифференциальных сечений упругого рассеяния протонов
6
на Li при малых энергиях от 746 до 1136 кэВ.
2- Измерение упругого и неупругого рассеяния 3Не на 6Li, а также
6
Li(3Не,d)7Be реакция на 34 МэВ.
3- Измерение сечения 6Li(р,γ)7Be реакции при энергии налетающих
протонов 387, 690, 984 и 1283 кэВ.
4- Используя экспериментальные данные из различных источников
литературы, было проанализировано упругое рассеяние протонов на 6Li.
Расчет экспериментальных сечений был проведен для углов (<80°), где
доминирует потенциальное рассеяние. Параметры оптического потенциала
были найдены в широком диапазоне энергий.
5- Было проанализировано упругое рассеяния 3Не на 6Li с помощью
оптической модели.
6- Эффект передачи t на 6Li был исследован с помощью CRC расчетов.
Был извлечен спектроскопический фактор 6Li ≡ t +3He.
7- Передача протона в реакциях 6Li(3Не,d)7Be была изучена с помощью
методов искаженных волн и CRC.
8- Были извлечены спектроскопические факторы 7Be ≡ 6Li+р;
9- Сечения 6Li(р,γ)7Be были рассчитаны с использованием ОМП из
р+6Li упругого рассеяния и 7Be спектроскопические факторы, извлеченные
из 6Li(3Не,d)7Be реакции с использованием программы FRESCO. Полученные
результаты были использованы для извлечения астрофизических S-факторов.
10- Скорость ядерной реакция 6Li(р,γ)7Be
были рассчитаны с
использованием информации, полученной из нашего анализа.
Структура и объем диссертации: Диссертация содержит аббревиатуры,
введение, литературный обзор, экспериментальные методы, результаты и
обсуждение, выводы, список использованных источников в количестве 102.
Объем работы 115 страниц. Рукопись содержит 44 рисунка и 10 таблиц.
Заключение:
Основные
результаты
исследования:
Были
посчитаны
дифференциальные сечения упругого рассеяния протонов при низких
энергиях от 746 до 1136 КэВ. Были проведены измерения упругого и
неупругого рассеяния 3He на 6Li, а также реакции 6Li(3He,d)7Be при энергии
34 МэВ. Были измерены сечения реакции 6Li(p,γ)7Be при энергиях
налетающих протонов 387, 690, 984 и 1283 КэВ; Пользуясь
экспериментальными данными из различных литературных источников был
проведен анализ упругого рассеяния протонов и 3He, с помощью стандартной
оптической модели в широком диапазоне энергий налетающих частиц. Были
сравнены теоретически рассчитанные и экспериментальные сечения для
передних углов (<80°), где преобладает потенциальное рассеяние. Были
найдены параметры оптического потенциала; Было проанализировано
упругое рассеяние 3He на 6Li, с помощью оптической модели. С помощью
расчетов методом связанных каналов был исследован обмен тритоном при
упругом рассеянии. Был выделен спектроскопический фактор для 6Li=t+3He.
Наши новые данные по упругому рассеянию и данные, полученные
ранее (при E3He = 34, 50, 60 and 72 МэВ) и реакциям (3He,d) (при 18 и 33.3
МэВ) были проанализированы в рамках оптической модели, метода
связанных каналов и усовершенствованного метода искаженных волн.
В анализе методом связанных каналов реакций были найдены
феноменологические потенциалы с глубинами, зависящими от энергии, где
был учтен механизм обмена тритоном. Эти потенциалы хорошо описывают
экспериментальные угловые распределения для всех энергий и в полном
угловом диапазоне. Однако, для достижения согласия с экспериментом при
энергии 34 МэВ, выделенный спектроскопический фактор должен быть
уменьшен в сравнении с посчинаным. Наравне с феноменологическим
потенциалом, микроскопический потенциал был посчитан в рамках метода
двойной свертки. При коэффициенте нормализации N = 0.8 он практически
идентичен с феноменологическим потенциалом.
В анализе реакции (3He,d) мы оценили роль одноступенчатого
механизма t- и α-обмена. Было показано, что эффект связанных каналов
реакций явно проявляется во всех случаях. Но сечения метода связанных
каналов реакций отличаются от обычного метода искаженных волн только
для углов больших 30o, для меньших углов описание экспериментальных
данных эквивалентно.
Используя модифицированный метод искаженных волн мы попытались
получить
надежные
значения
асимптотических
нормировочных
коэффициентов (АНК) для однопротонной конфигурации основного
состояния (3/2-) и первого возбужденного состояния (Ex = 0.429 MeV, 1/2-)
ядра 7Be. При энергиях 33.3 и 34 МэВ, значения квадратного АНК схожи
(около 3-4 фм-1) тогда как при энергиях 18 МэВ значения лежат между 11-14
фм-1 для всех проверенных наборов параметров ОМ. Причина этого понятна
не до конца. Одно из возможных объяснений может быть постепенный рост
роли механизмов отличных от полярных механизмов с уменьшением
энергии.
Реакция обмена протоном 6Li(3He,d)7Be ведущий к основному и первому
возужденному состоянию 7Be были изучены с помощью метода искаженных
волн и метода связанных каналов реакций. Были выделены
спектроскопические факторы 7Be=6Li+p; сечения 6Li(p,γ)7Be были посчитаны
с помощью параметров ОМ из упругого рассеяния p+6Li и
спектроскопических факторов 7Be выделенных из реакции p+6Li. Результаты
были использованы для выделения астрофизического S-фактора.
Астрофизический S-фактор был выделен с помощью анализа фазового сдвига
p+6Li упругого рассеяния
Скорости реакции 6Li(p,γ)7Be были посчитаны с помощью информации
полученной из нашего анализа.
Аппробация работы и публикации: По материалам диссертации
опубликовано 21 печатных работ, 6 публикации входят в базу данныхе
Scoups, 10 тезисов в международных конференциях.