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锡同位素部分光中子反应截面的分析与评估

期刊:НИИЯФ МГУ

该文档是由в.в. варламов, б.с. ишханов, в.н. орлин, в.а. четверткова等人撰写,发表于2009年的《препринт ниияф мгу 2009-3/847》。文档主要针对锡(Sn)同位素的部分光中子反应截面进行了分析与评估,属于核物理领域的研究。

研究背景与目的

核物理研究的一个重要目标是获取原子核结构的信息,而光核反应是研究原子核结构的重要手段之一。光核反应通过γ光子与原子核的电磁相互作用,能够较为清晰地分离核结构效应与激发机制。在能量低于50 MeV的γ光子吸收过程中,原子核会表现出一个显著的宽峰,称为巨偶极共振(Giant Dipole Resonance, GDR)。GDR的主要参数(如位置、幅度和形状)对于理解原子核的激发和衰变机制至关重要。光吸收过程中,原子核会发射单个或多个核子,其中发射一个核子的概率最高,发射两个或更多核子的概率较低。这些反应通道的截面关系对于理解光核裂变机制具有重要意义。

本研究的目的是对9种稳定的锡同位素(112,114,116,117,118,119,120,122,124Sn)的光中子反应截面进行联合分析,特别是对部分光中子反应截面(如σ(γ,n)和σ(γ,2n))进行评估,并探讨GDR参数随质量数的变化规律。

研究流程

  1. 实验数据的获取与分析
    研究使用了莫斯科国立大学核物理研究所(НИИЯФ МГУ)的轫致辐射γ射线束以及美国利弗莫尔实验室和法国萨克雷实验室的准单能γ光子束(通过相对论正电子湮灭产生)的实验数据。这些数据包括总光中子反应截面σ(γ,xn)和部分光中子反应截面σ(γ,n)和σ(γ,2n)。

  2. 实验数据的系统性差异分析
    研究分析了不同实验数据之间的系统性差异,并提出了相应的修正方法。特别是针对准单能γ光子实验中光中子多重性的分离问题,提出了基于统计理论的修正方法。

  3. 部分反应截面的评估
    利用总光中子反应截面σ(γ,xn)和现代光核反应模型(基于费米气体密度),评估了部分光中子反应截面σ(γ,n)和σ(γ,2n)。通过这些数据,进一步评估了所有研究锡同位素的总光中子反应截面σ(γ,sn),并分析了GDR参数随质量数的变化规律。

  4. 实验数据的相互校正
    针对利弗莫尔和萨克雷实验室的实验数据,研究提出了基于总光中子反应截面的相互校正方法。通过引入校正系数r,对萨克雷实验室的部分反应截面数据进行了修正,使其与利弗莫尔实验室的数据更加一致。

主要结果

  1. 部分光中子反应截面的评估结果
    研究得出了9种锡同位素的部分光中子反应截面σ(γ,n)和σ(γ,2n)的评估数据,并分析了这些数据与实验数据的一致性。结果表明,不同实验数据在能量高于σ(γ,2n)反应阈值的区域存在系统性差异,特别是萨克雷实验室的σ(γ,n)截面普遍高于利弗莫尔实验室的数据,而σ(γ,2n)截面则相反。

  2. GDR参数的变化规律
    研究分析了GDR参数(如位置、幅度和形状)随质量数的变化规律,发现这些参数在不同同位素之间存在一定的规律性变化,特别是对于116,118,120Sn同位素,GDR参数的变化较为显著。

  3. 实验数据的相互校正结果
    通过引入校正系数r,研究成功地将萨克雷实验室的部分反应截面数据与利弗莫尔实验室的数据进行了校正,使得两者在能量高于σ(γ,2n)反应阈值的区域更加一致。

结论与意义

本研究通过对9种锡同位素的光中子反应截面进行联合分析,评估了部分光中子反应截面σ(γ,n)和σ(γ,2n),并提出了基于总光中子反应截面的实验数据相互校正方法。研究结果为理解光核反应的机制提供了重要的实验数据支持,特别是对于GDR参数随质量数变化规律的研究具有重要的科学意义。此外,本研究提出的实验数据校正方法为未来光核反应实验数据的处理提供了新的思路。

研究亮点

  1. 多实验数据的联合分析
    本研究结合了莫斯科国立大学、利弗莫尔实验室和萨克雷实验室的实验数据,进行了全面的联合分析,确保了数据的广泛性和可靠性。

  2. 部分反应截面的评估方法
    研究基于现代光核反应模型,提出了部分光中子反应截面的评估方法,为光核反应研究提供了新的工具。

  3. 实验数据的相互校正
    本研究提出了基于总光中子反应截面的实验数据相互校正方法,成功解决了不同实验室数据之间的系统性差异问题,为未来实验数据的处理提供了重要参考。

其他有价值的内容

本研究还详细讨论了光核反应中直接过程和统计过程的贡献,特别是对于σ(γ,n)和σ(γ,2n)反应截面的分离问题,提出了基于统计理论的修正方法。这些讨论为光核反应机制的研究提供了新的视角。

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