Автореферат (1145373), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Основной же экспериментальной программой для установкиSHIPTRAP является измерение масс трансурановых нуклидов, включая сверхтяжёлые. Врамках данной программы были проведены измерения масс изотопов нобелия и лоуренсия[18, 19]. На установке SHIPTRAP также были успешно реализованы три программыизмерений масс долгоживущих и стабильных нуклидов, соответственно, в рамках поискарезонансно-усиленных 0ν2EC-переходов [20], для определения массы нейтрино [21, 22] идля проверки квантовой электродинамики в сильных электромагнитных полях [23].В подглавах дано подробное описание назначения и принципа работы каждого ключевогоузла установки SHIPTRAP: сепаратора по скоростям SHIP, газонаполненной камеры дляостановкипродуктовреакции,газонаполненногорадиочастотногоквадруполяиподготовительной и измерительной ловушек Пеннинга.Глава 3 Измерение масс изотопов нобелия и лоуренция на установке SHIPTRAPОсновной программой измерений на установке SHIPTRAP является определение масстрансурановых нуклидов.
В рамках данной программы были проведены измерения масскороткоживущих изотопов нобелия252-255No и лоуренсия255,256Lr [24, 18, 19]. Данныеизмерения являются первыми в мире прямыми измерениями масс трансурановых нуклидов.Более того, данные изотопы нобелия и лоуренсия являются нуклидами с наименьшимисечениями образования, когда-либо исследованными с помощью ловушек Пеннинга. Выборэтих нуклидов для первых экспериментов с трансурановыми нуклидами на SHIPTRAPосновывался на том, что они образуются с относительно большими сечениями благодаряслиянию дважды магических ионов48Ca с магическими изотопами свинца и висмута сизвестными оптимальными параметрами реакций образования данных нуклидов.В разделе 3.1 Описываются различные механизмы образования трансурановых нуклидов.Нуклиды с протонным числом 92<Z≤100 образуются в результате взрывов ядерныхбоезарядов, а также на реакторах в реакциях чередующихся захватов нейтронов и β− распадов.
Данный механизм производства трансурановых нуклидов обрывается нануклидеFm, который вместо β− - распада испытывает спонтанное деление с периодом258полураспада 0.3 мс. Для образования нуклидов с протонными числами, превышающимизначение Z=100, используется реакция слияния-испарения. Характерной чертой даннойреакции являются очень малые сечения образования в ней трансурановых нуклидов.Например, на сепараторе SHIP выходы элемента с зарядовым числом Z=112 не превышают15одного атома в неделю [25]. Более того, сечения образования трансурановых и, особенно,сверхтяжёлых нуклидов [26] сильно зависят от выбора конкретной реакции и энергииналетающего пучка.В эксперименте, описываемом в диссертационной работе, изотопы нобелия 252-255No былиполучены на сепараторе SHIP в реакциях 48Са на трёх стабильных изотопах свинцаДля получения изотопов лоуренсиястабильный изотоп висмута255,256206-208Pb.Lr в качестве мишени использовался единственный209Bi.
Оптимальные реакции и их параметры для образованияданных нуклидов были экспериментально определены в [27, 28]. Наибольшим сечением какв случае образования изотопов нобелия, так и в случае образования изотопов лоуренсияобладает канал распада компаунд-ядра с испусканием двух нейтронов. Изотопобразуется с наибольшим сечением, равным 1800 нбарн. Изотоп лоуренсия256254NoLr являетсянуклидом с минимальным сечением образования (60 нбарн), чья масса была измеренаавтором диссертации с помощью ловушек Пеннинга. Характерной чертой данных нуклидов,способствовавшей точному измерению их масс, являются достаточно долгие времена ихжизни (как минимум несколько секунд).В разделе 3.2 описывается процедура измерения масс изотопов нобелия и лоуренция наустановке SHIPTRAP и приводятся результаты этих измерений. После образования насепараторе SHIP изотопы нобелия и лоуренсия останавливались и термолизировались вгазонаполнонной камере в гелии, находящимся под давлением 50 мбар.
Далее ониизвлекались из газонаполненной камеры и транспортировались в ловушки Пеннинга в видедвухзарядных ионов. В качестве реперного нуклида использовались однозарядные ионыстабильного изотопа 133Cs [29].Определение массы каждого изотопа нобелия и лоуренсия потребовало как минимумнескольких часов измерения их свободных циклотронных частот с помощью методики ToFICR, в которой применялась одноимпульсная схема конверсии магнетронного движения вциклотронное. Пример время-пролётных резонансов254No и256Lr ионов приводится нарисунке 2. Далее определялись отношения свободных циклотронных частот реперныхионов 133Cs+ и ионов соответствующего нуклида. На основе данных отношений определялисьмассы исследуемых нуклидов.16Рис.
2: Время-пролётные резонансы (а) 254No2+ ионов с самым большим сечениемобразования и (б) 256Lr2+ ионов с самым маленьким сечением образования из изучаемыхнуклидов. Время-пролётные резонансы 254No2+ и 256Lr2+ ионов были набраны в течение,соответственно, одного часа и 93 часов и содержат, соответственно, 95 и 56 ионов. Красныелинии являются теоретическими кривыми, вписанными в экспериментальные точки.В таблице 1 приводятся вычисленные на основе отношения частотисследуемых нуклидов и их избытки масс . Также приведены атомные массыранее известныетабличные избытки масс [30] и их сравнение с .Таблица 1: Вычисленные на основе измеренных отношений частот атомные массыисследуемых нуклидов и их избытки масс .
Также приведены ранее известныетабличные избытки масс [30] и их сравнение с . Знак # означает, что табличныеизбытки масс изотопов 253No, 255Lr и 256Lr являются не экспериментальнымизначениями, а предсказаниями, основанными на анализе экспериментальных значенийблизлежайших масс.нуклидатомная масса − / а.е.м./ кэВ/ кэВ/ кэВ252No252.088960(15)82866(14)82881(13)-15(19)253No253.090560(14)84356(13)84470#(100#)-114(101)254No254.090963(11)84731(10)84724(18)7(20)255No255.093193(15)86809(14)86854(10)-45(17)255Lr255.096565(13)89950(12)90060#(210#)-110(210)256Lr256.098505(74)91757(69)91870#(220#)-113(231)В разделе 3.3 приводится обсуждение полученных результатов. Исследованные изотопынобелия и лоуренсия являются звеньями α−цепочек, то есть с одной стороны, они являютсяпродуктами α−распада более тяжёлых нуклидов, а, с другой стороны, сами распадаютсяпосредством α−излучения в более лёгкие нуклиды.
В основании каждой цепочки,включающейнескольконуклидов,располагаетсянуклид,α−излучателем. Прямое измерение масс изотопов нобелиякоторый252-255неNo и лоуренсияявляется255,256Lr,17совместно со спектроскопическими данными по α−распадам, позволили определить массы12 более тяжёлых нуклидов в пяти α−цепочках вплоть до изотопов 110 Ds.Глава 4Установка SHIPTRAP в режиме off-line. Поиск резонансного усилениябезнейтринного ядерного двойного электронного захватаФакт наличия у нейтрино массы поднимает вопрос о том, являются ли нейтрино иантинейтрино разными частицами (частицы Дирака/Dirac) или идентичными (частицыМайорана/Majorana).
Данный вопрос является одним из центральных в нейтринной физике,так как тип нейтрино определяет механизм возникновения у нейтрино малой, но тем неменее ненулевой массы. Наиболее удобным и в настоящее время, возможно, единственнымметодом определения типа нейтрино является наблюдение безнейтринных двойных бетапроцессов. К ним относятся: (1) испускание ядром двух электронов (двойной бета-распад),(2) испускание ядром двух позитронов (двойной позитронный распад), (3) захват ядромэлектрона с атомной оболочки с испусканием позитрона (электронно-позитронный распад) и(4) захват ядром двух электронов с атомной оболочки (двойной электронный захват).Протекание перечисленных безнейтринных процессов возможно только в том случае, еслинейтрино являются частицами Майорана и нарушается закон сохранения полноголептонного числа.
Так как эти процессы запрещены в Стандартной Модели элементарныхчастиц, то их успешное наблюдение означало бы наличие новой физики за пределамиСтандартной Модели.Безнейтринный двойной электронный захват (0ν2EC) обладает рядом преимуществ посравнению с другими тремя процессами при условии, что он полностью или частичнорезонансно усилен.
Степень резонансного усиления определённого 0ν2EC-перехода зависитот так называемого фактора вырождения ∆, который в свою очередь является функцией Qзначения этого 0ν2EC-перехода. При значении фактора вырождения 1 кэВ и меньше переходможно считать частично резонансно-усиленным. Призначении фактора вырожденияпорядка нескольких десятков эВ переход считается полностью резонансно-усиленным.Существенныйпрогресс,достигнутыйзапоследнеедесятилетиевобластивысокопрецизионной масс-спектрометрии на основе ловушек Пеннинга [31, 32], наконец,сделал возможным измерение разницы масс двух нуклидов с достаточной точностью и,таким образом, положил начало экспериментам по поиску резонансно усиленных 0ν2ECпереходов, которые бы в будущем могли быть использованы для поиска безнейтринногодвойного электронного захвата.18Данная глава посвящена обзору результатов поиска резонансно усиленных 0ν2ECпереходов с помощью прямых измерений атомных масс материнских и дочерних нуклидов.Эта программа была выполнена на установке SHIPTRAP в её варианте “вне пучка“ подруководством автора диссертации.В разделе 4.1 даётся краткое изложение теории двойного электронного захвата.В разделе 4.2 приводится сравнение безнейтринного двойного электронного захвата сбезнейтринным двойным бета-распадом и их преимущества и недостатки для экспериментовпо поиску безнейтринного бета-процесса.В разделе 4.3 приводится описание эксперимента, проведённого автором диссертации наустановке SHIPTRAP по поиску резонансно усиленных 0ν2EC-переходов, а такжеобсуждаются полученные результаты.Дляпоискарезонансно-усиленных0ν2EC-переходовустановкаSHIPTRAPиспользовалась в “off-line“ режиме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
