Лаборатория физики деления создана в 1966

Направление исследований

Исследования в области физики деления ядер в Республике Казахстан были начаты в 1966 году с создания в ИЯФ Лаборатории физики реакторов, позднее переименованной в Лабораторию физики деления.

Краткая история

С момента создания Лаборатории начало развиваться сотрудничество с ведущими научными центрами: Физико-энергетическим институтом (ФЭИ г. Обнинск), Объединенным институтом ядерных исследований (ОИЯИ г. Дубна), Институтом ядерных исследований (ИЯИ г. Киев), что позволило привлечь к обсуждению и анализу экспериментальных данных таких авторитетных ученых как А.В. Игнатюк, Н.И. Заика, Ю.Ц. Оганесян, Ю.А. Селицкий, Г.Н. Смиренкин и провести ряд важных измерений на базовых установках этих организаций.

В 70-80-х годах Лаборатория пополнилась талантливыми молодыми учеными – выпускниками физического факультета Казахского Государственного университета, в числе которых Бейзин С.Д., Мульгин С.И., Грузинцев Е.Н., Русанов А.Я., Жданов С.В. и др.

В Лаборатории под руководством В.Н. Околовича, были разработаны и созданы высокочувствительные методики измерения для проведения экспериментальных исследований таких характеристик деления доактинидных ядер как интегральные сечения деления, угловые и массово-энергетические распределения осколков деления, выходы запаздывающих нейтронов и др. Эксперименты были выполнены на выведенных пучках ионов от ускорителей У-150 (г.Алматы), У-150 (ФЭИ), У-200 (г.Дубна) и У-240 (г.Киев).

В результате этих экспериментов была получена обширная информация о сечениях деления и угловых распределениях осколков для ядер-мишеней от гадолиния до висмута в реакциях с легкими заряженными частицами и ионами 12С.

Следующим этапом в работе Лаборатории физики деления стали систематические широкомасштабные исследования массово-энергетических распределений осколков деления.
Интерес к детальному исследованию распределений осколков по массам и энергиям вызван тем, что эти характеристики несут важную информацию о статических, динамических и диссипативных свойствах ядерного вещества. Исследования проводились на выведенных пучках ускоренных ионов изохронных циклотронов У-150 ИЯФ (Алматы) и У-400 (ОИЯИ, Дубна).

Были выполнены детальные измерения при делении нагретых ядер-доактинидов от осмия 186Os до астата 212At. Подавляющая часть экспериментальных данных получена впервые. Более того, благодаря существенной модернизации методики спектрометрии парных осколков, впервые в мире удалось надежно установить, что при делении ядер в районе свинца наблюдается асимметричная компонента деления, и ее вклад в полный выход масс осколков составляет ≈ 0,3%. Результаты этой работы, с одной стороны, существенно расширили и углубили представления о механизмах процесса деления, а с другой – стимулировали дальнейшие исследования сразу по нескольким направлениям.

В связи с этим в разных странах мира (США, Бельгии, Германии, Японии и Франции) начались интенсивные исследования компонентной структуры массово-энергетических распределений осколков деления актинидных ядер. В нашей лаборатории, в частности, были проведены систематические экспериментальные исследования массово-энергетических распределений осколков деления ядер от 232Th до 244Cm в реакциях c протонами.

Одновременно с изучением характеристик процесса деления в реакциях с легкими заряженными частицами, в тесном сотрудничестве с учеными Флеровской лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (Дубна), проводились исследования в реакциях с тяжелыми ионами. Измерения проводились на двухплечевом времяпролетном спектрометре DEMAS, установленном на канале выведенного пучка ионов от циклотрона У-400М ФЛЯР ОИЯИ (Дубна). Исследования характеристик массово-энергетических распределений осколков деления в этих реакциях включали в себя как изучение капельных свойств этих распределений, так и влияние на них углового момента.

За время существования Лаборатории была накоплена уникальная экспериментальная информация о сечениях, угловых и массово-энергетических распределениях осколков деления ядер от Xe до 108Hs, тщательный анализ которой позволил существенно расширить и углубить представления о многих аспектах реакции деления.

Направление исследований

Изучение механизма формирования зарядовых, массовых и энергетических распределений осколков деления ядер, образованных в реакциях с заряженными частицами в широком диапазоне энергий возбуждения и нуклонного состава.

Основные научные достижения

  • Накоплена уникальная экспериментальная информация о массово-энергетических распределениях осколков деления ядер от 54Xe до 108Hs.
  • Определены экспериментальные значения барьеров деления и эффективных моментов инерции ядер.
  • Установлена связь между дисперсиями массовых распределений осколков с жесткостью ядер по отношению к масс-ассиметричной вариации формы. Определены значения жесткости для ядер с Z2/A~22.0-43.
  • Экспериментально определено местоположение точки Бусинаро-Галлоне (вышеуказанная жесткость равна 0).
  • Впервые обнаружена и изучена асимметрия низкоэнергетического деления ядер в районе свинца. Тем самым подтверждена гипотеза о существовании независимых способов деления ядер (гетеромодальность). Показано, что гетеромодальность деления является универсальным свойством деления ядер в широком диапазоне нуклонного состава.
  • Впервые экспериментально исследовано проявление оболочечных эффектов в массово-энергетических распределениях осколков с массами близкими к A/2 низкоэнергетического деления ядер в окрестности таллия. Показано, что эти эффекты обусловлены влиянием двух сильнодеформированных нейтральных, оболочек формирующихся в образующихся осколках с нейтронными числами близкими к 52 и 68.
  • Впервые установлена изотопическая инвариантность зарядовых распределений осколков асимметричного деления актинидных ядер при энергиях возбуждения свыше 10 МэВ.
  • Разработана систематика для расчета выходов осколков деления до и после эмиссии нейтронов из осколков в реакциях с нейтронами и протонами с кинетической энергией от 5 до 200 Мэв на ядрах-мишенях с Z = 90-97 и A = 230-250. Систематика реализована в виде программного кода PYF. Исполняемый файл кода можно скачать здесь.

Сотрудниками Лаборатории опубликовано свыше 350 научных работ, из них более 200 в ведущих научных журналах России и дальнего зарубежья, собравших более 1080 ссылок в мировой научной литературе, подготовлено 3 доктора и 15 кандидатов физико-математических наук.

Важнейшие публикации

  1. S.I. Mulgin, V.N. Okolovich, S.V. Zhdanov // Two-parametric method for silicon detector calibration in heavy ion and fission fragment spectrometry // NIM, Vol. 388, 1997, N 1, P. 254-259.
  2. M.G. Itkis, A. Ya. Rusanov // The fission of heated nuclei in reactions involving heavy ions: static and dynamical aspects // Physics of Particles and Nuclei, Vol.29, 1998,N2, P.160-200.
  3. S.I. Mulgin, K.-H. Schmidt, , A. Grewe, S.V. Zhdanov //Shell effects in the symmetric-modal fission of pre-actinide nuclei// Nuclear Physics A, Vol. 640, 1998, P. 375–388.
  4. José Benlliure, A Grewe, M De Jong, K-H Schmidt, S Zhdanov // Calculated nuclide production yields in relativistic collisions of fissile nuclei // Nuclear Physics A, Vol. 628, 2008, N 3, P. 458-478.
  5. S.I. Mulgin, V.N. Okolovich, S.V. Zhdanov // Observation of new channel in the proton-induced low-energy fission of nuclei from 233Pa to 245Bk // Physics Letters B, Vol. 462, 1999, P. 29–33.
  6. V. Pokrovsky, M. G. Itkis, J. M. Itkis, N. A. Kondratiev, E. M. Kozulin, E. V. Prokhorova, V. S. Salamatin, V. V. Pashkevich, S. I. Mulgin, A. Ya. Rusanov, S. V. Zhdanov, et al. // Fission modes in the reaction 208Pb(18O,f) // Phys. Rev. C 62, 2000, P. 014615.
  7. D.M. Gorodisskiy, S.I. Mulgin, V.N. Okolovich, A. Ya. Rusanov, S.V. Zhdanov // Isotopic and isotonic effects in fission-fragment mass yields of actinide nuclei // Physics Letters B, Vol. 548, 2002, N1, P. 45-51.
  8. M.G. Itkis, A.A. Bogatchev, I.M. Itkis, M. Jandel, J. Kliman, G.N. Kniajeva, N.A. Kondratiev, I.V. Korzyukov, E.M. Kozulin, L. Krupa, Yu. Ts. Oganessian, …, A Ya Rusanov, VM Voskresenski, AA Goverdovski, F Hanappe, T Materna, N Rowley, L Stuttge, G Giardina, KJ Moody. // Fusion-fission of superheavy nuclei // Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences, Vol.3, 2002, N1, P.57-61.
  9. D.M. Gorodisskiy, S.I. Mulgin, A. Ya. Rusanov, S.V. Zhdanov // Isotopic invariance of fission fragment charge distributions for actinide nuclei at excitation energies above 10 MeV // Physics of Atomic Nuclei, Vol.66, 2003, N 6, P. 1190-1197.
  10. M.G. Itkis, A.A. Bogachev, I.M. Itkis, Ján Kliman, G.N. Knyazheva, N.A. Kondratiev, E.M. Kozulin, L. Krupa, Yu. Ts. Oganessian, I.V. Pokrovsky, E.V. Prokhorova, A. Ya. Rusanov // The processes of fusion-fission and quasi-fission of superheavy nuclei // Nuclear Physics A, Vol. 787< 2007, N1, P. 150-159.
  11. D.M. Gorodisskiy, K.V. Kovalchuk, S.I. Mulgin, A. Ya. Rusanov, S.V. Zhdanov // Systematics of fragment mass yields from fission of actinide nuclei induced by the 5–200MeV protons and neutrons // Annals of Nuclear Energy, Vol. 35, 2008, N2, P. 238-245.
  12. D.M. Gorodisskiy, S.I. Mulgin, A. Yu. Rusanov, S.V. Zhdanov // Modal approach to the description of fragment mass yields in neutron and proton induced fission of actinides at incident particle energies from 5 to 200 MeV, Book “Fission product yield data for the transmutation of minor actinide nuclear waste”, 2008.
  13. V.V. Pashkevich, A. Ya. Rusanov // The 226 Th fission valleys // Nuclear Physics A, Vol. 810, 2008, N1, P. 77-90.
  14. S.I. Mulgin, S.V. Zhdanov, N.A. Kondratiev, K.V. Kovalchuk, A. Ya. Rusanov // The modal structure of fragment mass and energy yields from the 10.3–30.0 MeV proton induced fission of 232 Th and 235 U // Nuclear Physics A, Vol. 824, 2009, N 1, P. 1-23.
  15. I.M. Itkis, E.M. Kozulin, M.G. Itkis, G.N. Knyazheva, A.A. Bogachev, E.V. Chernysheva, L. Krupa, Yu. Ts. Oganessian, V.I. Zagrebaev, A. Ya. Rusanov, F. Goennenwein, O. Dorvaux, Louise Stuttgé, Francis Hanappe, Emanuele Vardaci, E de Goés Brennand // Fission and quasifission modes in heavy-ion-induced reactions leading to the formation of Hs*.// Physical Review C, Vol.83, 2011, N 6, P. 064613/

Заведующая Лаборатории физики деления, к.ф-м.н. – Квочкина Татьяна Николаевна