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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- V.V. Pashkevich, A. Ya. Rusanov // The 226 Th fission valleys // Nuclear Physics A, Vol. 810, 2008, N1, P. 77-90.
- 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.
- 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