Горизонты научного поиска
Симпозиум, посвященный этой тематике, состоялся в первых числах августа 2002 года в Рауишхольцхаузене, небольшом населенном пункте Германии, находящемся недалеко от Марбурга. Программа симпозиума включала весь спектр современных исследований структуры атомных ядер: кластеры в экзотических легких ядрах и на границе нуклонной стабильности, квазимолекулярные и промежуточные двухядерные состояния, рассеяние альфа частиц на ядрах, новые методы получения экзотических ядер, состояния ядра с аномально большой деформацией, ядерное деление и слияние, получение сверхтяжелых атомных ядер, проблемы стабильности сверхтяжелых ядер и свойства их радиоактивного распада.
Результаты экспериментальных и теоретических исследований, проведенных в течение последних десяти лет, показывают, что кластеризация легких ядер на составляющие их альфа-частицы (ядра гелия) проявляется в структуре этих ядер при энергии возбуждения, допускающей развал ядра с вылетом альфа-частиц. Яркий пример такой структуры представляет ядро бериллия-8, которое нестабильно в отношении самопроизвольного распада на два ядра гелия-4. Имея время жизни, равное в среднем десяти фемтосекундам (десять миллиардных долей микросекунды), это ядро существует в виде двух альфа-частиц, удерживаемых на близком расстоянии силами ядерного притяжения. Структура бериллия-9 - ядра, стабильного в основном состоянии, ничем не напоминает о присутствии двух альфа-кластеров. Не исключено, однако, что это ядро можно обнаружить в возбужденном состоянии со структурой, представляющей две альфа-частицы с ковалентной связью, осуществляемой добавочным нейтроном. Имеются определенные указания о том, что в основном, самом низком по энергии состоянии ядро бериллия-12 сильно напоминает два ядра гелия-6, связанных друг с другом через две пары валентных нейтронов. Подобные ядерные структуры с симметричными или асимметричными конфигурациями могут включать и более тяжелые кластеры - ядра кислорода, неона и даже серы.
Основной доклад по этой тематике представил профессор В. фон Эртцен из Берлинского Института Хана - Майтнер. Кластерная структура легких ядер была предметом обсуждения более чем в десяти других докладов, представленных участниками симпозиума, приехавшими из университетов Бирмингема и Суррея (Великобритания), Падуи (Италия), Орхуса (Дания), Санкт-Петербурга (Россия), Нотр Дам (США), Гиссена (Германия), Токио (Япония), из Аргонской национальной лаборатории (США), Института ядерных исследований (Дебрецен, Венгрия) и др. Современный уровень исследований кластерной радиоактивности ядер и перспективы их развития были показаны в докладах С.П.Третьяковой (Дубна) и А.А.Оглоблина (Москва).
Необычные кластерные структуры возникают в атомных ядрах, имеющих большой избыток нейтронов по сравнению с "нормальными" ядрами, включающими нейтроны и протоны в пропорции, обеспечивающей стабильность в отношении бета-распада. Ряд легких ядер, приближающихся по избытку нейтронов к их самопроизвольному испусканию, имеют новую, экзотическую структуру - нейтронное гало. Например, бериллий-11 - это ядро с центром (кором), образованным ядром-кластером бериллия-10, и с одним нейтроном, образующим нейтронное гало. Ядра гелия-6, лития-11 и бериллия-14 имеют по два нейтрона в гало. Их коры это, соответственно, ядра гелия-4, лития-9 и бериллия-12. Гало гелия-8 включает четыре нейтрона. Эти примеры не исчерпывают все известные ядра с нейтронным гало. Можно с уверенностью сказать, что нейтронное гало будет обнаружено и у тяжелых ядер, находящихся на границе нейтронной стабильности.
Изучению свойств ядер с нейтронным гало было посвящено несколько докладов. В докладе В.И.Загребаева (Дубна) и в нашем докладе речь шла о новых работах, выполненных в Дубне. С интересом было встречено на симпозиуме сообщение о свойствах резонансных состояний тяжелых изотопов водорода. Водород-5, ядро, в котором на один протон приходится четыре нейтрона, был впервые получен в Дубне. Неожиданным с точки зрения теории стало то, что полученное основное состояние этого ядра оказалось по энергии на 1,8 МэВ выше порога распада водорода-5, идущего с образованием ядра трития (водород-3) и двух нейтронов, и при этом имеет ширину не более 0,5 МэВ. Малая ширина резонансного состояния водорода-5 свидетельствует об очень большом времени жизни этого ядра (5x10-10с), которое пока трудно понять в рамках имеющихся теоретических моделей. При таких свойствах следует ожидать, что еще более тяжелый изотоп водорода с массой 7 должен иметь энергию распада меньше, чем 1 МэВ, а его время жизни будет намного больше, чем у водорода-5. Впрочем, первый эксперимент, проведенный в Дубне, показал, что время жизни водорода-7 не больше, чем одна наносекунда (10-9с). Водород-5 и водород-7 представляют экстремальные примеры ядер с нейтронным гало. Если радиус огромного нейтронного гало ядра лития-11 почти такой же по величине, как тяжелое ядро свинца-208, то размер "нейтронного гало" водорода-5 в несколько раз больше.
Доложены новые результаты по тематике так называемых супердеформированных ядерных состояний. Подобные состояния, отвечающие отношению ядерных осей 2:1, были обнаружены у многих средних по массе ядер. К.Бек (Страсбург) сообщил о результатах поисков состояний с экстремально большой деформацией у ядер кальция-40, скандия-43, титана-44 и никеля-56, представляющих двойные ядерные системы. Супердеформированные состояния тяжелых ядер, так называемые спонтанно делящиеся изомеры формы, были открыты 40 лет тому назад в Дубне, в Лаборатории ядерных реакций. Позже у тяжелых делящихся ядер были найдены и гипердеформированные изомерные состояния, отвечающие отношению ядерных осей 3:1. О детальном изучении уровней спонтанно делящихся изомеров речь шла в докладах А.Краснахоркай (Дебрецен, Венгрия) и П.Г.Тиролфа (Мюнхен, Германия). Новые исследования явления тройного деления ядер были предметом докладов, с которыми на симпозиуме выступили А.Рамайа (Нашвилл, США), А.Сандулеску (Бухарест, Румыния). Ф.Генненвайн и П.Есингер (Тюбиген, Германия), М.Муттерер и Ю.Н.Копач (Дармштадт, Германия).
К настоящему времени накопилось много экспериментальных фактов, показывающих, что образование двойной ядерной системы нередко определяет динамику ядерных процессов. В.В.Волков (Дубна), впервые предложивший концепцию двойной ядерной системы, в своем докладе на симпозиуме представил аргументы, подтверждающие необходимость ее применения для описания процесса слияния массивных ядер. Большой цикл работ, посвященных последовательному теоретическому описанию ядерных процессов, включающих образование двойной ядерной системы, был выполнен группой ученых ЛТФ (Дубна) в сотрудничестве с коллегами из Университета в Гиссене (Германия). На симпозиуме ими было сделано несколько докладов, посвященных данной тематике. В докладе Г.Г.Адамяна модель двойной ядерной системы была применена для объяснения природы сильно деформированных ядерных состояний. Последовательному описанию процесса слияния сложных ядер в рамках этой модели был посвящен доклад Н.В.Антоненко. А.К.Насиров представил на симпозиуме результаты исследовании роли динамических процессов, способных увеличить вероятность захвата и слияния сталкивающихся ядер. Вероятность того, что образовавшееся при слиянии тяжелое или сверхтяжелое ядро сможет избежать деления в процессе снятия возбуждения за счет испарения нейтронов, была предметом изучения в докладе С.П.Ивановой. Эти докладчики уделили особое внимание реакциям слияния, приводящим к образованию сверхтяжелых ядер, имея в виду огромное значение проблемы синтеза и исследования свойств этих ядер. Вероятность получения сверхтяжелых ядер в различных комбинациях бомбардирующих тяжелых ионов и ядер мишеней также обсуждалась в докладах Й.Абе (Киото, Япония), Й.Аритомо (Дубна), Д.Акерманна, Ф.А.Иванюка и В.Ю.Денисова (Дармштадт, Германия), Ж.Жиардина (Мессина, Италия).
Для решения проблем синтеза и стабильности сверхтяжелых ядер чрезвычайно важны исследования поведения потенциальной энергии ядра в зависимости от его деформации. В своем основном, самом низком по энергии состоянии сверхтяжелое ядро имеет шарообразную форму. Любая деформация сферической формы ядра сначала потребует затраты энергии (увеличит его потенциальную энергию). Однако, более резкая деформация, приводящая, например, к вытянутой форме ядра, вызывает выделение энергии (уменьшение потенциальной энергии). Для того, чтобы "перейти" от шарообразного ядра к сильно деформированному, нужно затратить энергию, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Этот барьер и обеспечивает относительно высокую стабильность (большое время жизни) сверхтяжелых ядер. Однако, тот же самый барьер требуется преодолеть, чтобы получить сверхтяжелое ядро при слиянии двух более легких ядер. Сделаем одно важное уточнение: на самом деле можно представить множество способов деформации шара, выполненной с сохранением его объема. Поэтому нужно знать целую поверхность потенциальной энергии, которая существует в многомерном конфигурационном пространстве способов деформации ядра.
Потенциальной энергии деформированных сверхтяжелых ядер (то есть проблеме их стабильности и синтеза) были посвящены теоретические доклады В.В.Пашкевича, А.Собичевского (Варшава, Польша), Й.Маруна, Ш.Мисику и Т.Бюрвенича (Франкфурт на Майне, Германия). Для получения детальных экспериментальных данных о потенциальной энергии сверхтяжелых ядер необходимо изучение процесса деления сверхтяжелых ядерных систем, которые образуются при бомбардировках тяжелых мишеней пучками тяжелых ионов. Это направление на протяжении целого ряда лет развивается в Дубне в работах М.Г.Иткиса и его сотрудников. Кроме М.Г.Иткиса доклады по этим работам на симпозиуме были сделаны Э.М.Козулиным, Е.А.Черепановым, а также Г.Г.Чубаряном (Колледж Стэйшн, США).
Свойства синтезированных ядер химических элементов с атомным номером 108 и более, а также дальнейшие планы этих исследований были доложены участниками, прибывшими на симпозиум из трех лабораторий. Работы немецкой группы представили С.Хофманн и Ф.Хессбергер (ГСИ, Дарштадт, Германия). К.Морита (РИКЕН, Саитама, Япония) рассказал о первых весьма удачных экспериментах, в которых японская группа смогла зафиксировать три случая радиоактивного распада ядер 110-го элемента. Это серьезная заявка группы РИКЕН на дальнейшее участие в исключительно трудной, но также и исключительно важной и захватывающей работе, целью которой является новый остров стабильности атомных ядер. Лаборатория ядерных реакций ОИЯИ пока единственный научный центр в мире, где синтезируют и изучают сверхтяжелые ядра. О статусе этих исследований рассказал в своем докладе Ю.Ц.Оганесян (Дубна).
В заключительном докладе Г.Мюнценберг познакомил участников симпозиума с проектом развития ГСИ - научного центра в Дармштадте.
Симпозиум был организован и проведен профессором В.Шайдом из Университета города Гиссен при большом содействии профессора Р.В.Джолоса (ОИЯИ, Дубна). В формировании научной программы приняли участие также три других сопредседателя: профессор В.Грайнер (Университет г. Франкфурт), профессор Г.Мюнценберг (ГСИ, Дармштадт), профессор Ю.Ц.Оганесян (ОИЯИ, Дубна) и профессор В. фон Эрцен (ХМИ, Берлин). На симпозиум приехали и приняли активное участие около 90 ученых из 18 стран, в том числе представительная делегация - 18 участников, приехавших из Дубны.
Симпозиума проходил в замке, расположенном в большом и очень красивом парке. Замок, построенный в 70-е годы 19-го столетия Фердинандом Штуммом (бывшим одно время послом Пруссии в Санкт-Петербурге), стал после второй мировой войны собственностью земли Гессен и был передан Университету Гиссена. С тех пор университет использует этот замок и парк как место для научных и культурных мероприятий. Используя этот памятник архитектурного и паркового искусства, университет оставляет его открытым для посещения граждан и вкладывает значительные средства на его сохранение и благоустройство.
Г. Тер-Акопьян, начальник сектора ЛЯР
