НАРУШЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЧЕТНОСТИ В ПОДПОРОГОВОМ ДЕЛЕНИИ

А.М. Гагарский, В.Ю. Коновалов¹, Т.А. Кузьмина², Т.А. Краснощекова, В.И. Фурман², Г.А. Петров, В.И. Петрова, Ю.С. Плева, С.М. Соловьев², В.В. Несвижевский³, Т. Солднер³

¹⁾ ОИЯИ, Дубна, Россия
²⁾ НПО Радиевый институт, Петербург, Россия
³⁾ ИЛЛ, Гренобль, Франция

1. Введение

Впервые на возможность наблюдения эффекта нарушения четности в спонтанном делении поляризованных тяжелых ядер обратили внимание В.В. Владимирский и В.Н.Андреев в 1961 году [1]. Они предположили, что в делении может существовать специфический механизм усиления Р-нечетных эффектов, связанный с разными высотами барьеров для состояний с одним и тем же спином, но противоположными четностями. При этом величина коэффициента усиления может достигать 10³ и более. Значительно позже А.П. Будник и Н.С. Работнов [2] указали на другой возможный механизм усиления Р-нечетного эффекта при делении возбужденных поляризованных тяжелых ядер. Этот механизм связан со сложной структурой двугорбого барьера деления. Он заключается в резонансном усилении проницаемости барьера при случайном совпадении положения примесного компаунд-состояния с положением состояния делящего ядра во второй потенциальной яме.

Как известно, первое экспериментальное наблюдение Р-нечетного эффекта асимметрии разлета осколков с импульсом при делении относительно направления поляризации тепловых нейтронов вида было выполнено в ИТЭФ в 1976/77 годах [3]. Экспериментальные значение коэффициентов асимметрии определялись из сравнения нормированных скоростей счета легких (тяжелых) осколков деления при двух взаимно противоположных направлениях поляризации нейтронов. Величины коэффициентов асимметрии (~10^-4) оказались примерно в 103 раз больше величины ^{233, 235}U и ²³⁹Pu затравочного слабого взаимодействия!

В дальнейших исследованиях [4,5] Р-нечетный эффект был обнаружен еще для пяти делящихся изотопов, в том числе для двух изотопов, испытывающих подпороговое деление. Во всех случаях Р-нечетный эффект находился на уровне 10^-4 и был успешно объяснен смешиванием под действием слабого взаимодействия сложных возбужденных состояний противоположной четности на стадии компаунд-ядра [6, 7]. При этом для объяснения наблюдаемых величин Р-нечетного эффекта не требовалось какого-либо дополнительного механизма усиления. Однако вопрос о существовании одного из двух возможных механизмов усиления Р-нечетных эффектов в подпороговом делении оставался по существу открытым. В случаях подпорогового деления ²³⁷Np (I = 5/2⁺) и ²⁴¹Am (I = 5/2^-) нейтронами измеренные величины Р-нечетного эффекта так же находились на уровне ~10^-4. Но из-за высокой плотности уровней ( ~ 0,5 эВ) полученные величины эффектов являются средними для двух возможных состояний делящихся компаунд-ядер с противоположными направлениями поляризации:

a_эксп=.

Здесь P⁽⁺⁾ и P^(-) - величины поляризации компаунд-состояний со спинами Ј ^(±) = (I ± 1/2) при поглощении теплового нейтрона с поляризацией P_n; a_nf(J ^(±)) и s_f^(±) - коэффициенты асимметрии и сечения деления для компаунд-состояний с J^± = (I ± 1/2). В результате наблюдаемый средний Р-нечетный эффект мог оказаться существенно ниже эффекта для отдельных спиновых состояний a_nf(J ^(±)). Кроме того, только в случаях ²³⁷Np и исследованного в настоящей работе ²³⁴U при подпороговом делении холодными нейтронами возможно существование промежуточных структур во второй потенциальной яме [2]. Поскольку ²³⁴U является четно-четным ядром, в отличие от ²³⁷Np и ²⁴¹Am, при поглощении поляризованного нейтрона возникает единственное поляризованное компаунд-состояние со спином J = 1/2 и P(J) = P_n @ 100%

Таким образом, ²³⁴U во всех отношениях является удобным ядром для поиска гипотетического барьерного усиления обоих видов [1,2]. Единственная трудность таких исследований заключается в существующей неопределенности в величине сечения деления мишени ²³⁴U, связанная с её изотопной чистотой и возможной примесью ²³⁵U.

2. Эксперимент и результаты

Экспериментальная установка, основные принципы измерений, контроля систематических приборных эффектов и обработки полученных данных практически остались прежними, как в работах авторов [4,5]. Делящееся вещество (40 мг) наносилось с двух сторон на 7 алюминиевых фольг толщиной 0,1 мм и диаметром 70 мм, являющихся катодами для 14 быстрых токовых камер. Мишень имела следующий изотопный состав: ²³⁴U(99,84%), ²³⁵U(0,082%), ²³⁶U(0,046%), ²³⁸U(0,03%).

В качестве репера использовалась одна двусторонняя мишень ²³³U (70 мкг), работающая в том же газовом объеме CF₄ (@ 840 мбар). Измерения выполнялись на пучке холодных поляризованных нейтронов (Ф_n = 4·10⁸ см^-2·с^-1, P_n @ 95%; l @ 4 A) высоко-поточного реактора ИЛЛ, Гренобль. В результате проведенных измерений и после введения всех необходимых поправок были получены следующие значения коэффициентов Р-нечетной асимметрии. Для реперной мишени 233U
a_nf = (3,82±0,15)·10^-4.
Для исследуемой мишени ^{234 +235}U
a_nf = (0,74±0,09)·10^-4.
Сравнение полученного в эксперименте коэффициента асимметрии для ²³³U с известными данными из работ [4,5] (a_nf = (3,67±0,06)·10^-4) демонстрирует хорошее совпадение результатов, что подтверждает правильность работы экспериментальной установки.

Величина коэффициента Р-нечетной асимметрии для чистого изотопа ²³⁴U может быть получена при учете относительного содержания делящегося изотопа ²³⁵U ( = 584 б), величины его Р-нечетного эффекта (a_nf = (0,80±0,06)·10^-4) и поперечного сечения подпорогового деления ²³⁴U. Величина сечения деления ²³⁴U имеет большой разброс от ~1 б [8] до ~68 мб [9]. Учитывая количество ²³⁵U в мишени и величину сечения из [8] для чистого изотопа ²³⁴U получим:
a_nf(234U) = (0,71±0,14)·10^-4 .

Однако, принимая во внимание, что, как оказа-лось, примесь ²³⁵U в исследуемой мишени была определена с большой погрешностью, а сечение деления ²³⁴U может оказаться и около 70 мб [9], для коэффициента Р-нечетной асимметрии в ²³⁴U может быть приведен и верхний предел:
a_nf(²³⁴U) < 2·10^-4

В любом случае очевидно, что величина Р-нечетного эффекта в ²³⁴U не отличается существенно от средних величин этого эффекта во всех других исследованных делящихся изотопах [4,5].

3. Заключение

На основании впервые выполненных исследований Р-нечетного эффекта в четно-четном ядре ²³⁴U, испытывающем подпороговое деление холодными поляризованными нейтронами и, принимая во внимание результаты исследований подпорогового деления ²³⁷Np и ²⁴¹Am, можно заключить, что:

• Наблюдаемые в подпороговом делении Р-нечетные эффекты по порядку величины сопоставимы с Р-нечетными эффектами в обычных делящихся ядрах и в (n,g)-реакциях для выделенных g-переходов.
• Независимо от характеристик делящихся систем они имеют величины ~10^-4 и успешно объясняются смешиванием компаунд-состояний с противоположными четностями слабым (N-N)-взаимодействием.
• Специфический механизм барьерного усиления принципиально не может быть отвергнут, но очевидно, что он не является основным и решающим в делении.

Настоящая работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 99-02-17275 и ИНТАС 99-0229.

1. В.В. Владимирский и В.Н. Андреев, ЖЭТФ 41 (1961) 663.
2. A.P. Budnik and N.S. Rabotnov, Phys. Lett. 1346 (1973) 155.
3. Г.В. Данилян УФН 131 (1980) 329.
4. A.Ya. Alexandrovich, A.M. Gagarski, G.A. Petrov et al. Nucl. Phys. A567 (1994) 541.
5. О.П. Сушков и В.Б. Фламбаум УФН 136 (1982) 3
6. V.E. Bunakov and V.P. Gudkov. Nucl.Phys. A401 (1983) 93.
7. J. Mughabgha. Neutron Cross Sections, Acad. Press, NY (1984).
8. C. Wagemans et al. Nucl. Scien..аnd Eng. (to be published).

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33