Кулондық барьер маңылық энергияда 15N ионының 1р- қабықшалы ядролардан серпімді шашырауын зерттеу

1.

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті
Ядролық физика, жаңа материалдар және технологиялар
халықаралық кафедрасы
Кулондық барьер маңылық энергияда 15N
ионының 1р- қабықшалы ядролардан серпімді
шашырауын зерттеу
Мамандық : 6D060500 – Ядролық физика
Ізденуші: Мәуей Бақытбек
Ғылыми жетекші: к.ф.-м.н., асс.проффессор Морзабаев А.К.
Шетелдік кеңесші: д.ф.-м.н., Сакута С.Б.

2.

Өзектілік
Диссертациялық жұмыс 15N ионының 11B, 10B және 16O ядроларымен
әсерлесуін эксперименттік және теориялық зерттеуге арналған.
Ауыр иондардың әсерлесуін зерттеу қазіргі таңда осы ядролардың ядролық
технология, ядролық энергетика және астрофизика облысында маңызды роль
атқаруына байланысты жоғары қызығушылық тудыруда.
Ядро құрылымы, ядро-ядролық әсерлесу механизмі және қасиеттері жайлы
ақпарат алудың негізгі көзі - ядролық реакциялардың эксперименттік
қималары және оларды әртүрлі теориялық моделдермен талдау нәтижелері.
Табылған эксперименттік дифференциалдық қималар, әсерлесу потенциал
параметрлері МАГАТЭ «EXFOR» базасын жаңа қималармен толықтыру
арқылы фундаменталды зерттеулерді жаңа ақпаратпен қамтамасыз етеді.
Сонымен қатар әлемдік ядролық деректер базасын жаңа мәліметтермен
толықтыру фундаментальды зерттеулердің ғана емес, сонымен бірге, техника,
технология, биология және медицинаның әр түрлі салаларындағы көптеген
көкейтесті қолданбалы міндеттерді де шешуде қолданылады.
2

3.

Зерттеудің мақсаты мен міндеттері
Диссертациялық жұмыстың мақсаты 15N ионының Елаб=22.5, 43 МэВ
энергияларда 10B, 11B, 16O ядроларынан соқтығысу процесстерінің үлкен диапазондағы
бұрыштық таралуын өлшеу, сондай-ақ алынған мәліметті оптикалық модель, фолдинг
модель, бұрмаланған толқындар әдісі немесе байланысқан каналдар реакциясы әдістері
арқылы теориялық зерттеу.
Зерттеу міндеттері
Мақсатты іске асыру үшін мынадай міндеттер қойылды:
- 15N ионының Eлаб= 22.5, 43 МэВ энергияларда 10B, 11B, 16O ядроларынан серпімді
шашырау эксперименттік дифференциалдық қималарын өлшеу;
- 15N+10B, 15N+11B и 15N+16O серпімді шашырау процестерінің оптикалық модель
негізінде оптимальды оптикалық және фолдинг потенциалдар параметрлерін анықтау;
- 11B(15N,15N)11B және 16О(15N,15N)16О ядролық реакцияларындағы артқы бұрыштардағы
аномалды көтерілуін бұрмаланған толқындар немесе байланысқан каналдар реакциясы
әдістерімен түсіндіру;
-15N→11B+α және 16O→15N+p конфигурацияларының спектрокопиялық факторларын
бағалау;
3

4.

Қорғалуға шығарылған негізгі тұжырымдар:
1. 15N ионының Eлаб= 1.5, 2.87 МэВ/нуклон энергияларда 10B, 11B,
16O
ядроларынан серпімді шашырауы бойынша эксперименттік
дифференциалдық қимасы 15°-170° бұрыштар аумағында өлшеніп
алынды.
2. 15N+10B, 15N+11B и 15N+16O серпімді шашырау процестерінің
алдыңғы бұрыштардағы (0°-90°) эксперименттік қимасын
оптикалық модель негізінде потенциал параметрлері табылды .
3. 11B(15N,15N)11B және 16О(15N,15N)16О ядролық
реакцияларындағы альфа кластер және протон алмасу
реакцияларын қоса есептеген дифференциалдық қима артқы
бұрыштардағы (90°-170° аралығы) аномалды өсуді жақсы
сипаттады.
4

5.

Ғылыми жаңашылдығы:
- 15N ионының Eлаб= 1.5, 2.87 МэВ/нуклон энергияларда 10B, 11B,
16O
ядроларынан серпімді шашырауы бойынша жаңа
эксперименттік дифференциалдық қималар өлшенді;
- 15N+10B, 15N+11B 15N+16O серпімді шашырау процестерінің
оптикалық модель негізінде оптималды оптикалық және фолдинг
потенциал параметрлері анықталды;
16O→15N+p
-15N→11B+α
және
конфигурациялары
үшін
спектрокопиялық факторлардың нақтыланған мәндері алынды.

6.

У-200 циклотроны
Шоғыр
энергия
Ион көзі
Li – Pb (2010)
2 – 10 MeV/nuc
ECR
10 GHZ
75 kV
ECR
15 GHZ
75 kV
Магнит өрісі
1.7 – 2.7 Tl
Дуант саны
2
Магнит
диаметрі
Сектор саны
Массасы
200 см
4
240 тонна

7.

ICARE ЖҮЙЕСІ

8.

Icare камерасы
_________________________
15N
Шоғыр
Энергия, МэВ/ нуклон
2,83
----------------------------------------------Нысана
11B – 0,01mg/cm2
10B - 0,01mg/cm2
-----------------------------------------------
8

9.

Экспериментте қолданылған коллиматордың
геометриялық сызбасы

10.

Иондаушы камера құрылымы
– 10 мкг/см2
79Au – 18 мкг/см2
11B
dE - Иондаушы камера ( газ
детектор)
E - Si кремний детекторы - 300
микрон

11.

Иондаушы камера
Бета – Блох формуласы
2
dE MZ
K
dx
E
Электрлік схемасы
Electric scheme of IC
Камера параметрлері:
Газ
изобутан (C4H10)
Қысым
20-40 torr
Майлар
2.5 микрон
Ұзындығы 5 см

12.

Газбен қамтамасыз ету жүйесі
Компоненттері:
Gas bottle – Изобутан
Reductor - редуктор
Valve – клапандар
Electric valve – газ ағын
бағытын көрсетуші
клапан
TR1 – тармақтаушылар
Sensor – қысым
өлшегіш
Rotary pump – қысым
тұрақтылығын
сақтайтын насос
Flange – фланец

13.

14.

ДЦ-60 АУЫР ИОНДАР ҮДЕТКІШІ
МІНДЕТТЕР
• Иондар
• Тректік
мембраналар
• Радиациялық
физика
• Ядролық
астрофизика
7Li
- 132Xe
• A/Z
6-12
• Энергия
0,4-1,75 МэВ/нук
• Энергетикалық шашырау (разброс)
2%

15.

NEC шашырау камерасы
Құрамы:
Коллиматор
Нысана Al2O3
Детекторлар жүйесі
Фарадей цилиндрі
Камера параметрі:
Вакуум
10-6 Торр
Диаметр
43 см
Биіктігі
20 см
Бұрыш (лаб)
7 0 - 900
Қолданылған детекторлар
dE - жұқа Si детекторы 10 микрон
Е - Si детекторы 500 микрон

16.

Эксперимент мәліметтерін өңдеу
16

17.

ДЦ-60 және У-200 қолданылған электроника
dE-E әдісі
17

18.

Микроскопиялық оптикалық потенциал – Фолдинг потенциал
Нуклон-нуклондық әсерлесудің потенциалдары орау (фолдинг) арқылы
микроскопиялық түрде де анықталынады:
V (r ) p (rp ) t (rt ) (rtp ) d 3rp d 3rt
Микроскопиялық
жуықтаулар
кезінде
потенциалдың
нақты
бөлігін фолдинг моделін (екілік
орам моделі) пайдаланып табуға
болады. Бұл модельде нысанаядро мен атқыланған ядролардың
тығыздығы және нуклон нуклондық
әсерлесу
потенциалы
VNN(r)
негізінде
нақты
потенциал
табылады.
Бұл
потенциалды
Вудс-Саксонның
жорамал
потенциалын қосымша іздеуге
қолданады.
r RW
U(r) VC (r ) N r V DF (r ) iW 1 exp
a
W
1

19.

Бұрмаланған толқындар әдісі (DWBA әдісі)
Тікелей механизмдерді сипаттау үшін 50–ші жылдардың ортасында бұрмаланған толқындар әдісі
(БТӘ) немесе борндық жуықтаудың бұрмаланған толқындар (DWBA) әдісі дамытылды.
БТӘ серпімсіз арналардың жалпыланған оптикалық моделі ретінде қарастыруға болады. Ядролық
реакцияларды зерттей келе, серпімді шашыраудың әсерлесуші бөлшектердің ішкі құрылымын
елемеуге болмайды. Реакцияның әрбір арнасында толқындық функцияны мына түрде қарастырады
(мысалы, кіріс арналары):
~a ~A
~
~
i a A i
– атқыланған ядро мен нысана ядроны сипаттайтын толқындық функциялар,
,
i
– арнадағы бөлшектер
толқындық функция.
Н Н 0 Н res
қозғалысының
салыстырмалы
қозғалысын
Толық гамильтониан
Әсерлесу процесі 3 кезеңге бөлінеді:
«Бұрмаланушы» оптикалық потенциалдың нысана ядросына
түсетін бөлшектер ағынының қозғалысы;
Қалдықтық әсерлесумен нуклондардың берілуі;
Түбір ядроның өрісіндегі шығушы бөлшектердің қозғалысы.
Толқынның шашырау амплитудасы мынадай түрде болады:
b
f k a , kb
f k b H res i k a
2
2
сипаттайтын

20.

Дифференциалды көлденең қима таза серпімді шашырау мен кластерлік
алмасу механизмі амплитудаларының қосындысының квадратына тең
болады:
2
d el
i
f el e S f DWBA
d
f el ( )
- серпімді шашырау амплитудасы
f DWBA ( ) бұрмаланған толқындар әдісімен есептелген амплитуда
S -бөлшектердің бастапқы және соңғы күйлеріндегі тасымалданатын
спектральдық амплитудаларының қосындысы. Серпімді алмасу реакциясы
кезінде олар бірдей. Осы модельдің шеңберінде әдетте бастапқы жарты
шардағы (таза серпімді шашырау) эксперименттік деректерді жақсы
сипаттайтын оптикалық потенциал параметрлері пайдаланылады. Ал
спектроскопиялық амплитуда еркін параметр ретінде қабылданады, оны
теориялық есептеулер мен эксперименттік мәліметтердің жақсы қабысатын
кезіне сәйкес іздеп табылды.

21.

феноменологиялық және микроскопиялық әдістердің таза шашырау потенциалдары (үзік көк қисықтар)
эксперименттік дифференциалдық қиманың басқапқы бұрыштарындағы құрылымсыз табиғатын жақсы
сипаттап береді, алайда олардың артқы бұрыштардағы өсуін түсіндіре алмады. Алайда оны кластерлік алмасу
механизмін ескере отырып табылған қима жақсы түсіндірді (қызыл қисықтар).
DWBA әдісі негізінде табылған спектроскопиялық факторы

22.

ионының 16О -дан шашырау процессін ОМ
потенциал параметрлері :
Мод V
rV aV
JV
W
rW aW
ель (Me (fm (fm) (Me (Me (fm (fm)
V)
)
V
V)
)
fm3)
OM 105. 1.16 0.52 387
11.7 1.16 0.32
7
6
6
15N
негізінде табылған
JW
(Me
V
fm3)
40.7
SA
0.43
DWBA әдісі негізінде табылған спектроскопиялық факторы

23.

24.

Негізгі нәтижелер және тұжырымдар
Бұл диссертациялық жұмыста 15N ионының 1p қабықшалы ядролармен
әсерлесуін зерттеу нәтижелері, атап айтсақ 16О, 10B және 11B ядроларымен серпімді
шашырауы көрсетілген.
Алғаш рет 15N ионының 16О ядросынан Елаб=22,5МеВ энергиядағы
шашырауының бұрыштық таралуы Астана қаласындағы ДЦ-60 циклотронында, ал 10B, 11B
ядроларынан Елаб=43МеВ энергиядағы шашырауының бұрыштық таралуы Варшава
университетіндегі У-200 циклотронында өлшенді.
Оптикалық және фолдинг моделдері аясында 15N иондарының 16О,10,11B
ядроларынан серпімді шашырауына талдаулар жасалынды, нәтижесінде, барлық
бұрыштық диапазондарда эксперименттік дифференциалдық қималарды жақсы
сиппаттайтын потенциал параметрлері табылды.
Фолдинг потенциалдары мен оптикалық модель аясында табылған потенциалдар
өзара ұқсас және эксперименттің жақсы сипаттамасын берді. Бұрмаланған толқындар әдісі
аясында кластерлердің ауысу механизмінің үлесін ескеріп, серпімді шашырау талдауы
жүргізілді.
16О (15N, 15N) 16О және 11B(15N, 15N) 11B процестері үшін үлкен бұрыштарда
кластерлердің берілу механизмі шашырау қималарының қалыптасуына елеулі үлес
қосатыны анықталды.
24

25.

Жарияланымдар
Диссертациядағы материалдар төмендегі 18 халықаралық журналдар мен
конференцияларда басылып шыққан:
1) N. Burtebayev, N. Amangeldi, D. Alimov, Zh. Kerimkulov, B. Mauyey, M.
Nassurlla, Ye. Kok, S.B. Sakuta, S.V. Artemov, A.A. Karakhodjaev, K. Rusek, E. Piasecki,
A. Trzcinska, M. Wolinska-Cichocka, I. Bostosun, M. Karakoc, Sh. Hamada, S.Yu.
Torilov, B. Zalewski, J.M. Mussaev Scattering of 15N ions by 10,11B nuclei at the energy of
43 MeV. // Acta Physica Polonica B. -2018.- V.1.-P.99-108.
2) N. Burtebayev, K. Rusek, N. Amangeldi, D. Alimov, Zh. Kerimkulov, M.
Nassurlla, Ye. Kok, B. Mauyey, S.B. Sakuta, S.V. Artemov, A.A. Karakhodjaev, E.
Piasecki, A. Trzcinska, M. Wolinska-Cichocka, I. Bostosun, M. Karakoç, Sh. Hamada,
S.Yu. Torilov, B. Zalewski, J.M. Mussaev Cluster structure of 15N from elastic scattering
studies. //HIL Annual Report 2017 P4-6.
3) N. Burtebayev, S.B. Sakuta, A.K. Morzabayev, Zh.K. Kerimkulov, N.
Amangeldi, A.A. Temerbayev, B. Mauyey, Ye. Kok, A.S. Aimaganbetov Elastic scattering
of 15N ions by 16O at the energy 11.59 MeV. // Acta Physica Polonica B. -2017.- V.48.P.495-498.
4) Буртебаев Н., Керимкулов Ж.К., Амангелді Н., Алимов Д.К., Юшков А.В.,
Мухамеджанов Е.С., Джансейтов Д.М., Мауей Б., Аймаганбетов А., Жагыпар К.,
Паттаев А. Изучение упругого рассеяния ионов N на ядрах O при энергии вблизи
кулоновского барьера // Известия НАН РК, серия физ.-мат.- 2016. №3 (307). - С.170176.
25

26.

5) Буртебаев Н., Керимкулов Ж.К., Амангелді Н., Алимов Д.К., Мухамеджанов Е.С.,
Джансейтов Д.М., Мауей Б., Аймаганбетов А., Курахмедов А.Е., Бекбаев С.М.,
Мадиярова А.Ж. Исследование упругого рассеяния ионов 14N на ядрах 11В при энергиях
17,5 и 41 МэВ // Известия НАН РК, серия физ.-мат.- 2016. №6 (310). - С.109-114.
6) Амангелді Н., Мәуей Б., Сәкенов А., Джакупов Д., Сәкен Б., Жанарбек З.
Ауыр
иондардың серпімді шашырау реакция спектрлерін алу және оны өңдеу тәсілдері. //
Вестник ЕНУ - 2016. №6 (115)-С.145-149.
7) Буртебаев Н., Морзабаев А.К., Мауей Б. и.т.д. Исследование упругого
рассеяния ионов14N на ядрах 12С при энергиях 21 и 24,5 МэВ. // Вестник ЕНУ- 2016.
№2(111)-С.339-343.
8) А.К.Морзабаев, Б.Мауей, А.С.Аймаганбетов, М.НасурллаРазработка
газонаполнительной системы для регистрации заряженных частиц на ускорителе ДЦ-60.
// Вестник КНПУ имени Абая. -2015. №3 (51).-С.183-187.
9) Burtebayev N., Morzabayev A.K., Kerimkulov Zh.K., Amangeldi N., Mauyey B.,
Burtebayeva J., Nassurlla M., Kok Ye., Sailaukhanov N.A. Investigations of 15N ions by 16O
at the energies 1.25 and 1.75 mev/A.// LXVIII International Conference «Nucleus 2018»
Fundamental problems of nuclear physics, atomic power engineering and nuclear
technologiesBOOK OF ABSTRACTS July 2 – 6, 2018 Voronezh Russia p.78.
10) Эргашев Ф.Х., Артемов С.В, Караходжаев А.А., Тожибоев О.Р., Буртебаев
Н., Буртебаева Ж., Нассурлла М., Амангелди Н.Алимов Д.К., Керимкулов Ж.К., Кок Е.,
Мауей Б., Сакута С.Б., Русек К., Пиасецки Э., Трчиньска А., Волинска-Чихоцка М.Оценка
величины АНК 15N→14С+p из реакции 11B(15N,14C)12C. // Сборник материалов
конференции «Роль одаренной молодежи в развитии физики». Ташкент, НУУз. 2018.
26

27.

11) B. Mauyey, S.A. Krupko, A.S. Fomichev, L.V. Grigorenko, M.S. Golovkov, S.V.
Stepantsov, G.M. Ter-Akopian, S.G. Belogurov, A.A. Bezbakh, V. Chudoba, I.A. Egorova,
S.N. Ershov, A.V. Gorshkov, V.A. Gorshkov, G. Kaminski, A.A. Korsheninnikov, A.G.
Knyazev, E.A. Kuzmin, E.Yu. Nikolskii, Yu.Ts. Oganessian, Yu.L. Parfenova, P.G. Sharov
S.I. Sidorchuk, R.S. Slepnev, R. Wolski,A.A. Yukhimchuk, M.V. Zhukov, B. Zalewski.
Commissioning of the ACCULINNA-2 fragment separator and its first day experiments. //
The XXI International Scientific Conference of Young Scientists and Specialists (AYSS2017) 2 - 6 October 2017.
12) B. Mauyey, N. Burtebayev, N. Amangeldi, D. Alimov, Zh. Kerimkulov, M.
Nassurlla, Ye. Kok, S.B. Sakuta, S.V. Artemov, A.A. Karakhodjaev, K. Rusek, E. Piasecki,
A. Trzcinska, M. Wolinska-Cichocka, I. Boztosun, M. Karakoç, S.F. Ozmen, Sh. Hamada,
S.Yu. Torilov, B. Zalewski, and J.M. Mussaev.Experimental measurements and theoretical
analysis for 15N ions scattering from 10,11B nuclei at energy 43 MeV //XXIV Nuclear
Physics Workshop, Kazimierz Dolny, Poland.
13) N. Burtebayev, J. T. Burtebayeva, T. Zholdybayev, Marzhan Nassurlla, Zh.
Kerimkulov, N. Amangeldi, Ye. Kok, B. Mauyey, A.S. Aimaganbetov, C. Spitaleri, and
S.B. Sakuta Study of elastic scattering of 20Ne ions on 16O nuclei at energies below the
Coulomb barrier. // The AGB-Supernovae Mass Transition Vol. 88 - N.3 – 2017 p.424-427.
14) N. Amangeldi, N. Burtebayev, S.B. Sakuta, A.K. Morzabayev, Zh.K.
Kerimkulov, A.A. Temerbayev, B. Mauyey, Ye. Kok, A.S. Aimaganbetov Elastic Scattering
of 15N by 16O at the energy 11.56 MeV. //Zakopane conference on nuclear physics 2016
p.138.

28.

15) Н. Буртебаев, Д.Т. Буртебаева, Ж. К. Керимкулов, М. Насурлла, А. К. Морзабаев,
Н. Амангелды, И. А. Иванов, Б. Мауей, Е. Кок, А. С. Аймаганбетов, Г. Ергалиулы
Исследование упругого рассеяния ионов 13 С на ядрах 16О,27Al. // 66-ой
международной конференции «ЯДРО-2016» по проблемам ядерной спектроскопии и
структуре атомного ядра (Российский Федеральный Ядерный Центр – ВНИИЭФ),
Россия, Саров, 11-14 октября, 2016.-ст.50-51.
16) Н. Амангелдi, А.А. Темербаев, Б. Мәуей, А.С. Аймаганбетов, Е. Көк, Ғ.
Ерғалиұлы, А.А. Ақылбекова, А.Ғ. Жұмасейiт Получение и применение тонких
твердотельных мишеней для ядерно-физических экспериментов. // Вестник ЕНУ2018. №2(123)-С.8-14.
17) N. Burtebayev, J. Burtebayeva, Zh. K. Kerimkulov, D. Alimov, M. Nassurlla,
N. Amangeldi, B. Mauey, E. Kok, A. S. Aimaganbetov, S. B. Sakuta Study of elastic
scattering 20Ne ions on nucleus 16O at energy 1.5 MeV/n. // 66th International conference
«NUCLEUS-2016» on nuclear spectroscopy and nuclear structure (Russian Federal Nuclear
Center - VNIIEF) Russia, Sarov,11-14 October, 2016.- p.51-53.
18) Н. Амангелді, А.А.Темербаев, Ғ.Ерғалиұлы, А.С. Аймаганбетов и.т.д.
Регистрация альфа-частиц на ускорителе тяжелых ионов ДЦ-60 с помощью
газонаполнительной системы идентификациию. // IІІ Международной научнопрактической конференции «GLOBAL SCIENCE AND INNOVATIONS 2018:
CENTRAL ASIA», Астана, 2018.-p.405-409.

29.

Назарларыңызға рахмет