Титул

1. Титул Электронные коллекции ядерных данных как средства фундаментальных и прикладных исследований в области физики атомных ядер и ядерных реакций И.Н.Бобошин, В.В.Варламов, С.Ю.Комаров, Н.Н.Песков, М.Е.Степанов, В.В.Чесноков Средства • Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова • Научно-исследовательский институт ядерной физики • имени Д.В.Скобельцына

2. Путь ЦДФЭ Электронные коллекции - современные информационные системы, которые существенно повышают качество информационного обеспечения научных исследований. Главное на этом пути - создание условий для эффективного использования исследователями информации, данных и знаний, накопленных ранее, с целью получения новых данных и знаний. Путь Центра данныъ фотоядерных экспериментов (ЦДФЭ) НИИЯФ СГУ - создание системы полных баз ядерных данных.

3. МАГАТЭ Международная сеть центров данных по ядерным реакциям (NRDC) В сеть входят 13 центров из 9 стран: Австрия, Венгрия, Китай, Корея, Россия, США, Украина, Франция, Япония. ЦДФЭ

4. Web-сайт Web-сайт ЦДФЭ : Параметры основных состояний всех известных ядер - разнообразная информация о ядре в целом Огромное количество данных по ядерным реакциям под действием электронов, фотонов, нейтронов, заряженных частиц и тяжелых ионов Все опубликованные данные по ядерной спектроскопии всех известных ядер - характеристики состояний ядер, а также параметры -, - и -переходов между ними Карта (база данных) квадрупольных ядерных деформаций и радиусов Полная информация о публикациях по физике атомных ядер и ядерных реакций с 1912 года (начиная с пионерских работ Э.Резерфорда)

5. Средства • Web-сервер ЦДФЭ (http://cdfe.sinp.msu.ru) • Программные средства • Web-серверы Apache (1.3.14, 1.3.20) • операционная система Linux (Red Hat 6.2, SuSE 7.2) • система управления базами данных MySQL (3.22.22) • CGI-интерфейс • языки программирования C++, Perl, JavaScript • ПО для создания html-страниц – HomeSite • Аппаратные средства • cерверный компьютер PC , P IV-2.8, 2 Гб RAM, 3 рабочие станции (PC - Windows XP) • межсетовой экран (Firewall) • защищенный протокол связи SSH (Secure Shell)

6. Ядерные данные Данные по ядрам и реакциям: - известно свыше 3200 ядер; число состояний каждого ядра очень велико, количество переходов огромно  ядра распады  - очень много комбинаций налетающих и вылетающих частиц для каждого ядра-мишени реакции  - библиографические ссылки - тоже «данные»

7. EXFOR • БД по ядерным реакциям: • данные (выходы, сечения (полные, парциальные, дифференциальные), спектры, угловые, зарядовые, массовые распределения, поляризации, анализирующие способности, …) - система EXFOR • (> 250 тыс. работ, > 2 млн. наборов данных, > 500 Мб) • о ядерных реакциях под действием: • электронов [(e,e’), (e,n), (e,2n), (e,3n), (e,p),…, (e,f),…]; • фотонов [(,’), (,n), (,2n), (,3n), (,p),…, (,f),…, • … (,2npd),... ]; • нейтронов [(n,n’), (n, ), (n,p), (n,d), (n,t), (n, ), …]; • заряженных частиц[(p,p’), (p,n), (p,d), (p,t), (p, ),... • (d,d’), (d,n), (d,p), (d,t), (d, ),... • (t,t’), (t,n), (t,p), (t,d), (t,),…, • … (,117n80p),…]; • тяжелых ионов [(6Li,n), (10B,p),…(14N,11C),…, • … (40Ar,5np ),...]

8. EXFOR-поиск Система данных по ядерным реакциям EXFOR

9. EXFOR-данные Система данных по ядерным реакциям EXFOR

10. NSR БД по публикациям: cправочно-библиографическая информация из массива NSR (Nuclear Science References) (~ 300000 документов (+ ~ 5000/год) ЯДЕРНЫЕРЕАКЦИИNUCLEAR REACTIONS РАДИОАКТИВНЫЕ РАСПАДЫRADIOACTIVITY СТРУКТУРАЯДЕРNUCLEAR STRUCTURE МОМЕНТЫЯДЕРNUCLEAR MOMENTS КОМПИЛЯЦИИ COMPILATION АТОМНАЯ ФИЗИКАATOMIC PHYSICS АТОМНЫЕМАССЫATOMIC MASSES

11. NSR-поиск Поисковая форма БД NSR Ссылки на документы других БД: EXFORи ENSDF

12. ENSDF • База ядерно-спектроскопических данных: • система ENSDF (Evaluated Nuclear Structure Data File) • (~ 3200 нуклидов, ~ 200 Мбт информации) • Все данные обо всех известных атомных ядрах ! • Параметры ядерных состояний: ·Параметры ядерных переходов: • энергияуровня;энергия перехода; • спин;интенсивность; • четность;мультипольность; • время жизни;момент; • изоспин; коэффициент конверсии; • (период полураспада, ширина);коэффициент смешивания; • спектроскопический фактор;коэффициент ветвления; • метастабильность;... уникальность распада;... • и многие др.

13. Relational ENSDF • Информационная «матрешка» - • возможно раскрытие любой части поисковой системы сверху-вниз и обратно: • ядро • уровень • гамма-переход • конечное ядро • распад • эксперимент • реакция • ... Не имеющая аналогов по возможностям поисковой системы БД «Relational ENSDF”.

14. ENSDF-поиск В дополнение к «стандартным» запросам относительно частей исходного массива ENSDF поисковая система ЦДФЭ дает возможность находить данные из его любых частей в любых комбинациях: 1) область атомных масс A = 50 - 150 область энергий уровней 10 - 12 МэВ область энергий -квантов 1000 - 1030 кэВ; 2) спин и четность уровней J = 69/2+ область энергий уровней 9 - 10 МэВ (должны быть приведены также энергии -квантов и J уровней конечного ядра); 3) спин и четность J = 7/2- , а также изоспин T = 3/2 уровней область энергий уровней E = 1 – 13 МэВ область энергий -квантов E = 2 – 5 МэВ (должны быть приведены также энергии и J уровней конечного ядра); 4) изоспин уровня T  1 данные, включенные в массив ENSDF в 2002 году исследованы в определенных реакциях; 5) спин и четностьJ = 3/2- или спин 5/2и изоспин Т = 3/2 или T = 5/2 область энергий уровней Е = 4 – 6 МэВ область энергий –квантов E = 2- 3 МэВ спин и четность J = 5/2или спин 7/2 уровней конечного ядра.

15. 2+, 4+, 3- 2+ 4+ Легко и быстро могут быть найдены сведения о любых группах уровней в любых группах ядер, например, сведения опервыхуровнях с определенными спином и четностью: J = 2+ , J = 4+ , J = 3- , например, в ядрах Ca,Gd и Sn. 3- 3-

16. ГДР-параметры БД «Параметры гигантского дипольного резонанса. Сечения фотоядерных реакций» Ссыка на номер EXFOR ведет к набору БД EXFOR Ссыка на код NSR ведет к набору БД NSR

17. Осн.параметры БД “Параметры основных состояний ядер»: большое количество разнообразных данных (Wapstra) - масса, избыток массы, энергия связи, распространенность или период полураспада, спин, четность и др. - о ядрах (например, изотопах Zr) в целом.

18. Пороги Таблицы масс ядер Wapstra и энергии и пороги реакций Известные специалистам данные - ASCII файл. 23892U(,15n+10p)21382Pb

19. Отделение Таблицы масс ядер Wapstra и энергии отделения нуклонов Нерегулярности для классических дважды магических ядер 40,48Ca Нерегулярности для класического магического ядра 90Zr и нового дважды магического ядра 96Zr

20. Титул-карта Новая полная электронная карта данных о форме и размерах атомных ядер Бобошин И.Н.,Варламов В.В.,Гангрский Ю.П., Ишханов Б.С., Комаров С.Ю.,Маринова К.А. • Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова • Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В.Скобельцына • Объединенный институт ядерных исследований

21. Деформация Зависимость формы атомных ядер от квадрупольного момента Q0 и параметра деформации 2 Q0>0 - вытянутое ядро Q0=0 - сферическое ядро Q0<0 - сплюснутое ядро 1) Внутренний квадрупольный момент ядра , где - плотность заряда в точке r внутри ядра, а интегрирование ведется по всему объему ядра. 2)Параметр деформации , где <R> - средний радиус ядра. 3) Зарядовый радиус вычисляется из анализа абсолютных значений радиусов R= и их разности

22. Источники • 3 источника данных о квадрупольных моментах и параметрах квадрупольной деформации ядер 1. N.J.Stone. Atomic and Nuclear Data Tables, 90 (2005) 75. 2. S.Raman, C.W.Nestor, P.Tikkanen. Atomic Data and Nuclear Data Tables 78 (2001) 1. 3. Б.С.Ишханов, В.Н.Орлин. Ядерная физика. 68 (2005) 1197. • 3 источника данных о зарядовых радиусах ядер 1. E.G. Nadjakov, K.P. Marinova, Yu. P Gangrsky. Atomic Data Nuclear Data Tables, 56 (1994) 133. 2. I.Angeli, Atomic Data Nuclear Data Tables, 87 (2004) 185. 3. G.Fricke, K.Heilig. Landolt-Bornstein: Num. Data and Funct. Relat. in Science and Tech. New Series, Group I: Elem. Part., Nuclei and Atoms, Volume 20, 2004.

23. Карта Карта нуклидов (центр NNDC, США) Параметры формы и радиусов ядер (ЦДФЭ-ОИЯИ) По аналогии с известной картой нуклидов (координаты N и Z)

24. Карта-масштабы 4 уровня масштаба карты С помощью стрелок возможно движение вверх или вниз по ветви нуклидов

25. Карта-поиск Наглядное представление параметров квадрупольной деформации – прямое соответствие цветовой гаммы физическому содержанию Координаты N и Z: коричневый цвет («горы» - 2> 0) синий цвет («моря» - 2< 0) зеленый цвет («равнины») - 2 = 0 серый цвет (деформация неизвестна) Указываются ядра, для которых доступно значение зарядового радиуса Интенсивность цвета - абсолютная величина деформации

26. Карта-результаты Получение искомой информации Данные о параметре квадрупольной деформации из трех источников (~ 2000 наборов для ~ 1500 ядер) Данные о радиусе из двух источников (всего - 900 изотопов 90 элементов (Z = 1 – 96, N = 0 – 152)

27. БД-склад Безусловно, любая БД - лишь “склад готовой продукции”. Однако в случае современных научных БД этот склад содержит огромное количество “продукции”, разложенной по “полочкам” и снабженной четкими и точными “этикетками”, по складу на большой скорости перемещаются “вышколенные курьеры”, безошибочно выполняющие любое пожелание “клиента”. Начиная с некоторого момента, количество упорядоченной информации начинает переходить в новое качество — согласно известному философскому закону. Точнее - количество становится средой (почвой), из которой вырастает новое качество: появляются новые возможности не только для информационного обеспечения научных исследований, но и для получения нового научного знания.

28. Новое качество Новое качество вырастает из огромного количества информации, которая может быть совместно обработана: - возможность вопросов, задавать которые без такой информации просто не приходит в голову; - появление ответов, которые тоже в голову не раньше не приходили. А такие ответы - новые данные и новое знание. Далее - несколько типичных примеров.

29. 60Co EXFOR – поиск реакций с одним конечным ядром 60Co. Найти326 реакций другим способом трудно: налетают 3He, 6,7Li, 12C,40Ar, нейтроны,протоны, дейтроны, -частицы,

30. S+ (l = 3) Очевидно: jX = jA= 3/2. Распределения спектроскопической силы S-(l =2) – подхват протона – по состояниям конечных ядер: А – протоны с j = 3/2, В – c j = 5/2, X – с неизвестным j.

31. S-(l = 3) Очевидная закономерность: при энергиях, ближайших к E ~ 0 МэВ, имеется главное возбуждение с j = 7/2. Распределения спектроскопической силы S-(l = 3) – подхват протона – по состояниям конечных ядер: А – протоны с j = 7/2, В – c j = 5/2, X – с неизвестным j.

32. Спины Реакция Энергия уровня (кэВ) 46Ti(3He,d) 47V 2212 (1/2,3/2) 3/2 50Cr(3He,d) 51Mn 3292 (5/2,7/2) 5/2 54Cr(3He,d) 55Mn 3608 (5/2,7/2) 5/2 54Cr(3He,d) 55Mn 2253 (1/2,3/2) 3/2 56Fe(d,3He) 55Mn 2741 неизвестен 3/2*) 54Fe(d,3He) 53Mn 3007 (3/2,5/2) 3/2 58Ni(3He,) 57Co 3539 (3/2,5/2) 3/2**) 60Ni(3He,) 59Co 3162 (3/25/2) 3/2 62Ni(3He,) 61Co 2559 (3/2,5/2) 3/2 64Ni(3He,) 63Co 2660 (3/2,5/2) 3/2 Спин J, эксперимент на неполяризованных частицах Спин J, анализ систематики Исследуемое ядро *) Экспериментальное значение спина J неизвестно. **)Предсказанное значение спина J = 3/2 позднее было подтверждено результатами исследования реакции 58Ni(d-pol,3He) 57Co.

33. Конфиг. Конфигурационное расщепление ГДР (1987 г.,открытие № 342, авторы – Б.С.Ишханов, И.М.Капитонов, В.Г.Неудачин, В.Г.Шевченко, П.Н.Юдин) Пример переходов 2 типов в ядрах6,7Li: свободная 1d-2s====== ====== ==================== оболочка переходы типа “I” (низко-энергетичная компонента НЭ) частично занятая 1p====== =  ===== ======o=o== оболочка p n pn n переходы типа "II" (высоко-энергетичная компонента ВЭ) полностью заполненная 1s оболочка6Li7Li  НЭ: -частица существует и присутствует среди продуктов реакций ВЭ: -частица разрушена и отсутствует среди продуктов реакций ======o=o==== ppn n ========= ppn n

34. Конфиг.-реакции Простая выборка из БД сечений реакций фоторасщепления ядер6,7Li (,xn) =(,nd3He) + (,n2pt) + 2(,2np3He) + 2(,2n2pd) (,xd) =(,nd3He)+ (,pdt) + (,2n2pd) (,xt) =(,n2pt)+ (,t3He) + (,pdt). (,x3He) =(,nd3He)+ (,t3He) + (,2np3He) Система 4 уравнений с 4 неизвестными сечениями (выделены). НЭ(“I”) ВЭ (“II”)   6Li  6Li(,n0,1)5Lip+6Li(,t) 3He 6Li(,p0,1)5Hen+6Li(,nd)3He 6Li(,np)4He6Li(,2np)3He 6Li(,d)4He6Li(,pd) 3H 6Li(,n2p) 3H 6Li(,2n2p) 2H 6Li(,3n3p)  7Li  7Li(,n0,2,4) 6Li(4He) 7Li(,nt) 3He 7Li(,p0) 6He-6Li(4He) 7Li(,2d) 3He 7Li(,n1,3)6Lid + 7Li(,px=3,...)6He3H + 3H 7Li(,p1,2) 6He2n + 7Li(,pt) 3H 7Li(,nd) 4He7Li(,npd) 3H 7Li(,2np) 4He 7Li(,t) 4He

35. 6Li (,abs) НЭ ВЭ Соотношение компонент – отношение суммарных интегральных сечений 46.5% EВЭЦТ 53.5% EНЭЦТ Еконф = 10.7 МэВ 2 компоненты конфигурационного расщепления ГДР 6Li

36. 2 группы ядер Простая выборка из БД - новая закономерность в данных о форме ядер На основании систематических исследований данных, полученных описанными выше двумя способами – с помощью экспериментальных данных по квадрупольным моментам ядер (данные типа “Q”) и данных о приведенных вероятностях переходов B(E2; 0+ 21+) (данные типа “B”), установлено, что практически все изученные ядра достаточно четко (отклонения имеют единичный характер) разделяются на две группы: Группа “А”.Данные типа “B”данным типа “Q”: Ti, Cr, Zr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, W, Os, Ra. Группа “Б”. Данные типа “B” >>данных типа “Q”: C, Si, Ar, Ca, Fe, Ni, Zn, Ge, Se, Kr, Sr, Mo, Ru, Pd, Cd, Sn, Te, Ba, Yb, Hf, Pt, Pb.

37. Группы 2 2 2 2 A A A A Группа «А»: “Q”  “B” Изотопы Er Изотопы W Группа «Б»: “Q” >> “B” Изотопы Sn Изотопы Ge Динамическая деформация - нулевые колебания в основном состоянии

38. 16O Расхождения сечений полных и парциальных фотонейтронных реакций 16O(,хn) 232Th intS/intL = 0.88 intS/intL = 0.80 Данные различных типов из трех лабораторий: и формы и абсолютные величины сечений заметно расходятся. 238U intS/intL = 0.68 intТИ (МГУ - погрешности) = 36.9 МэВ мб intКМА (Saclay - квадраты) = 34.6 МэВмб intКМА (Livermore - «жуки») = 27.6 MэВмб

39. Отношения инт. сеч. Систематика отношений интегральных сечений “Все другие/Ливермор” дляпочти 500 сечений полной фотонейтронной реакции (,xn). Rintсист. = 1.12: необходима дополнительная нормировкаданных Ливермора: относительно простая - умножение на коэффициент. _______________________________________________________________________ 2n _______________________________________________________________________ (,xn) = (,n) + 2(,2n) + 3(,3n) + ...

40. n - 2n– Рис. • Согласование абсолютных величин сечений парциальных фотонейтронных реакций (,n), (,2n), (,3n), (,f), подавляющее большинство которых получено на пучках квазимоноэнергетических аннигиляционных фотонов • в Саклэ (Франция) и Ливерморе (США) Сечения реакций (,n)заметно (20 - 30 %) большев Саклэ: квадраты- в области R > 1. Сечения реакций (,2n)заметно (10 - 40 %) больше в Ливерморе: треугольники  - в области R < 1. Систематические расхождения - погрешность определения множественности фотонейтронов

41. Метод «n-2n” Метод коррекции – согласования. Сечение полной фотонейтронной реакции в области энергий ГДР (,xn) = (,n) + 2(,2n). ОтношениеR (“Сакле/Ливермор” нормировка) для сечений всех реакцийR= xnS/xnL = nS/nL = 2nS/2nL = (nS + 22nS)/(nL + 22nL), xnS = (nS + 22nS) = RxnL = R(nL + 22nL) . Скорректированное сечение Сакле2nS*должно совпадать со скорректированным сечением Ливермора(2nL* = R2nL):2nL* = 2nS* = R2nL = 2nS + 1/2(nS - RnL) . Суть: часть сеченияреакции (,n) перемещается “возвращается” всечение реакции (,2n).

42. (,n) – (,2n) коррекция Совместнаякоррекциясечений (,n) и (,2n) реакций, полученных в Сакле и Ливерморе для208Pb Часть сечения Сакле реакции (,n) удаляется и возвращается в сечение реакции (,2n). Скорректированное сечение Сакле реакции (,n) – точки с погрешностями (линия – исходные данные). Сечение Ливермора реакции (,n), умноженное на отношение для сечений (,xn) реакции (1.21 в данном случае).

43. “До” и “после” 159Tb • Данные по сечениям реакций (,n) и (,2n) • до • и • после • процедуры взаимной корректировки.

44. Магические ядра ~ 200 стабильных ядер - классическая одночастичная модель оболочек: состояние (n, l, j, mj) нуклона в ядре с потенциалом в виде бесконечной сферически-симметричной ямы гармонического осциллятора с учетом сильного спин-орбитального взаимодействия  7 классических магических чисел

45. Магические признаки • Некоторые характерные признаки магических ядер • (по сравнению с соседними): • более сферическая форма (меньшая деформация - заметно меньший параметр квадрупольной деформации 2); • заметно большая энергия E(21+) первого J = 2+ уровня; • заметно меньшее отношение энергий первых J = 4+ и J = 2+ E(41+)/E(21+); • заметные особенности в энергиях отделения нуклонов, например, в зависимостях B(n), B(2n) от N, Z и/или А; • и некоторые др.

46. Линии магичности Простая выборка из БД данных об энергиях первых 2+- уровней. Линии магичности 126 82 28 20 50 28 20 8

47. Острова магичности Острова магичности Z = 40, N = 56 Z = 20, N = 32

48. 3.5 2500 Z = 40, N = 56 2000 0.4 3 0.3 2.5 1500 0.2 2 1000 0.1 1.5 500 0 1 38 38 40 40 42 42 44 44 46 46 48 48 50 50 52 52 54 54 56 56 58 58 60 60 62 62 64 64 66 66 E(2+1) 96Zr - новое дважды магическое ядро 2

49. 96Zr-радиусы Одно из применений карты параметров формы ядра - поиск новых магических чисел Область новой магичности: очевидный минимум размеров ядра для 96Zr

50. 96Zr - пары 96Zr Пик новой магичности достигается, когда обе подоболочки замкнуты и дополнительно над одной из них (1f5/2) располагается и замкнутая подоболочка с j = 1/2, в данном случае - 2p1/2 - очень сферическая волновая функция. J (101Sr) = 3/2+ J (99Zr) = (1/2+) Магическое 96Sr: 2 нейтрона на 3s1/2! 58 J (97Zr) = 1/2+ 56 J (95Zr) = 5/2+ Магическое 96Zr: 2 протона на 2p1/2! 40 50 Вблизи энергии Ферми располагаются две замкнутые подоболочки с одинаковым значением момента j, то есть 1f5/2 и 2d5/2 -«j = j » (5/2) связь. «Немного» магическое 94Sr (нет 2 протонов на 2p1/2)? 38