Ю.Ц.Оганесян Лаборатория ядерных реакций им. Г.Н. Флерова Объединенный институт ядерных исследований Пределы масс и острова стабильности сверхтяжелых ядер Физика фундаментальных взаимодействий 2009 Сессия-конференция секции ядерной физики ОФН РАН 23-27 ноября, 2009г., ИТЭФ, Москва
42
Embed
Ю.Ц.Оганесян Лаборатория ядерных реакций им. Г.Н. Флерова
Физика фундаментальных взаимодействий 2009. Пределы масс и острова стабильности сверхтяжелых ядер. Ю.Ц.Оганесян Лаборатория ядерных реакций им. Г.Н. Флерова Объединенный институт ядерных исследований. Сессия-конференция секции ядерной физики ОФН РАН 23-27 ноября, 2009г., ИТЭФ, Москва. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Ю.Ц.Оганесян
Лаборатория ядерных реакций им. Г.Н. ФлероваОбъединенный институт ядерных исследований
Пределы масс и острова стабильности сверхтяжелых ядер
Физика фундаментальных взаимодействий 2009
Сессия-конференция секции ядерной физики ОФН РАН 23-27 ноября, 2009г., ИТЭФ, Москва
110
120
100
90
80
70170
neutron number
pro
ton
nu
mb
er
180 190110 120 130 140 150 160
92U / Tα = 4.5·109 y
Chart of nuclidesChart of nuclides
82Pb / stable
Bi
Th
102No / Tα ≈ 2 s
about 50 years ago…
Macroscopic theory (Liquid Drop Model)
Spontaneous fission
TSF = 2·10-7 y
TSF = 1016 y
TSF < 10-14 s
0.70 0.75 0.80 0.85Fissility param eter x Fissility param eter x
Fis
sio
n B
arri
er H
eig
ht
B
/ M
eVf
0.900.800.700.600
5
10
15
20
25
30
3035
LDM
neutron capture
20
10
0
-10
-20
Lo
gT
/ s
SF
0.90 0.95
Spontaneous FissionSpontaneous Fission Macroscopic theory (Liquid Drop Model)
238U 255Fm
208Pb
6.0 MeV SF-isom ers
fusion w ith heavy ions
Exp.
Ю.Ц. Оганесян «Пределы масс атомных ядер» 27 ноября 2009г. ИТЭФ, Москва
110
120
100
90
80
70170
neutron number
pro
ton
nu
mb
er
180 190110 120 130 140 150 160
Chart of nuclidesChart of nuclides
184
114
sphericalshells
152
100
deformedshells
162
108
deformedshells
sphericalshells
126
Pb
X
8282
Nuclear shells (macro-microscopic approach)
0 .900 .800 .70
E xp.
LDM
F iss ility P a ram ete r x
0
5
10
15
238U
255Fm
114 116
Fis
sion
Ba
rrie
r H
eig
ht
Bf /
Me
V
Fission Barriers
20
10
0
-10
-20
0 .70 0 .75 0 .80 0 .85 0 .90 0 .95
Lo
gT /
sS
FLDM
F iss ility P aram ete r x
114Z=112116
…and Half - Lives
R. Smolańczuk, Phys. Rev. C 56 (1997) 812
Predictions of the microscopic theoryPredictions of the microscopic theory
Island of Stability
shoal
peninsula
continent
New landsNew lands
Neutron number
Pro
ton
nu
mb
er
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
120
110
100
90
80
70
Island of Stability
Shoal
New landsNew lands Microscopic theory
Peninsula
Continent
Sea of Instability
about 40 years ago…
-5 0 5 10 15 LogT1/2 s
1µs 1s 1h 1y 1My
Reaction of Synthesis
108
162
114
90
142126 146 184
Th U NW N N E
SW
W
Pb
Pu
peninsula
continent
shoal of deform ed
nuclei
island of stability
of superheavy nuclei
neutron num ber
pro
ton
nu
mb
er
Reactions of synthesis
Light ions
Neutron capture
Cold fusion
target from
“continent”
Act.+48Ca
target from“peninsula”
Ю.Ц. Оганесян «Пределы масс атомных ядер» 27 ноября 2009г. ИТЭФ, Москва
-2-2
-3
-3
-6
-6
-5
-5
-7
-4
-4
-4
-14
120 130 160140 170150 180
80
90
100
110
120
190
SHE
Pbneutrons →
Cold fusionCold fusion
Act.+48CaAct.+48Ca
pro
ton
s
→
Reactions of SynthesisReactions of Synthesis
U
P b B i
T h
Neutron captureNeutron capture
Hotfusion
Hotfusion
Ю.Ц. Оганесян «Пределы масс атомных ядер» 27 ноября 2009г. ИТЭФ, Москва
No
Rf
22Ne26Mg34S (5n)
Db
Sg
Hs
Bh
Ds
1 0 -30
1 0-32
1 0-34
1 0-36
1 0-38
4n
-cro
ss s
ect
ion
(c
m)
2
Projectiles
48Ca
112
112
114
116
140 150
152 162
180160 190170Neutron number
184
σxn ~ (Γn / Γf)x;
х – number of evaporated neutrons
(Γn / Γf) ~ exp [(Bf – Bn)]
Bf = BfLD + ΔEShell
0
Cross sectionsCross sections
Ex=40-50 MeV
Yu. Oganessian et al. Phys. Rev.
90
100
110
120
1 2 3 4 5 6 7 8
120 130 140 150 160 170 180 190Neutron num ber N
Calculated Barriers Heights (M eV)
P. Moller et al., Phys. Rev., C79, 064304 (2009)
Bf (MeV)
Pro
ton
num
ber
Z
Act + 48Ca
208Pb
298114
spherical
deformed
deformed
spherical
Ю.Ц. Оганесян «Пределы масс атомных ядер» 27 ноября 2009г. ИТЭФ, Москва
Act. + 48Ca
Targets: thickness (mg/cm2)
Isotopeenrichment (%)
233U 0.44 99.97
238U 0.35 99.3
237Np 0.35 99.3
242Pu 0.40 99.98Chemistry 1.4 99.98
244Pu 0.38 98.6
243Am 0.36 99.9Chemistry 1.2 99.9
245Cm 0.35 98.7
248Cm 0.35 97.4
249Cf 0.34 97.3
Projectiles 48Ca
Energy: 235-250 MeV
Intensity: 1.0-1.2 pμA
Consumption: 0.5 mg/h
Beam dose: (0.3-3.0)∙1019
Reactions of SynthesisReactions of Synthesis
249Bk 0.35 ≥ 90
Dubna Gas Filled Recoil Separator
Measured parameters:
For recoils:
energy TOFpositions
For decayproduct:
energy timepositions
Experimental SetupExperimental Setup
position sensitivestrip detectors
“veto” detectors
TOF-detectors
SH-recoilside
detectors
Total detection efficiency: for α-particles…………..83% for SF-fragment…….~ 100% for both fragments……..42%
Ю.Ц. Оганесян «Пределы масс атомных ядер» 27 ноября 2009г. ИТЭФ, Москва
108
275
5.4s
9 30. M eV
8. 4 M eV 5
9.70 M eV
0.26 s 5
9.52 M eV
SF10%
4110
279
106
271
3
2
0.42 s
48 s
SF>90%
114287
10.01 M eV
0.54s
3n
112283
3n 238 48U + C a,
11 2
283
116291
3n 246 48C m + C a,
1242Pu +48Ca, 3n
104
267
228 M eV 381 s
S F
6
Yu. Oganessian J. Phys. G. 34 (2007) R165
strip number
posi
tion
252No
20
30
40
10
0-3 -2 -1 0 1 2 3
0.65 m m
Position deviation (mm)
Co
un
ts /
0.1
mm
Detector
area ~5000 mm2
Pixel: 6.5 mm2
279110
8.0 9.0 10.0 11.0 12.0
283112
283112
275108
9.0
E
10.0 11.0 12.0
287114
286114
Alpha particle energy (MeV)
242Pu(48Ca; 3n, 4n)287,286114
287114
283112
291116
286114
290116
245Cm(48Ca; 2n, 3n)291,290114
271106
238U(48Ca; 3n, 4n)283,282112
294118
249Cf(48Ca; 3n),294114
even-oddeven-even
Alpha-particle spectra of SH-nucleiAlpha-particle spectra of SH-nuclei
With Z >40% larger than that of Bi, the heaviest stable element, that is an impressive extension in nuclear survival.
Although the SHN are at the limits of Coulomb stability, shell stabilization lowers: the ground-state energy, creates a fission barrier, and thereby enables the SHN to exist.
The fundamentals of the modern theory concerning the mass limits of nuclear matter have obtained experimental verification
Ю.Ц. Оганесян «Пределы масс атомных ядер» 27 ноября 2009г. ИТЭФ, Москва
neutrons →
pro
ton
s
→
-2-2
-3
-3
-6
-5
-5
-7
-4
-4
-4
-14
120 130 160140 170150 180
80
90
100
110
120
190
SHE
U
P b B i
T h
Search for SHE in Nature
Atomic structure and chemical properties
of the SHENuclear structure
and decay propertiesof the SHN
Search fornew shells
Ю.Ц. Оганесян «Пределы масс атомных ядер» 27 ноября 2009г. ИТЭФ, Москва
Chemical properties
7s
6s
5s
5d
4d4s3s2s
5fr max
rel /r
max
non-
rel
4f
Relativistic Contraction
non-
relativistic
7s
6s
5s
5d
4d4s3s2s
5f
4f
0,80
0,75
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
7s
6s
5s
6p5p4p
5d
4d
3p
4s3s2s
5f
0 20 40 60 80 100 120Z
1s 2p3d
4f
rm ax : principal maximum of the wave function of the outermost orbital
J.P. Desclaux, At. Data Nucl. Data Tables 12 , 311 (1973)J.P. Desclaux, At. Data . Data Tables 12 , 311 (1973)J.P. Desclaux, At. Data . Data Tables 12 , 311 (1973)
-
relativistic
SHE
112114
Atomic propertiesAtomic properties
HgPb
~ Z2
Ю.Ц. Оганесян «Пределы масс атомных ядер» 27 ноября 2009г. ИТЭФ, Москва