Az elmúlt évtizedben a radioaktív nyalábokon végzett vizsgálatok kerültek a magszerkezetkutatás élvonalába. A neutron-glória felfedezése után számos új jelenség feltárását várták ettől a technikától, ezért a világ vezető magfizikai laboratóriumai sorra álltak át radioaktív nyalábos fizikára. Az ATOMKI kutatái japán (RIKEN, Tokyo), francia (GANIL, Caen) és német (GSI, Darmstadt) nemzeti laboratóriumokban kezdeményeztek és végeztek meglepő eredményekre vezető kutatásokat.

Az atommagok szerkezetére vonatkozó tudásunk egyik alappillérét a 8, 20, 28, 50, 128, ..... proton- illetve neutron számnál megjelenő, zárt héjú konfigurációt jelző mágikus számok jelentették. Az elvégzett kísérletek alapján azt találtuk, hogy az erősen neutrontöbbletes atommagokban a stabilitási sáv közelében a héjzáródásokat jellemző nagy energiaközök csökkennek, a megismert héjzáródások megszű nnek és új hézáródások alakulnak ki. Az energiaközök módosulásának egyik tipikus jele az atommagokban az első gerjesztett, nagy valószínűséggel 2+ állapot és ennek legerjesztődése során kibocsátott gamma-sugárzás energiájának csökkenése. Az ehhez az állapothoz kapcsolódó átmeneti valószínűség értékének növekedéséből az atommag deformálttá válására következtethetünk, ami az energiaközök módosulásának egyik oka lehet. Egy másik, szintén a szerkezeti változásra utaló adat az első 0+ gerjesztett állapot megjelenése, mivel ez az állapot az alakkoegzisztencia létéhez kapcsolódik.

A stabilitási sávtól nagyon távoli, igen neutrongazdag (N/Z~2-3) atommagok szerkezetének gamma-spektroszkópiai mérésekkel végzett vizsgálatához egy új kísérleti technikát fejlesztettünk ki: az erősen neutrontöbbletes atommagokat többlépéses fragmentációban állítjuk elő és az atommagok gerjesztett állapotainak jellemzőit a legerjesztődés során kibocsátott gamma sugárzások detektálásával határozzuk meg. Ezt a módszert alkalmazva kimutattuk, hogy míg a nehéz oxigén izotópokban megjelenik egy új héjzáródás N=14, 16-nél, addig ez a nitrogén atommagokban gyengül és a szén atommagokban pedig megszűnik. Az N=20 héjzáródás gyengülése régóta megoldatlan kérdés a magszerkezet kutatásban. Nemrég megmutattuk, hogy a neutron egyrészecske energiák erősen változnak az elhullatási vonal közelében, ami az N=20 héjzáródás eltűnéséhez vezet. A 25-29Ne atommagokban olyan gerjesztett állapotokat azonosítottunk, amelyek csak az N=20 héjzáródáson keresztüli neutron-gerjesztésekkel állhatnak elő. Az N=28 neutron héjköz visekedését többek között szilícium izotópokban vizsgáltuk. A páros számú protont és neutront tartalmazó 42Si (Z=14, N=28) atommag első gerjesztett állapotának alacsony energiája azt mutatja, hogy Z=14-nél megszűnnek az N=28 héjzáródás jelei. Az 45Ar atommag szerkezetét transzfer reakcióban vizsgálva azt láttuk, hogy már egészen alacsony energián az N=28 héjzáródáson átívelő intruder állaptok találhatóak, ami szintén az N=28 neutron héjköz csökkenését jelzi. Eredményeink alapján a tankönyvekből ismert héjmodellkép jelentősen módosult.

Az elmúlt 50 évben azt is megtanultuk, hogy az atommag mozgása során a két fajta nukleon (proton és neutron) mozgása rendkívül erősen korrelált. Kimutattuk, hogy ennek nem kell mindig így lennie. Vizsgálataink szerint a gyengén kötött, neutronban gazdag bór és szén atommagokban a valencianeutronok a magtörzstől többé-kevésbé független, önálló kollekív mozgásra késztethetők, ami az atommag egy újfajta mozgásformáját jelenti.

Az egzotikus neutron-proton arányú atommagok még a nagy intenzitású radioaktív nyalábokkal végzett kísérletekben is viszonylag alacsony hatáskeresztmetszettel keletkeznek. Ezért a legmodernebb gyorsító komplexumok használata mellett is új kísérleti technikákra és nagy érzékenységű detektorrendszerekre van szükségünk. Csoportunk az EU által kiemelten támogatott SPIRAL2 gyorsító mellé telepítendő PARIS gamma detektor tervezésében és építésében vesz részt.

Kapcsolódó ATOMKI Annual Report cikkek: 2008 (2.3, 2.4, 2.5); 2007(2.3, 2.4); 2006 (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7); 2005(2.7, 2.8, 2.9, 2.10); 2004(2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9); 2003(2.4, 2.5)

Napjaink magszerkezet-kutatásának egyik legizgalmasabb témája az egzotikus deformációval rendelkező atommagok vizsgálata. Speciális körülmények alatt a maganyag eloszlása különleges alakot vehet fel: például tengelyszimmetrikus forgási ellipszoid alakot, ahol a nagy és kistengely aránya 2:1. Az ilyen atommagokat szuperdeformált (SD) magoknak nevezzük.

Szuperdeformált magokat (vagy a jelenség után - hasadási izomereket) már a hatvanas években is megfigyelte. Ezeknek a hasadási izomereknek a megjelenését az atommag potenciális energiafelületében megjelenő második minimummal lehet magyarázni, mely a folyadékcsepp-modell számításokban elvégzett héjkorrekció következménye. Később további elméleti számítások és kísérleti eredmények arra a következtetésre vezettek, hogy egy harmadik minimum is megjelenhet a potenciálfelületben, melyhez tartozó tengelyarány 3:1. Az ilyen állapotokat hiperdeformált (HD) állapotoknak nevezzük.

A szuperdeformált állapotok tanulmányozását a közelmúltban kifejlesztett, nagy hatásfokú és jó energiafeloldású germánium 4π-detektorrendszerek tették lehetővé. A ritkaföldfémek tartományában eddig már több, mint száz nagyspínű szuperdeformált rotációs sávot fedeztek fel. Hiperdeformált magátmenetek közvetlen megfigyelése azonban mindeddig még nem történt meg...

A hiperdeformált állapotok tulajdonságainak tanulmányozására osztályunk a hasadási gáton át történő rezonáns alagúteffektust használja fel. Az aktinida magok hasadási valószínűségét a gerjesztési energia függvényében vizsgálva, abban rezonanciák figyelhetők meg, melyek a hasadási izomerekre épülő, szuper- és hiperdeformált β-vibrációs állapotok következményének tekinthetők. Ezen β-vibrációs állapotok környezetében fekvő gerjesztett (forgási) állapotok, a vibrációs mozgás csillapítása révén, részesülni fognak a vibrációs állapot hasadási valószínűségéből, így azok megfelelő kísérleti felbontás esetén megfigyelhetők lesznek a hasadási rezonanciák finomszerkezetében. Az így megjelenő rotációs sávok ismeretében az atommag tehetetlenségi nyomatéka meghatározható, amely közvetenőül összefügg annak deformációjával.

Egy hasított pólusú mágneses spektrográf 1993-ban történő ATOMKI-be való telepítése az osztály számára kiváló lehetőséget teremtett a hasadási reoznanciák tanulmányozására. Ennek segítségével urán izotópok (d,p) reakció indukálta hasadását lehetett vizsgálni. A reakcióból kilépő töltött részecskék energiájának pontos mérését a mágneses spektrográffal végeztük míg a hasadási termékek detektálására helyzetérzékeny lavinadetektorokat (PSAD) készítettünk. Több, mint 10 éve tartó eredményes és érdekes kísérleteink során példaképp az irodalomban először figyeltük meg az 236U hiperdeformált rotációs sávjait. Ezen eredményeink alapján gyümölcsöző együttműködést sikerült kialakítani a müncheni Ludwig Maximilians Egyetem Fizika Tanszékével is.

Eddigi lefontosabb eredményeink a következők:

1. a 233U(d,pf)234U reakció esetében szintén hiperdeformált alakot jelentő nagy tehetetlenségi nyomaték értéket kaptunk a hasadási valószínűség és a hasadványok szögeloszlásának meghatározása során. A leginkább gerjesztett J=3 spinű állapotok sűrűségének meghatározával a harmadik völgybeli alapállapot energiáját is sikerült meghatározni (EIII=3.10 MeV). 2. A 239Pu(d,p) reakcióval előállított 240Pu hasadási valószínűségének jó energiafeloldású mérésével (FWHM=7 keV) két β-vibrációs rezonanciacsoportot sikerült elkülöníteni, melyek finomszerkezetében talált állapotokat alacsonyspinű szuperdeformált állapotokként azonosítottuk. 3. az 235U(d,pf)236U reakció esetében éles rezonanciákat észleltünk. A rezonanciák alakjának és a hasadási termékek szögeloszlásának vizsgálata eredményeképpen a rezonanciákat hiperdeformált forgási sávokként sikerült értelmezni! A forgási állapotok sávfejeinek állapotsűrűségéből a harmadik völgybeli alapállapot energiájára 2.7 MeV-et kaptunk.

A fent leírt eredmények bizonyítják a hasadási rezonanciák vizsgálatára használt módszerünk (nagy felbontású mágneses spektrográfok használata) hatékonyságát, mely lehetőséget teremt a tehetetlenségi nyomaték, az állapotsűrűség stb. meghatározására. A müncheni egyetem Q3D spektrogáfának továbbfejlesztett fókuszsíkdetektora illetve a debreceni hasított pólusú spektrográf újonnan beszerzett fókuszsíkdetektora még jobb energiafeloldású és még nagyobb statisztikájú mérések elvégzését engedi meg, így például a közeljövőben tervezett 231,233Th és 232U. kapcsolatos méréseinket is már az új berendezésekkel végezzük majd el.

Ugyanakkor egy másik érdekes jelenség is mutatkozik a héjmodell számításokból: a harmadik minimum dinukleáris konfigurációt jelent. Ez azt jelenti, hogy az aktinida tartományban a maganyag sűrűségeloszlás a harmadik minimum állapotaiban egy olyan kettős maghoz hasonlít, ami egy közel gömb alakú kétszeresen mágikus 132Sn magból és egy "maradék" deformált, neutrongazdag magból áll. Ennek a megjósolt klaszterizációnak hatása van a hasadási termékek tömegeloszlására is, amit kísérletileg lehet vizsgálni.

Ezen elméletben előrejelzett klaszterizáció vizsgálatának céljából a 232Th(n,f) reakció során keletkezett hasadványok tömegeloszlását meghatároztuk a neutronenergia függvényében. A targetkamra egyben detektorként is szolgált (kétszeres ionizációs kamra), melyet az ATOMKI-ben fejlesztettünk. A HD állapotok tömegeloszlásra való hatása azonban nagyon kicsinek mutatkozott. Ennek oka minden bizonnyal az, hogy a hasadási folyamatot a "forró" hasadás uralja, ami "elmossa" a HD állapotok tömegeloszlásra gyakorolt hatását. Azonban a "hideg" hasadás, ahol a hasadványok alapállapotban maradnak hasadás után, tipikusan "klaszter-bomlás" jellegű. Ezért a hasadások ezen, kis számban előforduló, speciális típusára szorítkozva lehetőség nyílhat a HD állapotokon keresztül történő hasadás asszimetrikus tömegeloszlásában megjelenő csúcsok keskenyedésére utaló jeleket találni. Az elméleti elörejelzések és az előzetes kísérleti eredmények is arra ösztönöznek bennünket, hogy derítsük fel ezt az érdekes jelenséget, ami egy közvetlen képet adhat az atommagok harmadik völgybeli (hiperdeformált) alakjáról.

Kapcsolódó ATOMKI Annual Report cikkek: 2007(2.12, 2.13); 2006 (2.14, 2.15); 2005(2.19, 2.20); 2004(2.10)

Ez az oldal még szerkesztés alatt áll, kérjük használja az angol verziót! Köszönjük!

Ez az oldal még szerkesztés alatt áll, kérjük használja az angol verziót! Köszönjük!

Ez az oldal még szerkesztés alatt áll, kérjük használja az angol verziót! Köszönjük!

Az atommag királis forgása. egy nemrég felfedezett különleges mozgásforma ami normáldeformált atommagokban jelentkezik, és a forgó atommag valamint a valencianukleonok kölcsönhatása miatt lép fel. Ha egy háromtengelyűen deformált páratlan-páratlan atommag egyik páratlan nukleonja a valenciahéj alján lévő egyrészecske-állapotban van (részecske típusú), akkor energetikailag az a kedvező helyzet, ha impulzusmomentuma a deformált mag kistengelyének irányába áll be. Hasonlóan, ha a másik páratlan nukleon pedig a valenciahéj tetején lévő egyrészecske-állapotban van (lyuk típusú), akkor ennek az impulzusmomentuma a nagytengely irányába áll be. A magtörzs forgásának impulzusmomentuma pedig energetikailag kedvező helyzetben a közepes tengely irányába mutat, mivel erre a tengelyre a legnagyobb a mag tehetetlenségi nyomatéka (a rotációmentes-folyadék modell szerint).

A három egymásra merőleges impulzusmomentumvektor jobb illetve balsodrású elrendeződése két, energetikailag megegyező állapotot eredményez az atommaggal együttforgó vonatkoztatási rendszerben, amelyek egymásnak királis párjai. Kísérletileg ilyenkor egy majdnem degenerált dipól forgási sávpárt (dublett sávszerkezetet) várhatunk, amelyben mindegyik dipól sávhoz ugyanazon belső egyrészecske-konfiguráció tartozik. Az elméleti előrejelzések után az A~130 és az A~100 magtartományban számos ilyen sávpárt sikerült kísérletileg is kimutatni, azonban annak az egyértelmű kísérleti bizonyítása, hogy ezek királis forgáshoz tartoznak nem könnyű. Napjainkban intenzív kísérleti és elméleti kutatások folynak a királis forgás egyértemű kimutatására és tulajdonságainak vizsgálatára, valamint új forgási sávpárok keresésére és az észlelt sávpárok megjelenésének értelmezésére.

Kapcsolódó ATOMKI Annual Report cikkek: 2007 (2.6, 2.7, 2.10); 2006 (2.9); 2005 (2.15); 2004 (2.13, 2.16); 2003 (2.8)

Ez az oldal még szerkesztés alatt áll, kérjük használja az angol verziót! Köszönjük!