В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Ибадуллаева Дастана Алишерұлы на тему «Исследование реакций 242Pu + 48Ca и 238U + 48Ca на Фабрике Сверхтяжёлых элементов ОИЯИ» по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Ядерной физики, новых материалов и технологий» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
- Жолдыбаев Тимур Кадыржанович - кандидат физико-математических наук, ассоциированный профессор, начальник отдела ядерной физики Института ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан (г. Алматы, Республика Казахстан);
- Тараненко Аркадий Владимирович – доктор философии (PhD), доцент, ведущий научный сотрудник кафедры экспериментальных методов ядерной физики (№11) института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ (г. Москва, Российская Федерация).
Временные члены Диссертационного совета:
- Насиров Авазбек Каримович – доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник научного отдела теории атомного ядра Лаборатории теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова ОИЯИ (г. Дубна, Российская Федерация);
- Жаугашева Сауле Аманбаевна – кандидат физико-математических наук, ассоциированный профессор кафедры теоретической и ядерной физики Казахского Национального университета имени Аль-Фараби (г. Алматы, Республика Казахстан);
- Каликулов Оразалы Абилхасимович – доктор философии (PhD), Заведующий лабораторией физики космических лучей Института ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан (г. Алматы, Республика Казахстан).
Научные консультанты:
- Гиниятова Шолпан Гиниятовна – кандидат физико-математических наук, ассоциированный профессор кафедры «Ядерной физики, новых материалов и технологий» в Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева (г. Астана, Республика Казахстан);
- Кутербеков Кайрат Атажанович – доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Ядерной физики, новых материалов и технологий» в Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева (г. Астана, Республика Казахстан);
- Утенков Владимир Климентьевич – доктор физико-математических наук, начальник сектора № 1 Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова ОИЯИ (г. Дубна, Российская Федерация).
Защита состоится: 4 сентября 2025 года 12:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Онлайн трансляция будет производиться на платформе Microsoft Teams.
Ссылка: https://clck.ru/3Mn9cv
Адрес: г. Астана, ул. Сатпаева 2, аудитория 302.
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Ибадуллаева Дастана Алишерұлы на тему «Исследование реакций 242Pu + 48Ca и 238U + 48Ca на Фабрике Сверхтяжёлых элементов ОИЯИ», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе: 8D05305 – «Ядерная физика» Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию реакций ионов 48Ca с мишенями из 244Pu и 238U на новой Фабрике СТЭ ЛЯР ОИЯИ. Актуальность темы исследования. Наиболее важные данные о свойствах ядер можно получить при исследовании их в экстремальных состояниях. Примерами таких ядер являются ядра, удаленные от линии β-стабильности, которые обладают большим избытком нейтронов или протонов, сильно деформированные ядра, ядра с большим угловым моментом и т.д. Изучение радиоактивных свойств сверхтяжёлых ядер с атомными номерами Z > 100, которые содержат наибольшее количество протонов и нейтронов, вызывают сильный интерес. В этих ядрах силы кулоновского отталкивания настолько велики, что только оболочечные эффекты предотвращают их мгновенное деление. Начиная с 40-х годов 20 века, когда были получены первые трансурановые элементы - нептуний и плутоний, синтез новых элементов стал одним из наиболее актуальных направлений исследований в ядерной физике. Эти исследования углубляют наше понимание сильного взаимодействия, которое связывает нуклоны в ядре, и способствуют развитию теоретических моделей атомных ядер. Они также помогают выявлять закономерности изменения свойств ядер в зависимости от нуклонного состава и предсказывать свойства ещё не открытых ядер. Из-за относительно коротких времен жизни эти ядра не существуют в природе, а могут быть только синтезированы искусственным путем – в реакциях слияния стабильных относительно легких ядер, ускоренных приблизительно до 0.1 скорости света, с радиоактивными тяжелыми ядрами, которые могут быть получены в реакторах. Изучение реакций полного слияния этих ядер позволяет глубже понимать механизмы процесса слияния – захват двух ядер, формирование почти сферического составного ядра и последующее выживание этого возбужденного ядра за счет испарения нейтронов. Согласно оболочечной модели, наиболее стабильными являются ядра, имеющие «магическое» число протонов и нейтронов 2, 8, 20, 28, 50, 82, а также 126, 152 и 162 для нейтронов. По различным теоретическим моделям ядра, предсказываются следующие магические оболочки для протонов Z = 114-126 и для нейтронов N = 184. На протяжении полувека различные ядерные модели предсказывали существование так называемого «Острова стабильности» сверхтяжёлых ядер - области ядер вокруг 298Fl. Согласно этим предсказаниям, время жизни таких ядер может быть равным 1000, 100 000 и даже миллионам лет. С 1998 года на протяжении 20 лет в ЛЯР ОИЯИ на газонаполненном сепараторе DGFRS-1 (Dubna Gas-filled Recoil Separator) проводились эксперименты по синтезу СТЯ в реакциях полного слияния ускоренных ионов 48Са с ядрами актинидных мишеней. В результате данных экспериментов в реакциях ионов 48Са с 242,244Pu, 243Am, 245,248Cm, 249Bk, 249Сf были открыты новые сверхтяжелые элементы с Z = 113 – 118. Во всей серии этих экспериментов было установлено, что максимальные сечения имеют реакции, в результате которых синтезируются элементы 114 и 115 (≈ 10 пб, 1 пб = 10–36 см2). Для более тяжёлых ядер сечения уменьшаются до 4.5 пб (Z = 116), 2.5 пб (Z = 117) и 0.5 пб (Z = 118). По расчетам, сделанным в рамках самосогласованных микроскопических моделей, следующей магической протонной оболочкой считается Z = 120, 124 и 126. Дальнейшее использование ионов кальция в качестве налетающего снаряда не позволяет синтезировать элементы тяжелее Og, поскольку не существует в достаточном количестве мишенного материала тяжелее Cf. Для экспериментов по синтезу СТЭ с порядковыми номерами 119 и 120 было предложено использовать пучки ионов 50Ti и 54Cr. Для проведения дальнейших исследований СТЭ в ЛЯР ОИЯИ была введена в эксплуатацию Фабрика СТЭ на базе нового ускорителя тяжелых ионов ДЦ-280. Проектная интенсивность пучка ионов 48Ca составляет 10 pµА (6×1013 ионов в секунду), что в 10 раз больше интенсивности, достигнутой на ускорителе У-400, который использовался в предыдущих экспериментах. Первой экспериментальной установкой Фабрики СТЭ стал новый газонаполненный сепаратор DGFRS-2 с конфигурацией магнитных элементов QDQQD (Q – квадрупольная линза, D – дипольный магнит). В данной диссертационной работе представлены результаты второго и третьего экспериментов на DGFRS-2 с мишенями из 238U и 242Pu. Эти эксперименты, как и предыдущее исследование реакции 243Am + 48Ca, позволили проверить и оптимизировать возможности Фабрики СТЭ по синтезу и изучению новых изотопов известных сверхтяжелых элементов вплоть до Og (Z = 118), а также на более высоком уровне чувствительности приступить к синтезу новых элементов с Z > 118. Благодаря относительно высоким временам жизни изотопов Fl, получаемых в реакции 242Pu + 48Ca, ее планируется использовать для дальнейшего изучения химических свойств элемента Fl. По сравнению с экспериментами по синтезу и изучению свойств распада СТЯ, проводимыми на электромагнитных сепараторах, изучение химических свойств СТЯ имеет трудности, связанные с более длительным временем транспортировки атомов от мишени к детекторам и, соответственно, меньшей эффективностью доставить распадающиеся атомы к детекторам. Для подготовки и проведения таких экспериментов по исследованию элемента Fl необходимо было более точно установить сечение в максимуме функции возбуждения реакции 242Pu(48Ca, 3n), а также свойства распада 287Fl (T1/2 ≈ 0.5 с) и его дочерних ядер. Также для будущих экспериментов по синтезу новых элементов важно было проверить стабильность мишени при повышенной интенсивности пучка ионов. Стабильность мишени проверялась в эксперименте по синтезу 283Cn в реакции 238U + 48Ca. Целью данной диссертационной работы является Более детальное изучение свойств распада изотопов Fl, Cn и их дочерних ядер, образующихся в реакциях полного слияния 242Pu + 48Ca и 238U + 48Ca, а также сечений реакций. Проверка эффективности Фабрики Сверхтяжёлых Элементов ЛЯР ОИЯИ. Проверка стабильности мишени при больших интенсивностях пучка ионов 48Ca. Задачи исследования: Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи: 1.Проверить эффективность нового сепаратора DGFRS-2 в реакциях 242Pu + 48Ca и 238U + 48Ca, проверка цифровой и аналоговой систем набора данных. 2.В реакции 242Pu + 48Ca в 3-4n-испарительных каналах реакции: а) измерение функции возбуждения; б) измерение энергий и времен -распада изотопов 286-287Fl и их дочерних ядер с высокой статистикой; в) вычисление периодов полураспада изотопа 286-287Fl для изучения химических свойств Fl; г) попытка зарегистрировать два состояния 287Fl, ведущих к разным модам распада 279Ds. д) попытка зарегистрировать распад 286Fl на вращательный уровень 282Cn; е) попытка зарегистрировать α-линию 286Fl с энергией 9.6 МэВ. 3.В эксперименте 238U + 48Ca изучить стабильность мишени при высокой интенсивности пучка тяжелых ионов 48Ca до 6.5 pµA. 4.В реакции 238U + 48Ca в 3n-испарительном канале реакции: а) измерение функции возбуждения; б) измерение энергий и времен -распада изотопа 283Cn и его дочерних ядер с высокой статистикой; 5.Для аналоговой электроники написать новую программу для поиска «активных корреляций» для регистрации цепочек распада СТЯ при существенно пониженном фоне и протестировать ее в экспериментах 242Pu + 48Ca и 238U + 48Ca. Объект исследования. Объектами исследования являлись изотопы сверхтяжелых ядер 286Fl, 287Fl, 283Cn и их дочерние ядра; мишени 242Pu и 238U, облученные пучком ионов 48Са высокой интенсивности. Предмет исследования. Предметом исследования являются свойства распада изотопов сверхтяжёлых элементов флеровия (Fl) и коперниция (Cn), а также их дочерних ядер, образующихся в реакциях слияния ядер 48Ca с 242Pu и 238U соответственно. Внимание уделяется изучению функций возбуждения реакций, энергетических спектров, временных распределений, периодов полураспада, а также поиску возможных новых состояний сверхтяжёлых ядер и определению эффективности сепаратора DGFRS-2. Методы исследования. Для выполнения поставленных задач использованы следующие методы исследования: 1.Проведение ядерно-физических экспериментов с использованием ускорителя тяжелых ионов и газонаполненного сепаратора DGFRS-2 на Фабрике сверхтяжёлых элементов Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) ОИЯИ. 2.Применение метода регистрации цепочек распада ядер с использованием цифровой и аналоговой систем набора данных на сепараторе DGFRS-2. 3.Измерение функций возбуждения реакций путём детектирования продуктов реакции. 4.Построение энергетических спектров -частиц и распределений времен распада синтезируемых ядер. 5.Применение метода корреляционных событий для выявления распада сверхтяжёлых ядер. 6.Разработка и тестирование специализированного программного обеспечения для поиска активных корреляций в аналоговой системе регистрации. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Измерены свойства ядер в цепочках распада 286,287Fl и 283Cn с высокой статистикой. В эксперименте 242Pu(48Ca, 3-4n)286,287Fl было зарегистрировано 94 цепочки распада 286,287Fl, что в 3 раза больше, чем во всех предыдущих экспериментах. В эксперименте 238U(48Ca, 3n)283Cn было зарегистрировано 16 цепочек распада 283Cn, в совокупности с результатами опыта 242Pu(48Ca, 3n) 287Fl→283Cn общее число цепочек составило 85. 2. Получены данные, впервые указывающие на возможный распад 286Fl на первый вращательный уровень 2+ изотопа 282Cn. 3. Получены данные, впервые указывающие на возможное существование двух разных α-переходов в цепочках распада, начинающихся с 287Fl и приводящих к α-распаду 279Ds в одном случае и его спонтанном делении в другом. 4. Измерены функции возбуждения реакций 242Pu(48Ca, 3-4n)286,287Fl и 238U(48Ca, 3n)283Cn при энергиях 48Ca 242.5 и 247.5 МэВ в эксперименте с 242Pu и 231.1 и 234.4 МэВ в эксперименте с 238U. В эксперименте с 242 Pu сечение 3n-испарительного канала реакции оказалась в 3 раза больше ранее измеренного значения. 5. Показана высокая стабильность новой мишени – 97 % мишенного вещества сохранилось на подложке в эксперименте 238U(48Ca, 3n)283Cn, в котором впервые была достигнута интенсивность пучка ионов 48Ca равная 6.5 pµA (4·1013 частиц в секунду). Научная новизна. 1. Зарегистрировано 94 цепочки распада изотопов 286,287Fl и 16 цепочек распада 283Cn, что позволило более детально определить свойства распада 8 ранее известных изотопов от 286,287Fl до 267Rf. 2. Измерены функции возбуждения реакций 48Ca + 242Pu и 48Ca + 238U с образованием 286,287Fl и 283Cn на сепараторе DGFRS-2 в интервале энергий возбуждения составных ядер 290Fl – 37.1-44.8 и 286Cn – 30.7-37.1 соответственно. Показано, что сечение реакции 242Pu(48Ca,3n)287Fl в три раза превосходит ранее измеренное значение. 3. Впервые получены данные, указывающие на возможный распад 286Fl на первое вращательное состояние 2+ изотопа 282Cn. 4. Получены новые данные о возможном существовании двух различных состояний у изотопов 287Fl и 283Cn, что подтверждается двумя различными α-переходами в цепочках их распада. 5. Впервые достигнута высокая интенсивность пучка 48Ca (6.5 pµA) в эксперименте на Фабрике сверхтяжёлых элементов; показана устойчивость мишени при облучении пучком ионов высокой интенсивности. Научная и практическая ценность работы. 1. Результаты работы способствуют углублению знаний о структуре и свойствах сверхтяжёлых элементов, особенно флеровия, коперниция, и их дочерних ядер, что имеет фундаментальное значение для ядерной физики сверхтяжёлых элементов. 2. Измерение функции возбуждения реакций позволяет глубже понять механизмы образования ядер в реакциях полного слияния. 3. Полученные данные о периодах полураспада, энергетических спектрах и возможных новых состояниях сверхтяжёлых ядер могут быть использованы для дальнейшего моделирования и предсказания свойств изотопов элементов с более высокими атомными номерами. 4. Результаты измерений сечений образования и радиоактивных свойств ядер могут быть использованы в экспериментах по изучению химических свойств элементов 114, 112, а также исследованиях структуры ядер. 5. Проверка и демонстрация эффективности сепаратора DGFRS-2 и стабильности мишеней при высокой интенсивности пучка имеет практическое значение для улучшения технических возможностей и увеличения эффективности экспериментов на Фабрике сверхтяжёлых элементов ОИЯИ. 6. Написана программа для онлайн поиска коррелированных событий типа ОИ-α для аналоговой электроники сепаратора DGFRS-2. При нахождении данной корреляции программа отключает пучок ускорителя ДЦ-280 на 100 секунд, что обеспечивает регистрацию цепочки распада сверхтяжелого изотопа при крайне низком уровне фона. Личный вклад автора. Результаты, изложенные в диссертации, получены автором совместно с сотрудниками ЛЯР им. Г.Н. Флерова ОИЯИ (Дубна, Российская Федерация) и отражены в совместных публикациях. Личный вклад автора заключается в участии в постановке задач исследования и планировании экспериментов, в проведении комплекса экспериментальных исследований, в обработке экспериментальных результатов, подготовке научных публикаций и выступлений на семинарах и конференциях. Достоверность результатов работы Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается хорошим согласием полученных экспериментальных данных с результатами предыдущих опытов по синтезу 114 и 112 элементов на сепараторах DGFRS-1, GARIS-II, BGS, SHIP. Измеренные функции возбуждения исследованных реакций также хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлялись и докладывались на следующих республиканских и международных конференциях: – LXXII International conference "Nucleus-2022: Fundamental problems and applications", Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia, 2022. Participation with an oral presentation. – IV International Scientific Forum “Nuclear science and technologies”, Almaty, Kazakhstan, 2022. Participation with an oral presentation. – The V International Scientific Forum “Nuclear Science and Technologies”, Almaty, Kazakhstan, 2024. Participation with an oral presentation. Публикации По теме диссертации всего опубликовано 14 работ, из которых 11 статей опубликованы в изданиях с ненулевым импакт-фактором, входящим в базу данных Scopus; 3 статьи – в материалах международных конференций. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованной литературы из 119 наименования. Общий объем работы составляет 80 страниц, в том числе 7 таблиц и 26 рисунков. Во введении показана актуальность работы, дается обзор и постановка проблемы, рассмотренной в настоящей работе, сформулированы цели, новизна полученных результатов, обоснована их научная и практическая ценность. Приведены основные положения, выносимые на защиту, личный вклад автора, апробация и краткое содержание диссертации. Первый раздел диссертации посвящён обзору экспериментальных исследований по синтезу изотопов флеровия (Fl) и коперниция (Cn), а также истории открытия этих элементов. Во втором разделе представлены основные характеристики экспериментальной установки для синтеза и изучения свойств сверхтяжёлых ядер. Подробно описаны конструкция и системы сепаратора DGFRS-2, а также система сбора и обработки экспериментальных данных. Третий раздел включает результаты экспериментов по реакциям 242Pu + 48Ca и 238U + 48Ca. Перечислены параметры мишеней и пучка ионов 48Ca, а также приведены результаты измерений стабильности мишеней в этих экспериментах. В четвёртом разделе представлен анализ энергетических спектров и временных распределений цепочек распада чётно-нечётных изотопов 287Fl и 283Cn. Продемонстрирована зависимость свойств распада изотопов 287Fl, 283Cn и 279Ds от схемы возбужденных уровней. Обсуждается процесс спонтанного деления изотопа 283Cn. Пятый раздел посвящён анализу энергетических спектров и временных распределений цепочек распада чётно-чётного изотопа 286Fl. Рассматривается наблюдение распада на первое вращательное состояние 2+ изотопа 282Cn. В шестом разделе приведены результаты измерений функций возбуждения. Проведено сравнение экспериментальных данных по сечениям образования изотопов 286Fl, 287Fl и 283Cn с теоретическими расчётами. В заключении изложены основные выводы, сделанные на основе выполненных экспериментов и их анализа.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=s_8_VdIFYJw&ab_channel=ENUOFFICIAL
