В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Сайлаубекова Бекзата Сайлаубекұлы на тему «Изучение свойств спонтанного деления трансурановых ядер, получаемых в реакциях с тяжелыми ионами на кинематических сепараторах SHELS и GRAND» 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:
Джансейтов Данияр Маралович – доктор философии (PhD), директор департамента казахстанского содержания Агентства Республики Казахстан по атомной энергии (г. Астана, Республика Казахстан).
Наурузбаев Досбол Кабдрашиевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ЧУ «Nazarbayev University Research Administration» (г. Астана, Республика Казахстан).
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).
Абишев Медеу Ержанович – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедры «Теоретической и ядерной физики» в Казахском национальном университете имени аль-Фараби (г. Алматы, Республика Казахстан).
Курмангалиева Венера Оразхановна – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Теоретической и ядерной физики» в Казахском национальном университете имени аль-Фараби (г. Алматы, Республика Казахстан).
Научные консультанты:
Жумадилов Касым Шаймарданович – доктор философии (PhD), профессор, заведующий кафедры «Ядерной физики, новых материалов и технологий» в Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева (г. Астана, Республика Казахстан).
Свирихин Александр Игоревич – кандидат физико-математических наук, начальник сектора № 2 Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова ОИЯИ, (г. Дубна, Российская Федерация).
Защита состоится: 19 марта 2026 года 12:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по специальности «8D05305 – Ядерная физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.
Ссылка: https://clck.ru/3RadFp
Адрес: г. Астана, ул. Кажымукана, 13, аудитория 309.
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Сайлаубекова Бекзата Сайлаубекұлы на тему «Изучение свойств спонтанного деления трансурановых ядер, получаемых в реакциях с тяжелыми ионами на кинематических сепараторах SHELS и GRAND», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе: «8D05305 –Ядерная физика» Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию свойств спонтанного деления трансурановых ядер, получаемых в реакциях с тяжелыми ионами на сепараторах SHELS и GRAND. Актуальность темы исследования. Деление — это сложный процесс, в ходе которого форма ядра изменяется от начальной сферической или слегка деформированной до гантелеобразной в момент разрыва. Эта сложность и разнообразие сопутствующих явлений открывают возможности для исследования различных характеристик атомных ядер, таких как форма потенциальной поверхности, уровни спектров при значительной деформации и свойства ядер, находящихся вдали от долины β-стабильности и т.д. Деление урана на два примерно равных осколка под воздействием нейтронов было впервые обнаружено в 1939 году немецкими физиками Ганом и Штрасманом. Это открытие вызвало большой интерес среди исследователей и послужило стимулом для дальнейших исследований в данной области. В 1940 году советские физики Г.Н. Флеров и К.А. Петржак выявили спонтанное деление урана. Изучение характеристик спонтанного деления тяжелых ядер с атомным номером Z > 92 является ключом к более глубокому пониманию этого сложного ядерного процесса, поскольку на данный момент не существует единой теории, способной охватить все аспекты деления. В данной области имеется значительный объем экспериментальных данных, включающий исследования парциальных периодов полураспада, а также массовых и энергетических распределений осколков спонтанного деления. Особенно важными являются измерения полной кинетической энергии (TKE) и множественности мгновенных нейтронов, возникающих при спонтанном делении, которые связаны с различными модами деления. Экспериментально полученные значения средних TKE и выходов мгновенных нейтронов, а также их распределения, играют значительную роль в понимании динамики процесса деления и развитии теоретических моделей, описывающих свойства делящихся систем. Например, определение множественности мгновенных нейтронов, зависящих от степени возбуждения осколков, позволяет восстанавливать энергетический баланс реакции. При этом эксперименты, направленные на изучение мгновенных нейтронов спонтанно делящихся изомеров, практически отсутствуют, что подчеркивает актуальность дальнейших исследований в этой области. В последние годы для изучения сечений образования и особенностей деления тяжелых ядер активно используются различные экспериментальные подходы и методы идентификации. Одним из ключевых инструментов синтеза тяжелых и сверхтяжелых элементов стали специализированные установки — сепараторы, обеспечивающие кинематическое разделение ядер отдачи (ЯО) от фоновых продуктов реакций. Принцип их работы основан на пространственном разделении частиц в электромагнитных полях за счет различий в их зарядовых состояниях, энергиях и скоростях, что позволяет отделять (сепарировать) ЯО от бомбардирующих ионов и побочных продуктов. Современные сепараторы оснащаются многопараметрическими детекторными системами в фокальной плоскости, что дает возможность регистрировать редкие события распада ядер с экстремально малыми сечениями образования — вплоть до пикобарна. Такая система открывает новые перспективы для детального исследования свойств спонтанного деления тяжелых изотопов. Более двух десятилетий в ЛЯР ОИЯИ ведутся эксперименты по синтезу и анализу характеристик распада тяжелых спонтанно делящихся ядер. Основу исследований составляют реакции полного слияния, в которых ускоренный многозарядный ион с Z ≤ 24 сталкивается с ядром мишени, которая может быть выполнена из различных химических элементов, от редкоземельных до трансурановых, что приводит к образованию возбужденного составного ядра, которое, снимая возбуждение испусканием легких частиц, превращается в искомое ядро из трансурановой области. Ускорение ионов осуществляется на циклотроне У-400, а разделение продуктов реакций — с помощью кинематических сепараторов DGFRS-1 и SHELS, установленных на пучковой линии. Для расширения возможностей изучения тяжелых и сверхтяжелых элементов (СТЭ), а также повышения эффективности и чувствительности экспериментов, в ЛЯР ОИЯИ была создана специализированная Фабрика СТЭ. Ее ключевым компонентом стал новый циклотрон ДЦ-280, разработанный для создания высокоинтенсивных пучков многозарядных ионов. В последние годы благодаря использованию ускорителя ДЦ-280, обеспечивающего интенсивность пучков 48Ca+10 до 6 частиц·мкА, и сепаратора DGFRS-2 проведены эксперименты с мишенями 238U, 242Pu и 243Am. Эти исследования позволили за рекордно короткие сроки (около месяца) регистрировать до 100 событий распада изотопов СТЭ, что подтверждает высокую эффективность "Фабрики СТЭ" для набора статистики в условиях сверхмалых сечений образования. Эффективное использование газонаполненного кинематического сепаратора DGFRS-2 привело к идее создания универсального газонаполненного сепаратора GRAND, применяющего аналогичную ионно-оптическую схему, в фокальной плоскости которой можно расположить детектирующую систему GABRIELA. Использование мишени с большим диаметром (d = 480 мм) в таких экспериментах позволит значительно увеличить интенсивность пучка и улучшить статистику данных, что, в свою очередь, открывает новые возможности для планирования экспериментов по α-, β-, γ-спектроскопии изотопов и исследованию свойств спонтанного деления тяжелых и сверхтяжелых элементов. В настоящее время, наряду с классическими методами ядерных реакций (фрагментация, деление, слияние), перспективным направлением для изучения экзотических тяжелых и сверхтяжелых ядер являются реакции многонуклонных передач (MNT). Эксперименты на фильтре скоростей SHIP в GSI продемонстрировали, что реакции MNT позволяют синтезировать новые нейтронодефицитные и нейтроноизбыточные изотопы. Использование аналогичных установок, таких как SHELS, может расширить понимание возможностей кинематических сепараторов для исследования MNT-процессов. Цели диссертационной работы: Исследование характеристик распада спонтанно делящихся изомеров, образующихся в реакции MNT 26Mg + 238U на сепараторе SHELS, а также изотопа нобелия, синтезированного в реакции полного слияния 206Pb с тяжелыми ионами 48Ca на сепараторе GRAND. Проверка работоспособности и эффективности нового газонаполненного сепаратора, расположенного на Фабрике СТЭ ЛЯР ОИЯИ. Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: 1) Подготовить к экспериментам на пучках тяжелых ионов новую детектирующую систему SFiNx, расположенную в фокальной плоскости сепаратора SHELS. 2) Провести эксперимент с реакцией MNT 26Mg + 238U на кинематическом сепараторе SHELS с использованием детектирующей системы SFiNx. Идентифицировать спонтанно делящиеся изомеры, образующихся в реакции MNT 26Mg + 238U, исследовать характеристики их деления. 3) Подготовить к экспериментам на пучках тяжелых ионов новый газонаполненный сепаратор GRAND. Провести тестовые эксперименты. 4) Провести эксперимент на действующем газонаполненном сепараторе GRAND с ускоренным пучком ионов 48Ca+10 со средней интенсивностью 4 частиц·мкА и тяжелой мишенью 206Pb (ЛЯР ОИЯИ, Ускоритель ДЦ-280). В ходе эксперимента получить высокую статистику экспериментальных данных, порядка 105 ядер изотопа 252No, необходимую для качественного анализа данных. 5) Обработка и анализ полученных результатов по детальному изучению свойств спонтанного деления изотопа 252No. Объектами исследования являются спонтанно делящиеся изомеры, образующиеся в реакциях MNT, а также изотопы нобелия, синтезированные в реакциях полного слияния с тяжелыми ионами. Предметом исследования являются такие характеристики спонтанно делящихся трансурановых ядер как периоды полураспада, полные кинетические энергии (ТКЕ), множественности мгновенных нейтронов и вероятности (bSF, branching ratio) спонтанного деления по отношению к другим видам распада. Методы исследования. В данной работе применялся метод кинематической сепарации продуктов распада искомых ядер от ионов пучка и фоновых продуктов различных реакций, а также корреляционная обработка экспериментальных данных. Этот подход предполагает поиск взаимосвязей между имплантированным ЯО и продуктами его распада, включая α-частицы и осколки спонтанного деления. Суть метода заключается в регистрации последовательных распадов ЯО в той же точке детектора, где произошла его первоначальная регистрация. Исследования проводились с использованием кинематических сепараторов SHELS и GRAND, которые обеспечивают высокую чувствительность экспериментов с сечениями до пикобарна. Циклотроны У-400 и ДЦ-280 позволяют получать одни из самых интенсивных в мире пучков тяжелых ионов, достигающих до 1013 частиц в секунду. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Подготовлена к экспериментам новая детектирующая система SFiNx, включающая 116 нейтронных 3He-счетчиков, для изучения свойств спонтанного деления трансурановых ядер на модернизированном сепараторе ядер отдачи SHELS. 2. На сепараторе SHELS проведен эксперимент, в котором получены спонтанно делящиеся изомеры в реакциях MNT с тяжелыми ионами 26Mg. Впервые получены данные о выходах мгновенных нейтронов спонтанно делящихся изомеров (средние числа нейтронов в акте деления, дисперсии распределений нейтронов по множественностям и вероятности испускания нейтронов различной кратности). 3. Подготовлен к эксперименту новый газонаполненный сепаратор GRAND, показаны первые экспериментальные результаты. Тестовые эксперименты на сепараторе GRAND подтвердили его работоспособность и оптимизировали ключевые параметры: эффективность транспортировки ядер отдачи достигла 54% для реакции 48Ca + 208Pb → 254No + 2n, оптимальное давление гелия составило 0.7 Торр, а ионно-оптическая схема QvDhQvQhD обеспечила равномерное распределение продуктов в фокальной плоскости. Успешная отработка методик детектирования и транспортировки короткоживущих ядер подтверждает готовность установки для проведения экспериментов по α-, β-, γ-спектроскопии изотопов и исследованию свойств спонтанного деления тяжелых и сверхтяжелых элементов. 4. Проведен эксперимент на сепараторе GRAND, в котором впервые использовалась мишень с большим диаметром (d = 480 мм). Впервые получены данные изотопа 252No с очень большой статистикой (более 100 тыс. событий в день). Успешное применение мишени с 24 сегментами и оптимизированных параметров пучка (энергия 216–219 МэВ, интенсивность до 6 частиц·мкА) продемонстрировало эффективность методики для высокостатистических исследований сверхтяжёлых ядер. Полученные данные существенно уточняют характеристики 252No и служат основой для дальнейшего изучения деления в области трансактиноидов. Научная новизна работы. Впервые получены существующие спонтанно делящиеся изомеры в реакции MNT 26Mg+238U. Впервые получены данные о выходах мгновенных нейтронов спонтанно делящихся изомеров (средние числа нейтронов в акте деления, дисперсии распределений нейтронов по множественностям и вероятности испускания нейтронов различной кратности). Проведены первые тестовые эксперименты на новом универсальном газонаполненном сепараторе GRAND, который позволяет проводить эксперименты по α-, β- и γ-спектроскопии изотопов, а также исследовать химические свойства тяжёлых и сверхтяжёлых элементов. Представлены первые экспериментальные результаты, полученные на этой установке В экспериментах по изучению свойств деления 252No, впервые были использованы мишени с болшим диаметром (d = 480 мм). Впервые получены данные изотопа 252No с очень большой статистикой (более 100 тыс. событий в день). Научная и практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований имеют высокую научную и практическую ценность. Практическая значимость полученных экспериментальных данных множественности мгновенных нейтронов определяется прежде всего их использованием для совершенствования теории деления атомных ядер и для пополнения баз ядерных данных. При этом развитые в работе инструментальные методы могут успешно применяться и для экспериментального изучения свойств спонтанного деления сверхтяжёлых элементов синтезируемых на ускорителях тяжёлых ионов. Личный вклад автора. Результаты, изложенные в диссертации, получены автором совместно с сотрудниками ЛЯР им. Г.Н. Флерова ОИЯИ (Дубна, Российская Федерация), а именно сектора №2 Реакции образования и структура тяжелых ядер. Автор принимал активное участие в создании новой детектирующей системы SFiNx, кинематического сепаратора ЯО GRAND. Производил расчёты потерь энергий, настроек сепараторов, участвовал в разработке детектирующей системы и её изготовлении. Принимал деятельное участие в каждом из описываемых экспериментов, в частности, калибровал, анализировал и обработал данные этих экспериментов. Достоверность результатов работы. Правильность проведенных экспериментальных исследований и достоверность полученных результатов в диссертационной работе обосновываются использованием хорошо известных и освоенных методов. Полученные экспериментальные результаты хорошо анализировались и согласуются с работами других исследователей в этой области. Основные результаты диссертации опубликованы в рецензируемых международных научных журналах и представлены в материалах ведущих международных конференций по ядерной физике. 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 9 работ, из которых 5 статей опубликованы в изданиях с ненулевым импакт-фактором, входящим в базу данных Scopus; 1 статья - в журналах, входящих в перечень, рекомендуемый Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования МНВО РК; 3 статьи – в материалах международных конференций. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 разделов, заключения и списка использованных источников из 108 наименований. Общий объем работы составляет 72 страницы, в том числе 8 таблиц, 41 рисунков и 2 приложения. Во введении показана актуальность, 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. В первом разделе диссертации приводится краткое описание механизма и основных характеристик спонтанного деления атомных ядер, включая систематику экспериментально измеренных параметров этого процесса, а также дается краткое описание спонтанно делящихся изомеров. Во втором разделе диссертации кратко описываются характеристики кинематических сепараторов SHELS (модернизированный сепаратор ВАСИЛИСА) и GRAND, а также приводится развёрнутое описание детектирующих систем GABRIELA и SFiNx, которые использовались в экспериментах, описанных в данной работе. В третьем разделе представлены основные результаты экспериментов по изучению свойств спонтанно делящихся изомеров, полученные в реакции MNT 26Mg+238U на сепараторе SHELS. Также приведены результаты тестовых экспериментов и исследования спонтанного деления 252No, синтезированного в реакции полного слияния 206Pb с тяжелыми ионами 48Ca на сепараторе GRAND. 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=VxuO_0u0oqc
