ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМ. В.Н. КАРАЗІНА

КУПЛЕННІКОВ ЕДУАРД ЛЕОНІДОВИЧ

УДК 539.17

НЕПРУЖНЕ РОЗСІЯННЯ ЕЛЕКТРОНІВ З ЕНЕРГІЄЮ ДО 2 ГеВ

НА ЯДРАХ 2Н, 3Не, 4Не, 9Ве, 12С

01.04.16 – фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук

Харків – 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному Науковому Центрі “Харківський фізико-технічний інститут”.

Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор

Ранюк Юрій Миколайович,

Національний науковий центр “Харківський

фізико-технічний інститут”,

начальник лабораторії

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Бережной Юрій Анатолійович,

Харківський національний університет

ім. В.Н. Каразіна, завідувач кафедри

теоретичної ядерної фізики

доктор фізико-математичних наук, професор

Токаревський Володимир Васильович,

Держ. спец. підприємство “Техноцентр”, м. Київ,

Генеральний директор

доктор фізико-математичних наук, ст. н. с.

Кібкало Юрій Васильович,

Інститут ядерних досліджень НАН України,

м. Київ, завідувач відділу поляризаційних процесів

Провідна установа: Інститут теоретичної фізики НАН України,

відділ теорії ядра і квантової теорії поля

Захист відбудеться “6” вересня 2002 року о 15-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.12 в Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна за адресою: 61108, м. Харків, пр. Курчатова 31, читальний зал бібліотеки № 5.

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, м. Свободи 4.

Автореферат розіслано “21” червня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _____________________ Письменецький С.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вивчення процесів непружного розсіяння релятивістських електронів на атомних ядрах є важливим методом, за допомогою якого може бути розв’язано багато задач фізики ядра і елементарних частинок: 1) вивчено значення різних механізмів реакції; 2) перевірено моделі ядер; 3) знайдено відомості про нуклон-нуклонну і нуклон-ядерну взаємодії; 4) досліджено структуру хвильових функцій; 5) з’ясовано значення ненуклонних ступенів свободи в ядрах. Дослідження важливі для експериментального вивчення процесу квазивільного розсіяння електронів, електронародження та розпаду нуклонних резонансів, ефектів антисиметризації кінцевих ядерних станів у непружній (е, е)- реакції, значення двочастинкових механізмів емісії нуклонів і т. д. Розсіяння електронів на ядерних мішенях - це найбільш прямий шлях до вивчення одночастинкових і, особливо, глибоко лежачих станів ядра. Систематичні експериментальні дані для широкого кола ядер та кінематичних умов вимірювань дають принципову можливість здобути інформацію про значення взаємодії в кінцевому стані (ВКС), парні та багаточастинкові динамічні короткодіючі кореляції (КДК), обмінні та нелокальні властивості NN- взаємодії і т. д. У чисто теоретичному плані цей метод має ту перевагу, що дає змогу розглядати процеси на основі теорії збурень по константі електромагнітної взаємодії.

Особливо важливі результати можна здобути при дослідженні електромагнітної взаємодії малонуклонних систем. Ядрам, які складаються з невеликого числа нуклонів, у останній час приділяється значна увага. Це пов’язано з тим, що мале число нуклонів спрощує експериментальні дослідження та аналіз здобутих результатів, дає змогу здобути найбільш повну інформацію про досліджувані процеси, збільшує надійність і точність результатів. За останні роки помітний інтерес спостерігається до трьох- та чотирьохнуклонних атомних ядер. За допомогою цих ядер вже можна з успіхом вивчати властивості багаточастинкових сил. Увага до цих ядер особливо збільшилася після того, як Фаддєєвим, Якубовським, Акаіші та іншими був розвинений підхід до точного розв’язання задачі трьох і чотирьох тіл.

До початку проведення, описаних у дисертаційній роботі досліджень процесу взаємодії релятивістських електронів з найлегшими та легкими атомними ядрами, в різних наукових центрах вже був накопичений певний експериментальний матеріал. У більшості то були окремі інклюзивні спектри розсіяних електронів, які були здобуті при достатньо низьких початкових енергіях електронів Еi  ,500 ГеВ у обмеженому діапазоні переданих імпульсів та енергій. Відчувався гострий недолік систематичних експериментальних даних як з інклюзивного (е, е)-, так і ексклюзивного (е, ер)- розсіяння електронів на ядерних мішенях.

Усе вищезгадане обумовило актуальність проведення комплексних досліджень непружного розсіяння релятивістських електронів на ядерних мішенях для широкого кола ядер та кінематичних умов вимірювань, із застосуванням нових експериментальних методик, всебічного аналізу та інтерпретації даних.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрямок досліджень знаходиться в рамках виконання фундаментальних науково-дослідних робіт. Наукові результати, які стали основою дисертаційної роботи, здобуті при виконанні планових бюджетних тем Національного наукового центру “Харківський фізико-технічний інститут“ (ННЦ ХФТІ). “Програми робіт з атомної науки і техніки ННЦ ХФТІ до 2000 року”, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 20.07.93 № ; проекту, який підтримувався Державним Фондом Фундаментальних Досліджень України (Договір № Ф5/1777-98. Проект № 2.5.1/5. Шифр “Дельта-резонанс”); теми 06/33 “Фундаментальні дослідження процесів при проміжних та високих енергіях”, де здобувач був відповідальним виконавцем.

Мета і задачі дослідження. Основною метою дисертаційної роботи є: 1. Вивчення диференціального перерізу та закономірностей його зміни залежно від кінематичних умов вимірювань. 2. З’ясування причин появи закономірностей, які спостерігаються в непружному розсіянні релятивістських електронів на ядрах і нуклонах. 3. Перевірка застосовності сучасних ядерних моделей для відтворення експериментального перерізу та розподілу протонів у ядрах за імпульсами в максимально можливому діапазоні початкових енергій, кутів розсіяння, переданих імпульсів та енергій. 4. Дослідження чутливості диференціального перерізу до ефектів залишкової взаємодії, принципу Паулі, обмінних та нелокальних властивостей NN- взаємодії, короткодіючих NN- кореляцій і т. д. Для досягнення цієї мети в дисертаційній роботі розв’язано низку задач, пов’язаних з різними аспектами взаємодії електронів з найлегшими та легкими атомними ядрами.

Головна задача полягала в здобуванні, накопиченні, систематизації, узагальненні та всебічному аналізі експериментальних даних з розсіяння електронів на ядрах А  – в області квазивільного піку (КВП), піку електронародження піонів (ПЕП) та проміжній, так званій dip- області між КВП та ПЕП, у широкому діапазоні кінематичних умов вимірювань; здобуванні інформації по цілій низці важливих проблем ядерної фізики.

Об’єкт дослідження – процеси взаємодії релятивістських електронів з найлегшими та легкими ядрами при проміжних енергіях.

Предмет дослідження – диференціальний переріз, закономірності та особливості його поведінки від кінематичних умов вимірювань, які спостерігаються в енергетичних спектрах та кутових розподілах продуктів реакції при взаємодії релятивістських електронів з ядрами.

Методи дослідження – для проведення експериментальних досліджень на виході лінійного прискорювача електронів з енергією до 2 ГеВ (ЛПЕ-2 ГеВ) використовувалося спеціалізоване обладнання, яке розроблялося для вивчення електромагнітної взаємодії ядер та нуклонів. Реєстрація розсіяних електронів і протонів емісії проводилась за допомогою ефективної реєструючої апаратури. Інтенсивність потоку електронів вимірювалась монітором вторинної емісії на -електронах, який гарантував високу точність вимірювань. У кожній серії досліджень проводилося калібрування експериментального обладнання та детектуючої апаратури, здійснювався постійний контроль за початковою енергією прискорювача, тривалістю імпульсу, якістю пучка на мішені і т. д. Все це дозволило здобути наведені в дисертації нові, систематичні експериментальні дані, а всебічний аналіз диференціального перерізу і порівняння даних з низкою теоретичних розрахунків дало можливість зробити висновки про фізику явищ, що спостерігаються.

Наукова новизна здобутих результатів. Наведено нові систематичні дані з розсіяння релятивістських електронів на атомних ядрах 2Н, 3Не, 4Не, 9Ве і 12С. Більшу частину енергетичних спектрів і кутових розподілів протонів емісії здобуто або вперше, або у малодосліджених кінематичних умовах вимірювань. Дані перекривають та доповнюють результати раніше проведених експериментів.

Уперше здобуто експериментальну залежність зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння для ядра 3Не в інтервалі переданих 3-імпульсів 1,6 –  Фм-1. Доведено, що зі зміною переданого імпульсу від  ,4 до 1,8 Фм-1 величина (q) зменшується від  ,7 МеВ до мінімального значення  ,8 МеВ. У діапазоні 1,8    Фм-1 зсув поступово зростає до   МеВ. Результати досліджень порівнюються з розрахунками на основі лоренц-калібровочно-інваріантного підходу для реалістичного потенціалу Урбана.

Уперше досліджено експериментальну залежність зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння для ядра 4Не в області переданих 3- імпульсів   –  Фм-1. Знайдено, що зі зміною переданого імпульсу від  до 1,8 Фм-1 величина (q) зменшується від   МеВ до мінімального значення   МеВ. У діапазоні 1,8    Фм-1 зсув поступово зростає до   МеВ. Досліджувана залежність не може бути відтворена за рахунок введення енергії відділення нуклонів з s- оболонки ядра 4Не і не передрікає насичення для великих імпульсів. Виявлено, що спостережувана залежність може бути пов’язана з обмінними і нелокальними властивостями NN-взаємодії та поведінкою хвильової функції основного стану ядра на малих відстанях.

Уперше детально вивчено залежність зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN-розсіяння для ядра 9Ве в інтервалі переданих 3- імпульсів   – ,6 Фм-1. Доведено, що зі зміною

переданого імпульсу від  до 1,5 Фм-1 величина (q) зменшується від   МеВ до мінімального значення   МеВ. У діапазоні 1,5   ,6 Фм-1 зсув поступово зростає до   МеВ. Досліджувана залежність не може бути відтворена за рахунок введення енергії відділення нуклонів з s- і р- оболонки ядра 9Ве і не передрікає насичення для великих імпульсів. Виявлено, що релятивістська - модель ядра добре описує (q)- залежність для імпульсів q  ,5 Фм-1.

Уперше на прикладі (q)- залежності для ядра 12С доведено, що експериментальні величини (q) для близьких значень імпульсу в межах похибок вимірювань не залежать від кута реєстрації розсіяних електронів. Уперше наголошено про наявність мінімуму в досліджуваній залежності для ядра вуглецю.

Уперше знайдено експериментальну залежність від переданого 3- імпульсу зсуву L,Т(q) розташування максимумів подовжньої та поперечної частин перерізу 12С(е, е)- реакції стосовно піку пружного eN- розсіяння. З’ясовано, що зі зміною переданого імпульсу від 1 до 1,3 Фм-1 величина L(q) зменшується від  до мінімального значення   МеВ. Із зростанням імпульсу в інтервалі 1,3 q 2 Фм-1 зсув L(q)- поступово збільшується до   МеВ і при подальшому зростанні q досліджувана залежність виходить на плато   МеВ. На відміну від L(q), зсув Т(q) не передрікає аномалій і повільно росте від  до   МеВ в області 1   ,8 Фм-1. Здобуті дані зрівнюються з розрахунками, в яких досліджувані зсуви обумовлені обмінним та нелокальним характером NN- взаємодії, а також з розрахунками на основі релятивістської -- моделі.

Уперше енергетичні спектри з інклюзивного розсіяння електронів в області (1232)- резонансу на ядрах 1Н, 2Н, 4Не виміряні в інтервалі малих переданих 4- імпульсів 0,025 2  ,086ГеВ/c)2. Експериментальні дані знайдено для початкової енергії електронів 0,9 – ,4 ГеВ і постійного кута розсіяння е 0. Диференціальний переріз враховує радіаційні ефекти. Вимірювання доповнили та розширили кінематичну область попередніх досліджень у бік малих імпульсів.

Уперше з аналізу диференціального перерізу розсіяння електронів на ядрі 3Не з реєстрацією (ер)- співпадань, який було здобуто для початкової енергії електронів 0,806 і 0,643 ГеВ, надійно виділено кутові розподіли протонів для двочастинкового 3Не(е, е'р)d та тричастинкового 3Не(е, е'р)np електророзщеплення ядра 3Не. Аналіз даних проведено з використанням низки моделей ядра. Знайдено високу чутливість перерізу до вибору хвильової функції основного стану ядра 3Не.

Уперше розподіл протонів за імпульсами в ядрі 4Не виміряно до значень  ,300 ГеВ/с. Виявлено, що в досліджуваному діапазоні імпульсів 0,021 – ,296 ГеВ/с парні та багаточастинкові динамічні КДК не мають суттєвого значення.

Практичне значення здобутих результатів. Систематичні експериментальні дані з розсіяння релятивістських електронів з енергією до 1,4 ГеВ на найлегших та легких атомних ядрах є важливим матеріалом для перевірки теорії. Вони можуть бути використані для подальшого аналізу широкої низки явищ, які спостерігаються при взаємодії електронів високої енергії з атомними ядрами і нуклонами, знаходження з цього аналізу додаткової інформації про механізми реакції, структуру ядра, нуклон-нуклонну та нуклон-ядерну взаємодію і т. д. Дані стимулюють розвиток нових моделей ядра.

Здобуті в дисертаційній роботі наукові результати можуть бути застосовані для подальшого планування експериментальних досліджень різноманітних ефектів у електрон-ядерних процесах за участю широкої низки стабільних та радіоактивних ядер в області проміжних енергій. Досвід успішного застосування експериментальних методик для вивчення взаємодії високоенергетичних електронів з ядерними мішенями в умовах великого радіаційного фону лінійного прискорювача ННЦ ХФТІ з енергією до 2 ГеВ може бути використаний в інших наукових центрах, які розв’язують аналогічні задачі.

Особистий внесок здобувача. У роботі [1] дисертант був ініціатором проведення досліджень інклюзивного розсіяння електронів на ядрі 3Не. Здобуто диференціальний переріз у області квазивільного піку і проміжній області в інтервалі імпульсів 350 –550 МеВ/с, проведено аналіз даних, написано текст статті. В роботі [2] дисертантом з аналізу 3Не(е, ер)- реакції, яка була досліджена для початкової енергії електронів 1,200 ГеВ, знайдено розподіл протонів у ядрі 3Не за імпульсами до значень 160 МеВ/с, проведено порівняння розподілу з розрахунками на основі оболонкової моделі ядра з потенціалом гармонічного осцилятора (ОМГО). У роботі [3, , 9] дисертантом знайдено абсолютний диференціальний переріз 12С(е, е)-реакції в області КВП і dip- області для початкової енергії електронів 0,546 –0,664 ГеВ у діапазоні кутів розсіяння 25  е  0, виконано розрахунки внеску в 12С(е, е')- переріз двочастинкових процесів (е, еd) і (е, еNN) за рахунок прямого кореляційного механізму, проведено аналіз результатів. У роботі [4] дисертантом здобуто залежність диференціального перерізу 3Не(е, ер)- реакції, виміряного для початкової енергії електронів 0,806 і 0,643 ГеВ, від кута реєстрації протонів у інтервалі 47,5  р  ,50 і 54  р  0 відповідно; виділено двочастинковий канал 3Не(е, ер)d електророз-щеплення ядра 3Не. У роботі [6] дисертант досліджував можливість використання генератора ко-ротких імпульсів для перевірки та калібрування сцинтиляційних лічильників. У роботі [7] здобу-вачем проведено порівнювальний аналіз імпульсних розподілів, здобутих для енергії електронів 0,974 і 1,186 ГеВ та імпульсів реєстрованого протону 0,317 і 0,680 ГеВ/с. У роботі [8] дисертантом введено радіаційні поправки у диференціальний переріз 3Не(е, ер)- реакції, який було виміряно

для початкової енергії електронів 0,806 і 0,643 ГеВ та кутів реєстрації протонів у діапазоні 47,5  р  ,50 і 54  р  0, виділено дво- та тричастинковий канал електророзщеплення ядра 3Не. У роботі [10] здобувачем з аналізу диференціального перерізу 12С(е, е')- реакції отримано q-залежність зсуву розташування максимуму КВП на ядрі вуглецю стосовно піку пружного еN- розсіяння в діапазоні переданих імпульсів 0,150 – ,650 ГеВ/с, у досліджуваній залежності при q  ,270 ГеВ/с виявлено мінімум; виконано розрахунки на основі наближення малого часу взаємодії (НЧВ). У роботі [11] дисертантом з аналізу абсолютного диференціального перерізу 4Не(е, е')- реакції знайдено q- залежність зсуву розташування максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння в області імпульсів 0,200 – ,600 ГеВ/с, у досліджуваній залежності для q  ,400 ГеВ/с виявлено мінімум, проведено аналіз здобутих результатів. У роботі [12] здобувачем з аналізу експериментальних даних на ядрі 12С і 40Са знайдено q- залежності зсуву розташування максимуму подовжньої L(q) і поперечної T(q) частин (е, е')- перерізу стосовно піку пружного eN-розсіяння в інтервалі імпульсів 0,250 –0,550 ГеВ/с, доведено, що L(q)-і T(q)- залежності якісно відрізняються одна від одної; виконано розрахунки в НЧВ, зроблено аналіз здобутих результатів. У роботі [13] дисертантом з аналізу абсолютного диференціального перерізу 9Ве(е, е)- реакції знайдено q- залежність зсуву розташування максимуму КВП на ядрі 9Ве стосовно піку пружного eN-розсіяння для переданих імпульсів 1  Фм-1; у досліджуваній залежності при q  ,5 Фм-1 виявлено мінімум, проведено аналіз здобутих результатів, зроблено висновки, написано текст статті. У роботі [14] здобувачем проведено порівняння квазивільного перерізу 4Не(е, е')- реакції для початкової енергії електронів 0,988 і 1,180 ГеВ і кута розсіяння е 0 з розрахунками на основі ОМГО та з імпульсним АТМS- розподілом для потенціалу Рейда з м’яким кором (РМК); доведено, що врахування динамічних нуклон-нуклонних кореляцій призводить до зменшення ширини КВП, росту (е, е)- перерізу в максимумі та області низько- та високоенергетичних хвостів КВП. У роботі [15] дисертантом знайдено q-залежність зсуву розташування максимуму КВП на ядрі 4Не стосовно піку пружного eN-розсіяння в інтервалі переданих імпульсів 1   Фм-1, проведено порівняння даних з аналогічними результатами інших дослідників, виконано розрахунки на основі ОМГО та НЧВ з NN- потенціалом РМК і різними кореляційними факторами. У роботі [16] здобувачем проведено аналіз диференціального перерізу 9Be(е, е)- реакції, виміряного в області КВП і dip- області для початкової енергії електронів 0,818 ГеВ і кутів розсіяння 14  е  0; здобуто q- залежність зсуву розташування максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння в діапазоні переданих імпульсів 1 –3,6 Фм-1, проведе-но порівняння даних з розрахунками на основі ОМГО, релятивістської моделі Фермі-газу та - моделі; доведено, що імовірною причиною появи у (q)- залежності мінімуму є кореляції Паулі в

ядрі 9Be. У роботі [17] дисертантом проведено порівняння диференціального перерізу 4Не(е, е)- реакції, виміряного в області КВП і dip- області в інтервалі переданих імпульсів 3  Фм-1 з розрахунками на основі низки моделей ядра, досліджено різні версії Y- скейлінгу. У роботі [18] здобувачем досліджено абсолютний диференціальний переріз 2Н(е, е) і 12С(е, е)- реакції в області (1232)-резонансу для початкової енергії електронів 0,813 – 1,197 ГеВ і кута розсіяння е 0, здобуто залежність еквівалентного перерізу поглинання фотону на нуклон від еквівалентної енергії фотону в діапазоні  ,150 –0,590 ГеВ для ядер 2Н і 12С, зроблено висновки, написано текст статті. У роботі [19] здобувачем досліджено внесок двочастинкового каналу електродезінтеграції в повний 3Не(е, е')- переріз; доведено, що в досліджуваному кінематичному діапазоні внесок двочастинкового каналу домінує в диференціальному перерізі і дорівнює приблизно 70%, зроблено висновки, написано текст статті. У роботі [20] дисертантом проаналізовано інклюзивний диференціальний переріз на ядрі 4Не в області (1232)- резонансу, здобуто залежність інваріантної маси в максимумі ПЕП від квадрата переданого 4- імпульсу в інтервалі 0,025 2  ,225 (ГеВ/с)2; проведено порівняння з даними інших авторів, а також з розрахунками на основі ОМГО; проведено аналіз здобутих результатів, зроблено висновки, написано текст статті. У роботі [24] здобувач був ініціатором досліджень інклюзивного квазивільного перерізу розсіяння електронів на ядрі дейтерію; проаналізував здобуті дані, написав текст статті. У роботі [26] дисертантом досліджено причини, які призводять до погіршення властивостей магнітного поля спектрометрів СП-103 і СП-02. У роботі [27] здобувачем на пучку електронів лінійного прискорювача електронів з енергією до 2 ГеВ досліджено залежність фокусуючих властивостей магнітних спектрометрів СП-103 і СП-02 від імпульсу електронів у діапазоні енергій 0,100 – 1,200 ГеВ.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, які викладені в дисертаційній роботі, доповідались на міжнародних конференціях, нарадах та семінарах: тези 28 Наради з ядерної спектроскопії та структури ядра (1978 р., Алма-Ата), Abstracts of the International Conference on Nuclear Physics with Electromagnetic Interactions (1979 р., Mainz), тези 29 Наради з ядерної спектроскопії та структури ядра (1979 р., Ріга), тези 13 Наради з теорії квантових систем (1981 р., Тбілісі), Proceedings of the International Conference Particle and Nuclei (1984 р., Geldelberg), тези 16 Наради з фізики взаємодії частинок з кристалами (1986 р., Москва), Research Summaries of the Gordon Research Conference on Photonuclear Reactions (1990 р., Tilton), Proceedings of the International Workshop on Electromagnetic Interactions of Hadrons and Nuclei at Intermediate Energies (1990 р., Nor Amberd), Proceedings of the 8th Seminar on Electromagnetic Interactions of Nuclei at Low and Medium Energies (1991 р., Москва), тези 49 Наради з ядерної спектроскопії та структури ядра (1999 р., Дубна).

Публікації. Матеріали за темою дисертації опубліковано в 25 наукових статтях і 2-х препринтах. Список праць наведено наприкінці автореферату. 14 публікацій оприлюднено в матеріалах і тезах міжнародних конференцій.

Структура дисертації. Дисертаційна робота містить вступ, сім розділів основного тексту з 55 рисунками і 18 таблицями, висновки і список використаних літературних джерел з 151 найменування. Повний обсяг роботи становить 290 сторінок; обсяг, що займають рисунки і таблиці, розташовані на всій площі сторінки, становить 2 сторінки; список використаних джерел міститься на 14 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено сутність і стан наукової проблеми, яка розв’язувалась при виконанні цієї роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі досліджень, визначено зв’язок роботи з науковими програмами і темами, розкрито наукову новизну і практичне значення здобутих результатів, відображено особистий внесок здобувача в опубліковані разом із співавторами наукові праці, подано апробацію результатів дисертації, вказано структуру і обсяг дисертаційної роботи. Стисло викладено зміст роботи за розділами.

У першому розділі розглянуто експериментальне обладнання, яке використовувалося для дослідження електромагнітної структури ядер і нуклонів за допомогою релятивістських електронів лінійного прискорювача Національного наукового центру “Харківський фізико-технічний інститут” з енергією до 2 ГеВ. Блок-схему унікальної установки на виході прискорювача наведено на рис. 1.

У підрозділі 1.1 описано камеру розсіяння (КР) і ядерні мішені, які використовувались у експериментах. При проведенні вимірювань електрони лінійного прискорювача ННЦ ХФТІ з енергією до 2 ГеВ після паралельного переносу та фокусування потрапляли в КР, де розміщувались низькотемпературні або тверді мішені. КР являла собою циліндричний резервуар діаметром 800 мм, заввишки 340 мм, встановлений на центральній опорі, навколо якої обертались два магнітних спектрометри. Електрони потрапляли всередину камери крізь 40 мм кругове вікно закрите мідною фольгою завтовшки 0,05 мм. Вторинні частинки з мішені крізь це ж вікно потрапляли в магнітний спектрометр СП-103 або безпосередньо в спектрометр СП-02, який мав вакуумний зв’язок з КР. У верхній частині КР були встановлені лімби, які давали змогу дистанційно виставити відповідний кут повороту спектрометра за допомогою промислової телевізійної установки.

Рис. . Експериментальне обладнання на виході ЛПЕ-2 ГеВ. 1-електронопровід; 2, 5- поворотні магніти; 3- квадрупольні лінзи; 4-коліматор; 6- радіаційний захист із свинцю і парафіну; 7- лічильники частинок; 8, 11- магнітні спектрометри СП-02 і СП-103 відповідно; 9- камера розсіяння; 10- ядерні мішені; 12- радіаційний захист із бетону; 13- могильник.

Кріогенна мішень являла собою низькотемпературний кріостат з трьома робочими апендиксами, які розміщувались в одній площині під кутом 1200. Один з апендиксів завжди був порожній і використовувався для вимірювання фону, другий заповнювався рідким воднем, а третій - рідким дейтерієм або одним з ізотопів гелію. Потрібний апендикс встановлювався на пучок дистанційно. Тверді мішені виготовлялися з хімічно чистих речовин, які являли собою природну суміш ізотопів кожного елементу. Поправки, які враховують присутність домішок у твердих мішенях, не враховувались через мализну останніх.

У підрозділі 1.2 подано робочі характеристики широкозахватних магнітних спектрометрів. В експериментах використовувалися два магнітні спектрометри СП-103 і СП-02 секторного типу з однорідним полем і подвійним фокусуванням. Вони були розміщені на платформах, які оберталися навколо осі, що проходила крізь центр мішені і була перпендикулярна до площини розсіяння. Світлосила спектрометрів змінювалася за рахунок використання різних вхідних коліматорів. Кут повороту спектрометра вимірювався між напрямком первинного пучка і центральної траєкторії спектрометру. Точність встановлення кута дорівнювала  . Кожний із спектрометрів мав радіаційний захист, який був зроблений з 300 мм свинцю та 350 мм парафіну. Радіаційний захист розміщувався на платформах, де були змонтовані широкозахватні магнітні спектрометри.

У підрозділі 1.3 наведено системи реєстрації вторинних електронів і протонів емісії. В даній роботі для реєстрації розсіяних електронів та протонів віддачі використовувались телескопи лічильників. У залежності від вимог експерименту окремими елементами телескопів були одно- та багатоканальні сцинтиляційні детектори, багатодротові пропорційні камери, різні типи черенковських лічильників повного поглинання, пороговий газовий черенковський лічильник. Викладено принцип роботи і характеристики час-амплітудного конвертора. Реєстраційна апаратура являла собою набір лічильників частинок, інтегральних дискримінаторів, ліній затримки, лінійних розгалуджувачів, швидких схем співпадань, лічильних схем, систем контролю та перевірки.

У підрозділі 1.4 розглянуто принцип дії і параметри монітора вторинної емісії на - електронах, за допомогою якого вимірювалася інтенсивність потоку електронів. Прилад був розміщений всередині камери розсіяння. Робочий діапазон вимірюваних струмів становив 810-9 - 710-7 ампер. Точність вимірювань потоку електронів була не гірше 0,5%. Монітор калібрувався за допомогою циліндра Фарадея, який призначався для абсолютних вимірювань інтенсивності пучка електронів і був розрахований на поглинання 99,98% зарядженого компонента зливи від електронів з енергією 2 ГеВ.

У підрозділі 1.5 викладено основні параметри функціональних модулів, які використовувалися в експериментальних дослідженнях.

У підрозділі 1.6 описано систему експрес-перевірки амплітудних та часових характеристик телескопів сцинтиляційних лічильників, призначених для реєстрації електронів і протонів при квазипружному розсіянні релятивістських електронів на ядерних мішенях.

У другому розділі розглянуто методику вимірювань та первинної обробки енергетичних спектрів (е, е')- і (е, е'р)- реакції; знаходження зсуву розташування максимуму КВП на ядрі стосовно точки спектру, яка відповідає вільній eN- кінематиці; врахування іонізаційних, радіаційних та кулонівських поправок.

У підрозділі 2.1 подано методику вимірювань енергетичних спектрів (е, е)- реакції. Диференціальний переріз непружно розсіяних електронів вимірювався при заданій початковій енергії пучка електронів і постійному куті повороту магнітного спектрометру. Аналіз вторинних електронів за імпульсами проводився шляхом встановлення певного значення магнітного поля. Телескопи лічильників, які були розміщені у фокальній площині магнітів, реєстрували кількість відліків залежно від енергії розсіяного електрона. Через недостатній захват спектрометрів СП-103 і СП-02 по імпульсу при вимірюванні повного енергетичного спектру робилося кілька експозицій. При проведенні експерименту на твердих (низькотемпературних) мішенях вимірювався фон при відсутності мішені (фон від стінок робочого апендиксу). Додатковий фон за рахунок (е+, е-)-пар враховувався шляхом вимірювання виходу позитронів при позитивній полярності спектрометра. Здобуті фонові залежності віднімались від відповідних спектрів електронів.

У підрозділі 2.2 викладено методику знаходження зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння. Описано підходи до знаходження зсуву між КВП і піком пружного eN- розсіяння. Величини переданих енергій у максимумах піків знаходились шляхом підгонки плавної функції до експериментальних точок. Наведено аналіз функцій, які використовувались для підгонки перерізу.

У підрозділі 2.3 описано кінематичні конфігурації експериментів з реєстрацією (ер)- співпадань, які використовувались у даній роботі. Подано труднощі вимірювань (е, е'р)- реакції. Наведено послідовність калібровки апаратури та вимірювань перерізу.

У підрозділі 2.3.1 наведено методику вимірювань перерізу 3Не(е, ер)-реакції. При дослідженні реакції 3Не(е, е'р) розсіяні під кутом е електрони і вибиті з ядра під кутом р протони після магнітного аналізу реєструвалися п’яти- та триканальними телескопами сцинтиляційних лічильників. Геометричне розміщення всіх каналів реєстрації було зроблено так, щоб за одну експозицію перекривався енергетичний спектр по недостатній енергії. Вимірювання залежності абсолютного диференціального перерізу реакції 3Не(е, е'р) від кута емісії протона проведено у широкому діапазоні кутів р.

У підрозділі 2.3.2 подано методику вимірювань перерізу 4Не(е, е'р)- реакції. Дослідження 4Не(е, е'р)- реакції відрізнялося від вимірювань 3Не(е, е'р)- реакції. Диференціальний переріз вивчався у залежності від кута реєстрації електронів у діапазоні 35  е  0. Розсіяні під кутом е електрони і вибиті з ядер мішені протони під кутом р після аналізу по імпульсу магнітними спектрометрами реєструвалися багатоканальними сцинтиляційними телескопами, які були розміщені у фокальних площинах відповідних магнітів. Захват по імпульсу на канал для електронів і протонів був 1% і 1,66% відповідно. П’ять каналів, які рахували електрони, забезпечували перекриття всього спектру розсіяних електронів.

У підрозділі 2.4 описано аналітичні вирази та методику врахування втрат кінетичної енергії електронів і протонів за рахунок збудження і іонізації атомів середовища при проходженні зарядженої частинки крізь ядерну мішень.

У підрозділі 2.5 розглянуто радіаційні процеси, які помітно викривлюють експериментальний диференціальний переріз. Подано аналітичні вирази та методику врахування внутрішнього гальмового випромінювання і страглінг ефекту.

У підрозділі 2.5.1 наведено аналітичні вирази та викладено методику врахування радіаційних поправок до пружного піку.

У підрозділі 2.5.2 викладено методику розрахунку “хвоста” пружного піку.

У підрозділі 2.5.3 описано методику радіаційної розшифровки безперервного спектру реакції (е, е') та врахування радіаційних поправок до експериментального перерізу d5/dedpdEp ексклюзивних реакцій з реєстрацією (ер)- співпадань.

У підрозділі 2.6 розглянуто аналітичні вирази та методику врахування поправок, пов’язаних із спотворенням електронної хвилі кулонівським полем ядра.

У третьому розділі подано експериментальні енергетичні спектри (е, е')- реакції на ядрах 3Не, 4Не, 9Ве та 12С, які порівнюються з низкою теоретичних розрахунків на основі як традиційних моделей ядра, так і більш нових, сучасних теоретичних версій.

У підрозділі 3.1 наведено експериментальні дані 3Не(е, е')- реакції та теоретична інтерпретація результатів вимірювань. Абсолютний диференціальний переріз знайдено в області КВП і проміжній області. Вимірювання проведено для початкової енергії електронів 1,211 ГеВ у діапазоні кутів розсіяння 15  0. Спектри знайдено в інтервалі переданих 3-імпульсів  ,6 –  Фм-1 і переданих енергій до 0,350 ГеВ. Доведено, що квазивільний пік домінує при переданих енергіях близьких до енергії піку пружного еN- розсіяння. Ширина КВП зростає при збільшенні кута розсіяння електронів. За квазивільним піком спостерігається зростання перерізу, інтенсивність якого збільшується зі зростанням кута розсіяння (переданого імпульсу). Збільшення диференціального перерізу у цій області спектра обумовлено двочастинковими механізмами емісії нуклонів за рахунок прямого кореляційного механізму, зарядово-обмінних мезонних струмів, вкладу когерентного та резонансного електронародження - мезонів.

Доведено, що розрахунки на основі ОМГО та розрахунки з використанням реалістичних потенціалів NN- взаємодії відтворюють квазивільний переріз 3Не(е, е)- реакції лише в деяких умовах. Узгодження теорії та експерименту спостерігається при імпульсах q   Фм-1. В інтервалі імпульсів 1,6    Фм-1 має місце перевищення розрахованих перерізів над експериментальними. Причому ступінь узгодження змінюється зі зміною переданого імпульсу і залежить від вибору моделі ядра.

Розрахунки на основі лоренц-калібровочно-інваріантного підходу для потенціалів Урбана і Хадждук довели, що в досліджених кінематичних умовах вимірювань домінує двочастинковий канал електророзщеплення 3Не+ее'+р+d, внесок якого дорівнює  %. Числові розрахунки з вищезгаданими потенціалами практично збігаються між собою в дослідженому діапазоні імпульсів, лише трохи розрізнюючись для кута 29о.

У підрозділі 3.2 описано систематичні експериментальні дані з непружного розсіяння електронів на ядрі 4Не в області КВП, проміжній області і (1232)- резонансу. Вимірювання про-ведено для первинної енергії електронів 0,600  ,180 ГеВ у інтервалі кутів розсіяння 14 е 600.

Діапазон переданих 3- імпульсів становив     Фм-1 і переданих енергій 0   ,750 ГеВ. Здобуті дані доповнили та розширили кінематичну область раніше проведених вимірювань. Проаналізовано динаміку зміни параметрів КВП у залежності від кінематичних умов вимірювань. Диференціальний переріз порівнюється з теоретичними розрахунками на основі різних моделей ядра.

У підрозділі 3.2.1 диференціальний переріз 4Не(е, е')- реакції проаналізовано на основі наближення Y- скейлінгу. Наведено аналітичні вирази та розрахунки перерізу у версії Y0- i Y1- скейлінгу. Аналіз енергетичних спектрів у досліджуваному кінематичному діапазоні довів, що різні версії Y- скейлінгу дають приблизно однакове відтворення перерізу навколо максимуму КВП. У той же час, розташування і ширина КВП у значній мірі залежать від вибору скейлінгової змінної. Доведено, що найкраще узгодження для мінімального кута 300 досягається у Y0nrel наближенні.

Підрозділ 3.2.2 присвячено дослідженню ступеня застосовності низки ядерних моделей для відтворення квазивільного перерізу на ядрі 4Не в широкому інтервалі переданих імпульсів  ,4 – ,2 Фм-1. Подано опис НЧВ та аналітичні вирази для розрахунку перерізу, які були здобуті для потенціалу РМК і кореляційного фактору узгодженого з NN- потенціалом. Наведено порівняння експериментального перерізу з розрахунками на основі НЧВ без і з врахуванням релятивістської кінематики для нуклонів емісії. Доведено важливе значення релятивістських ефектів. Диференціальний переріз також порівнюється з розрахунками на основі ОМГО та розрахунками з ATMS- розподілом нуклонів в ядрі 4Не за імпульсами, який знайдено для потенціалу РМК:

(р) = а-3/2-3/2(1 + st3/2)-1[ехр(- р2/а) + s(ехр(- р2/аt))], (1)

де а = 0,42 Фм-2, s = 0,00286, t = 12.

Виявлено, що розрахунки задовільно відтворюють переріз для імпульсів q   Фм-1. У діапазоні імпульсів 1,4    Фм-1 спостерігається перевищення розрахованих перерізів над експериментальними. Ступінь узгодження змінюється зі зміною переданого імпульсу і залежить від вибору моделі ядра.

З’ясовано, що в проміжній області жодна з моделей не відтворює інклюзивний диференціальний переріз, вказуючи на присутність неврахованих, більш складних механізмів реакції. У той же час, на основі осциляторної моделі ядра без підгоночних параметрів вдається задовільно відтворити переріз в області максимуму ПЕП, хоча крива і іде трохи нижче експериментальних точок. Однак, розрахунки починають розбігатися з експериментом при віддаленні від максимуму як у бік менших, так і більших переданих енергій.

У підрозділі 3.2.3 розглянуто експериментальні дані 4Не(е, е)- реакції та їх теоретична інтерпретація на основі лоренц-калібровочно-інваріантного підходу. Доведено, що для малих імпульсів q   Фм-1 лоренц-калібровочно-інваріантний підхід дає дещо менший переріз 4Не(е, е')- реакції в області максимуму КВП. КВП вужчий експериментального піку і зсунутий у бік більших . Теорія дає меншу величину перерізу у навколопороговій області, ніж експеримент. У дослідженій області імпульсів домінуючим на фоні t- і u-полюсів є внесок s- каналу (s- полюс відображує найбільш суттєву частину ВКС). Знайдено, що при зростанні переданого імпульсу значення s- полюса зменшується. Модель не відтворює переріз у проміжній області.

У підрозділі 3.3 наведено результати систематичних експериментальних досліджень з інклюзивного розсіяння релятивістських електронів з енергією 0,818 ГеВ на ядрі 9Ве в області КВП та dip- області в діапазоні переданих імпульсів 1  ,6 Фм-1 і енергій до 0,400 ГеВ. Експериментальні дані порівнюються з розрахунками на основі релятивістської моделі Фермі-газу, а також двох версій релятивістської --моделі, які відповідають різному вибору електромагнітного струму зв’язаного нуклона (рис. ).

Рис. 2. Залежність диференціального перерізу 9Ве(е, е')- реакції від переданої енергії. Початкова енергія електронів 0,818 ГеВ, кут розсіяння 140. Криві: 1- розрахунки у релятивістській моделі Фермі-газу; 2)- розрахунки у -моделі з модифікованим електромагнітним струмом (струмом вільного нуклону); 4- розрахунки на основі ОМГО.

Доведено, що при малих імпульсах 1   Фм-1 жодна з використаних ядерних моделей та наближень (без використання підгоночних параметрів) не дає задовільного узгодження з

експериментальними даними. Виявлено, що подавлення диференціального експериментального

перерізу в максимумі КВП відповідно до розрахунків на основі різних моделей ядра при імпульсі   Фм-1 сягає величини  %.

Наведено наочний засіб порівняння експериментальних даних між собою та теорією. З цією метою досліджувалась залежність від імпульсу відхилення D(q) (у відсотках) абсолютного диференціального (е, е)- перерізу в максимумі експериментального енергетичного спектру (d2/dd)exp стосовно теоретичного розрахунку (d2/dd)th. Залежність D(q) приваблива тим, що дає змогу порівнювати дані, які були здобуті у близьких кінематичних умовах різними дослідниками, дати якісну і кількісну картину застосовності тієї чи іншої моделі ядра.

У четвертому розділі наведено експериментальні залежності (q) зсуву розташування максимуму КВП max стосовно вільної еN- кінематики від переданого імпульсу для ядер А , , , та 12. Доведено, що в дослідженому діапазоні масових чисел А спостережуваний зсув не може бути відтворений за рахунок введення енергії відділення нуклонів з ядра. Виявлено, що (q)- залежність є функцією від кінематичних умов вимірювань і, за винятком ядра дейтерію, має характерний мінімум. Здобуті залежності зрівнюються з аналогічними експериментальними результатами інших авторів. Подано теоретичний аналіз даних на основі низки теоретичних наближень.

У підрозділі 4.1 досліджено експериментальну q- залежність зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння для ядра дейтерію. (q)- залежність здобута у діапазоні переданих 3- імпульсів 1,6  ,3 Фм-1. З’ясовано, що як для кута розсіяння електронів е 0 (е 0), так і кута 134,50 (е 0) спостерігається тенденція повільного збільшення величини зсуву (q) із зростанням переданого імпульсу.

У підрозділі 4.2 розглянуто експериментальну q- залежність зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння для ядра 3Не. (q)- залежність здобута в діапазоні переданих 3- імпульсів 1,6 –  Фм-1. Доведено, що (q)- залежність є характерною функцією від кінематичних умов вимірювань. Знайдено, що зі зміною переданого імпульсу від  ,4 Фм-1 до 1,8 Фм-1 величина (q) зменшується від  ,7 МеВ до мінімального значення  ,8 МеВ. У діапазоні 1,8    Фм-1 зсув поступово зростає до   МеВ. Результати досліджень порівнюються з розрахунками на основі лоренц-калібровочно-інваріантного підходу для потенціалу Урбана.

У підрозділі 4.3 вивчено експериментальну q- залежність зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння для ядра 4Не. (q)- залежність здобута в інтервалі переданих імпульс-сів 1-5 Фм-1. Доведено, що зі зростанням імпульсу від 1 Фм-1 до 1,8 Фм-1 величина (q) зменшуєть-ся від 18 МеВ до мінімального значення 6 МеВ. У діапазоні 1,8q5 Фм-1 зсув поступо-во зростає до 32 МеВ (рис. ). Досліджувана залежність не може бути відтворена за рахунок введення енергії відділення нуклонів з s- оболонки ядра 4Не і не передрікає насичення для великих імпульсів. Виявлено, що характерна поведінка величини зсуву (q) для ядра 4Не може бути пов’язана з обмінними і нелокальними властивостями NN- взаємодії та поведінкою хвильової функції основного стану ядра на малих відстанях.

Рис. . (q)- залежність для ядра 4Не. Криві: 1- внесок за рахунок кулонівського поля ядра; 2 (4)- розрахунки у НЧВ з потенціалом РМК і різними кореляційними факторами; 3- розрахунки на основі ОМГО; 5- сума кривих 1 і 4.

У підрозділі 4.4 розглянуто експериментальну q- залежність зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння для ядра 9Ве. (q)- залежність здобута в діапазоні переданих 3- імпульсів  – ,7 Фм-1. З’ясовано, що зі зміною переданого імпульсу від   Фм-1 до 1,5 Фм-1 величина (q) зменшується від   МеВ до мінімального значення   МеВ. У діапазоні 1,5   ,7 Фм-1 зсув поступово зростає до   МеВ.

Досліджувана залежність не описується шляхом врахування енергії відділення нуклонів з s- і р- оболонки ядра 9Ве і не передрікає насичення для великих імпульсів. Доведено, що поведінка спостережуваної залежності від імпульсу може бути відтворена в інтервалі q  ,5 Фм-1 на основі релятивістської - моделі. Знайдено, що найбільш імовірною причиною появи в (q)- залежності мінімуму є вплив ефектів антисиметризації кінцевих ядерних станів у непружній (е, е)- реакції. Якісна і кількісна q- залежність зсуву у цій моделі ядра є функцією переданого 3- імпульсу q, імпульсу Фермі РF і ефективної маси нуклону у ядрі М*:

(q) = [(q2 + М*2)1/2 - М*] - [(q2 + М2)1/2 - М] для q > РF, (2)

(q) = (q/М*)(РF - q/2) - q2/2М для q РF. (3)

У підрозділі 4.5 подано експериментальну q- залежність зсуву максимуму КВП стосовно піку пружного eN- розсіяння для ядра 12С. (q)- залежність здобута