В.В. Варламов

БОРИС САРКИСОВИЧ ИШХАНОВ И ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

    Я познакомился с Борисом Саркисовичем в 1968 году, когда студентом 3-го курса Физического факультета МГУ распределился на кафедру «Ускорители», заведующим которой был Андрей Александрович Коломенский и на которой Борис Саркисович занимал должность доцента. С тех пор в течение 52 лет мы с ним работали вместе. Он руководил моей дипломной работой и являлся соруководителем (вместе с Валерианом Григорьевичем Шевченко) моей кандидатской диссертации, оказывал мне большую помощь при подготовке докторской диссертации.
    Под руководством Бориса Саркисовича и при активном участии Игоря Михайловича Пискарева я специализировался в области главного направления сначала Сектора фотоядерных реакций (СФЯР), а потом Отдела электромагнитных процессов и взаимодействий атомных ядер (ОЭПВАЯ) НИИЯФ, заведующим которого вскоре стал Борис Саркисович — фотоядерных реакций. На пучке тормозного излучения знаменитого бетатрона с максимальной энергией 35-МэВ были выполнены разнообразные исследования фотопротонных реакций, впервые измерены спектры фотопротонов из реакций на большом числе ядер, определены сечения фотопротонных реакций, получены прямые количественные подтверждения эффектов изоспинового расщепления гигантского дипольного резонанса (ГДР) и его конфигурационного расщепления. Эффект конфигурационного расщепления ГДР был впоследствии отмечен открытием, среди авторов которого был и Борис Саркисович.
    Как отмечалось в Преамбуле, хотя фотоядерные реакции до последних дней оставались главной любовью Бориса Саркисовича, огромное количество важных научных результатов были получены под его руководством и при его активном участии в таких областях, как астрофизика, физика высоких энергий, физика нейтрино, космофизика, атомная физика и многие другие. Прежде всего, его интересовали различные аспекты экспериментальных и теоретических исследований, ориентированные на традиционные методы получения новой научной информации. При этом значительное место среди его научных интересов занимали новые информационные технологии, во многих случаях позволяющие получать новые данные, новую информацию и новое научное знание, которые затруднительно получить традиционными методами. Основным инструментом таких исследований нового типа стали электронные базы данных. Под руководством Бориса Саркисовича и при его непосредственном и активном участии было показано, что современные электронные базы данных не только и не столько просто включают в себя полученные ранее данные, то есть являются своеобразными «складами готовой продукции», сколько представляют собой новые, часто не имеющие аналогов инструменты оригинальных научных исследований. Многие исследования, выполненные под руководством и при активном участии Бориса Саркисовича, основаны на использовании новых оригинальных информационных технологий.
    Хорошо известно, что эффективность научных исследований и качество учебного процесса в большой степени зависит от обеспечения их точной, надежной и достоверной информацией. Количество такой информации непрерывно возрастает, а требования к ее качеству постоянно повышаются. В этой связи в течение уже длительного времени наблюдается стремительное развитие самых разнообразных информационных технологий, которые должны помогать ученым, преподавателям и студентам ориентироваться в интенсивных информационных потоках. Современные электронные коллекции, базы данных, снабженные гибкими и мощными поисковыми     системами являются ярким примером таких передовых технологий.
    Особую роль современные информационные технологии играют в тех областях науки и техники, в которых отсутствие точных и надежных данных на стадиях разработки, создания и использования сложных и дорогостоящих установок чревато не только большими экономическими потерями, но и определенными угрозами здоровью людей и экологии окружающей среды. Таковыми, прежде всего, являются ядерная физика и многие смежные области науки и техники, использующие ядерные данные, то есть числовую информацию об атомных ядрах и ядерных реакциях, главная из которых — ядерная энергетика.. Именно в области ядерной физики более 50 лет назад начались работы по сбору и систематизации данных об атомных ядрах и процессах их превращений друг в друга в реакциях и радиоактивных распадах. Пионером таких работ явился Национальный центр ядерных данных США, активно функционирующий в Брукхэвенской национальной лаборатории. Первоначально наивысший приоритет был отдан ядерным реакциям под действием нейтронов, что в первую очередь     определялось потребностями ядерной энергетики.
    Впоследствии при подключении к этой деятельности Секции ядерных данных Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) работы по сбору и систематизации данных были расширены на реакции под действием заряженных частиц.
    В ОЭПВАЯ НИИЯФ такая деятельность началась в конце 70-х годов прошлого столетия. В МГУ поступило предложение Госкомитета по атомной энергии СССР организовать в соответствии с инициативой МАГАТЭ соответствующий центр данных по сбору и обработке фотоядерных данных. Важную роль в этом сыграл руководитель Центра атомных и ядерных данных (ЦАЯД) ИАЭ им. Курчатова Феликс Евгеньевич Чукреев. В серии обсуждений этого предложения с участием ректора МГУ Рэма Викторовича Хохлова, декана ВМК МГУ Андрея Николаевича Тихонова, директора НИИЯФ Игоря Борисовича Теплова и заведующего Сектором фотоядерных реакций (СФЯР) НИИЯФ Валериана Григорьевича Шевченко было принято решение создать на базе СФЯР Группу анализа фотоядерных данных под руководством Бориса Саркисовича. Поскольку основным условием МАГАТЭ для такого рода деятельности являлась компьютерная обработка экспериментальных данных, при содействии нового ректора МГУ (Анатолия Алексеевича Логунова) и Министерства высшего и среднего специального образования СССР НИИЯФ была выделена ЭВМ ЕС-1022, оперативно доставленная в институт прямо с завода в Минске. При активном участии директора НИИЯФ Игоря Борисовича Теплова    было    переоборудовано помещение 19-го корпуса института (экспериментальный зал бетатрона, ныне — конференц-зал ОЭПВАЯ, 1–19, и работа началась. Основные обязанности по обеспечению функционирования ЭВМ выполняли Юрий Васильевич Кузнецов и Людмила Федоровна Сопова.
    Огромное значение для быстрого включения Группы анализа ядерных данных в деятельность по компьютерной обработке фотоядерных данных имел перевод из Центра ядерных данных ФЭИ (г. Обнинск) с помощью его руководителя Василия Николаевича Манохина в ОЭПВАЯ Валерия Викторовича Сургутанова (на фото — за монитором), который был уникальным специалистом именно в области компьютерной обработки ядерных данных с использованием согласованных с МАГАТЭ форматов. Впоследствии Группа анализа фотоядерных данных была преобразована (приказ по НИИЯФ № 550 от 2 ноября 1979 г.) в Центр данных фотоядерных экспериментов (ЦДФЭ, СDFE). Первым руководителем ЦДФЭ был назначен Борис Саркисович, а его заместителями стали к.ф.-м.н. В.В. Варламов и к.ф-м.н. И.М. Капитонов.

Группа анализа фотоядерных данных. Валерий Сургутанов (у монитора), Максим Сотников (у магнитофона), Александр Габелко (у телетайпа) в зале ЭВМ ЕС-1022 (ныне — помещение 1–18 ОЭПВАЯ)

    ЦДФЭ стал участником широкой (14 организаций из 10 стран — Австрия, Венгрия, Индия, Китай, Корея, Россия (ЦДФЭ, Центры ядерных данных из РФЯЦ ВНИИЭФ (Саров), ФЭИ (Обнинск), Курчатовский институт (Москва)), США, Украина, Франция, Япония) сети Центров данных по ядерным реакциям (NRDC Network).

Международная сеть МАГАТЭ Центров данных по ядерным реакциям (IAEA NRDC Network) (NRDC Network).

Участники одного из ежегодных совещаний участников Сети Центров данных по ядерным реакциям (1983 г., ФЭИ, Обнинск)

    Распределяя между собой обязанности по «территориально-производственному» принципу — охватываемые типы данных и географические регионы — сотрудники Сети на ежегодных совещаниях детально согласовывали способы создания разделов международной базы данных по ядерным реакциям, форматы их экспертной компьютерной обработки, соответствующие словари. На фото — Борис Саркисович и Владимир Варламов среди участников ежегодного совещания Сети Центров данных по ядерным реакциям (NRDC) 1983 года, проходившего в г. Обнинск на базе ФЭИ. Кроме таких совещаний участники Сети широко приветствовали и рабочие контакты руководителей Центров. Кроме таких совещаний участники Сети широко приветствовали и рабочие контакты руководителей Центров.

    На следующем фото — визит в ЦДФЭ руководителя Центра ядерных данных Японии Я. Кикучи.

Руководитель Центра ядерных данных Японии профессор Я.Кикучи при посещении ЦДЭ НИИЯФ МГУ в 1992 г.

    Основными задачами Сети Центров были сбор, систематизация и анализ экспериментальных данных по ядерным реакциям под действием фотонов, нейтронов, заряженных частиц и тяжелых ионов и их использование для создания различных коллекций и атласов, а также электронных баз данных (БД). В ЦДФЭ под руководством Бориса Саркисовича в эту деятельность были включены данные по фотоядерным реакциям, получаемые в разных странах. Подробные ежегодные справочно-библиографические  Информационные бюллетени и регулярные тематические Информационные обзоры.
    «Фотоядерные данные» публиковались в Издательстве МГУ. В течение длительного времени ЦДФЭ являлся единственной организацией Сети, ответственной за фотоядерные данные, которые составляли    ~90%    международного    информационнного    фонда числовых данных этого типа. В 1999 году в издательстве МАГАТЭ был опубликован (А.В. Варламов, В.В. Варламов, Д.С. Руденко, М.Е. Степанов,)  Атлас гигантских  дипольных  резонансов, включавший в себя основные параметры ГДР и графики сечений фотоядерных реакций по всем данным, опубликованным к тому времени.

Примеры информационных бюллетеней, обзоров и атласов фотоядерных данных, опубликованных в издательствах МГУ и МАГАТЭ.

    Под руководством Бориса Саркисовича и при его активном участии в ЦДФЭ на основе ЕС-1022 были созданы эффективные информационно-поисковые системы (ИПС), использовавшие разнообразную международную ядерно-физическую информацию, подготовка которой осуществляется участниками NRDC. Эти ИПС, эксплуатировавшиеся в рамках Системы ЭВМ коллективного пользования МГУ, активно использовались для удовлетворения запросов широкого круга пользователей из самых разных организаций страны и способствовали внедрению современной ядерно-физической информации в самые разные области научных исследований и учебного процесса. Активное участие в этой работе принимали Михаил Евгеньевич Степанов, Александр Петрович Черняев, Александр Николаевич Панов, Виталий Владимирович Чесноков.

Главная страница Web-сайта Центра данных фотоядерных экспериментов НИИЯФ МГУ.

    В 1983 году Приказом министра высшего и среднего специального образования СССР Вячеслава Петровича Елютина была создана система Центров ядерных данных Минвуза, в которую под руководством ЦДФЭ вошли специализированные центры ядерных данных из Ростовского-на-Дону университета (Михаил Гаврилович Давыдов) и Института физики и механики Саратовского университета (Валентин Андреевич Семенов) и специализированые группы Ужгородского университета (Александр Михайлович Парлаг) и Киевского университета (Юрий Иосифович Прокопчук). Работа сотрудников этой системы специализированных центров и групп, просуществовавшей вплоть до развала СССР в 1991 году, позволила намного увеличить долю советских фотоядерных данных в международном фонде данных по ядерным реакциям.
    В 1986 году обязанности руководителя ЦДФЭ были возложены на В.В. Варламова. Появление в начале 90-х годов прошлого века “всемирной паутины” многократно повысило эффективность использования огромных возможностей разнообразных коллекций и электронных баз данных. В ЦДФЭ, как и в некоторых других Центрах ядерных данных, партнерах ЦДФЭ по NRDC, на основе системы персональных компьютеров и рабочих станций была создана целая система реляционных     электронных баз ядерных данных, функционирующих в сети Интернет. Основную работу по переводу всех фондов данных и программ по их обработке с ЕС-1022 на новую компютерную технику выполнил Владимир Викторович Сапуненко. В работе по созданию Интернет-сайта ЦДФЭ приняли активное участие Алексей Владимирович Варламов, Михаил Евгеньевич Степанов, Игорь Николаввич Бобошин, Николай Николаевич Песков, Сергей Юрьевич Комаров, Виталий Владимирович Чесноков.
    Базы данных (БД) ЦДФЭ, функционирующие в среде Интернет (http://cdfe.sinp.msu.ru), содержат огромное количество разнообразных сведений об атомных ядрах и о процессах (реакциях и радиоактивных распадах), в которых ядра превращаются друг в друга, и снабжены гибкими и мощными поисковыми системами (в отдельных случаях — оригинальными, не  имеющими      аналогов), позволяющими осуществлять быстрый и эффективный поиск необходимой информации. Эти БД обеспечивают постоянный, оперативный и неограниченный доступ к самой современной ядерно-физической информации, облегчают решение задач по ее обобщению и анализу, предоставляют ученым, преподавателям и студентам практически неограниченные возможности представления своих результатов и обмена информацией, делают легко доступными огромные объемы ядерных данных, накапливаемых мировым сообществом.
    Основной БД ЦДФЭ является международная база данных по ядерным реакциям системы    EXFOR, включающая в себя экспериментальные и оцененные данные по ядерным реакциям под действием фотонов, нейтронов, заряженных частиц и тяжелых ионов. Числовые данные по выходам и сечениям многочисленных реакций, энергетическим и угловым распределениям различных продуктов реакций и другим характеристикам ядерных, в том чиcле и фотоядерных, реакций позволяют эффективно проводить системные исследования на всей совокупности данных определенного типа.
    Исследования, выполненные при активном участии Бориса Саркисовича, с использованием возможностей созданных в ЦДФЭ БД, показали, что они представляют собой средства не только информационного обеспечения, но и собственно новых и оригинальных исследований, многие из которых традиционными методами выполнены быть не могут. Одновременный доступ к огромному количеству разнообразных данных и гибкие возможности поиска позволяют на всю совокупность информации посмотреть под единым определенным углом зрения и задать этой совокупности данных вопросы, которые без этих возможностей никому «не приходили в голову». Ответы на такие вопросы, которые естественно также никому в голову не приходили, представляют собой, по существу, новые данные, новую информацию, а в конечном счете — новое знание. Зачастую даже относительно простая системная обработка известных результатов порождает (более правильно — «выявляет») принципиально новую физическую информацию, которая до выполнения обработки таких (часто — достаточно тривиальных) запросов в используемых базах данных отсутствовала (по крайней мере, в явном виде), а следовательно представляет собой неизвестные ранее результаты. Новые огромные и гибкие возможности созданных в ЦДФЭ БД эффективно использовались в разнообразных ядерно-физических исследованиях, которые проводились в ОЭПВАЯ НИИЯФ МГУ. Прежде всего, это относится к таким областям, как особенности одночастичной структуры атомных ядер, свойства классических и новых магических ядер, существенные расхождения результатов разных фотоядерных экспериментов. Активное участие Бориса Саркисовича в исследованиях по этим направлениям способствовало получению важных и оригинальных данных о строении атомного ядра и механизмах различных ядерных реакций под действием фотонов.
    Среди таких исследований, базирующихся на новых информционных технологиях, следует прежде всего отметить те, которые связаны со свойствами новых неклассических магических ядер. Сочетание огромного количества данных по атомным ядрам и развитого программного обеспечения для работы с ними позволило обнаружить такие неклассические мвгические ядра и изучить их структуру. По результатам исследований Игорем Николаевичем Бобошиным была защищена докторская диссертация «Магические числа и эволюция оболочечной структуры атомных ядер».
    Процессы, вызванные электромагнитными взаимодействиями — реакции под действием фотонов средних энергий, называемые также фотоядерными, занимают важное место среди огромного разнообразия ядерных реакций. Эти реакции протекают за счёт электромагнитного поля, свойства которого хорошо изучены, и механизм передачи энергии от γ-кванта ядру известен точно. В таких реакциях отделить эффекты структуры ядра от механизмов его возбуждения проще, чем в реакциях под действием нейтронов и заряженных частиц. Изучение таких реакций было организовано под руководством Бориса Саркисовича в ОЭПВАЯ на пучке индукционного ускорителя — бетатрона с максимальной энергией фотонов 30 МэВ. Одним из важных преимуществ таких экспериментов являлась высокая интенсивность пучка налетающих фотонов, позволяющая достигать в определяемых сечениях реакций высокой статистической точности. Вместе с тем, таким экспериментам присущ и определенный недостаток. Так как энергетический спектр тормозных γ-квантов является сплошным, непосредственно в эксперименте возможно измерять не сечение реакции, а ее выход — интеграл от произведения сечения с этим спектром. Как следствие, сечение реакции возможно получить лишь в результате решения неустойчивой обратной задачи восстановления сечения из выхода. Наиболее точные и достоверные результаты были получены в НИИЯФ МГУ в исследованиях под руководством Бориса Саркисовича при использовании для создания условий квазимоноэнергетического представления сечения реакции метода «регуляризации», разработанного на факультете ВМК МГУ под руководством академика Андрея Николаевича Тихонова.
    С целью преодоления основного недостатка результатов фотоядерных экспериментов на пучках тормозных у-квантов (необходимость решения неустойчивой обратной задачи) как альтернатива был разработан метод получения пучков квазимоноэнергетических фотонов, образующихся при аннигиляции на лету релятивистских позитронов. Идея этого метода была реализована к началу 60-х годов ХХ столетия на нескольких установках, созданных в лабораториях США, Франции и Германии. Наибольшее количество данных было получено на пучках электронных линейных ускорителей в Лоуренсовской Ливерморской национальной лаборатории (National Lawrence Livermore Laboratory) США в Ливерморе и Центре ядерных исследований Франции (France Centre d’Etudes Nucleaires de Saclay) в Сакле. Преимущество метода аннигиляции позитронов заключалось в том, что в энергетическом спектре фотонов, налетающих на исследуемое ядро, кроме сплошного спектра от тормозящихся позитронов, аналогичного спектру от тормозящихся электронов, присутствует и достаточно узкая (шириной ~200-400 кэВ) линия от аннигиляции позитронов. Однако, процесс получения аннигиляционных фотонов является многоступенчатым: 1) образование тормозного γ-излучения в процессах столкновений релятивистских электронов с толстой тяжелой мишенью; 2) рождение электрон-позитронных пар тормозными фотонами; 3) аннигиляция позитронов. В связи с этим интенсивность «пучка» квазимоноэнергетических фотонов весьма невысока. Более того, учет вклада тормозных фотонов требовал проведение эксперимента в 3 этапа: 1) измерение со спектром фотонов от позитронов; 2) измерение со спектром от электронов; 3) получение соответствующей разности. Это в дополнение к достаточно малому сечению аннигиляции позитронов в специальной тонкой мишени приводило к невысокой статистической точности в определяемом сечении реакции.
    Исследования, выполненные для большого числа ядер в разных лабораториях на разных фотонных пучках, дополняли друг друга и позволили обнаружить в сечениях различных реакциях ГДР, который в 1945 году был теоретически предсказан академиком А.Б. Мигдалом: смещение под действием электромагнитной волны налетающих фотонов всех заряженных протонов ядра относительно всех его нейтронов приводит к появлению в сечениях реакций в области энергий ~10-20 МэВ мощного и широкого максимума, который распадается преимущественно с испусканием нейтронов и протонов. На основе информации о сечениях различных фотонейтронных и фотопротонных реакций были определены основные характеристики ГДР (энергетиче-скиое положение, амплитуда, ширина), проявляющихся в этих сечениях в реакциях практически на всех стабильных ядрах. Было обнаружено, что в зависимости от свойств атомного ядра (деформация, особенности оболочечной структуры) единый мощный максимум ГДР может расщепляться на несколько менее выраженных резонансов (проявление так называемой структуры ГДР).
    Способы определения сечений парциальных реакций в экспериментах на пучках тормозных у-квантов и квазимоноэнергетических фотонов существенно различаются. В экспериментах первого типа сначала определяется сечение так называемой реакции выхода, например, нейтронов,
σ(γ,Xn) = σ(γ,1n) + 2σ(γ,2n) + 3σ(γ,3n) +…, вклад в которую дают частицы, образующиеся во всех доступных по энергии процессах. В это сечение затем вносится поправка, рассчитываемая по статистической теории ядерных реакций, позволяющая определять сечения парциальных реакций. В экспериментах на пучках позитронов с использованием специально разработанного метода разделения нейтронов по множественности сначала определяются сечения парциальных реакций (γ,1n), (γ,2n) и (γ,3n), из которых затем комбинируются сечения полных реакций σ(у,Xn) и
σ(γ,abs) = σ(γ,1n) + σ(γ,1n1p) + σ(γ,2n) + σ(γ,3n) + σ(γ,1p) + σ(γ,2p) + σ(γ,1t) + σ(γ,1d) + σ(γ,1α) +…+ (γ,f). Сечения таких реакций широко востребованы в фундаментальных исследованиях в таких областях, как собственно ядерная физика и астрофизика, а также во многих прикладных областях от неразрушающего контроля до мониторирования встречных пучков современных коллайдеров.
    По мере накопления экспериментальных данных в достаточно полных коллекциях, атласах и электронных БД, было обнаружено, что точность определения основных характеристик ГДР относительно невелика. Это обусловлено тем обстоятельством, что сечения реакций, полученные в разных экспериментах, существенно различаются между собой. Прежде всего, это относится к сечениям так называемых парциальных реакций, то есть таких, в которых образуется разное количество продуктов. В области энергий до ~50 МэВ оказывается возможным испускание облучаемым у-квантами ядром нескольких нуклонов и их комбинаций. С наибольшей вероятностью ядро испускает 1 нуклон, с меньшей вероятностью — 2 нуклона, с еще меньшей вероятностью 3 нуклона и т.д. Это обстоятельство вместе с соотношением энергетических порогов соответствующих реакций определяет основные каналы распада ГДР — парциальные реакции, которые дают вклад в сечение полной реакции фотопоглощения σ(γ,abs). При этом сечения парциальных реакций, прежде всего, σ(γ,1n), σ(γ,2n) и σ(γ,3n), имеют форму резонансов, которые располагаются в различных энергетических областях, поскольку их пороги сдвинуты относительно максимума в сечении реакции полного фотопоглощения, определяемого максимумом сечения основной парциальной реакции (γ,1n).     Из сказанного ясно, что экспериментальные данные, полученные в разных экспериментах, могут существенно различаться, поскольку существенно различаются и способы получения пучков налетающих фотонов и методы определения информации о сечениях парциальных реакций. При этом и между результатами, полученными приблизительно одинаковыми способами в Ливерморе и Сакле, где было получено абсолютное большинство таких данных, наблюдаются существенные (до 100% величины) расхождения. Причем эти расхождения являются определенно систематическими. Так, для 19 ядер исследованых в обеих лабораториях, сечения реакции (γ,1n) имеют существенно большие величины в Сакле (среднее значение соответствующих отношений интегральных сечений R_int^S/L равно 1.07), а реакции (γ,2n) — в Ливерморе (среднее значение R_int^S/L равно 0.84). При этом расхождения данных по сечению реакции выхода σ(γ,Xn), полученных в разных экспериментах, оказываются существенно меньшими — в среднем на ~10%. Это означает, что данные, полученные в одной (или в обеих) из упомянутых лабораторий, содержат систематические погрешности, обусловленные недостатками использованного метода разделения нейтронов по множественности, основанного на определении этой множественности по измеряемой энергии нейтронов.

Систематика отношений интегральных сечений реакций с образованием одного (кружки) и двух (кресты) нейтронов, полученная по данным о сечениях соответствующих реакций для 19 ядер, исследованных в двух лабораториях

    Существенное расхождение сечений реакций, полученных в разных экспериментах, приводит к определению основных характеристик ГДР со значительными систематическими погрешностями. Обнаруженные расхождения между данными из разных экспериментов анализировались специалистами, которые пытались определить их причины и найти способы устранения их влияния на качество результатов. Довольно долго такие попытки не носили системного характера, а рекомендации отдельных специалистов противоречили друг другу, поскольку при разнонаправленных расхождениях простые методы нормировки, позволяющие сблизить результаты по одной парциальной реакции, приводили к ещё большему расхождению результатов для другой парциальной реакции.
    Поскольку выполненные исследования базировались только на сравнительном анализе результатов экспериментов, условия которых существенно различались, на повестку дня была поставлена задача нахождения объективных критериев достоверности данных по сечениям прациальных реакций, не зависящих от способа их определения. При активном участии Бориса Саркисовича она была решена в ЦДФЭ. С использованием полного массива числовой информации и эффективных поисковых возможностей международной электронной базы данных по ядерным реакциям системы EXFOR были проведены системные исследования наблюдающихся расхождений между результатами разных фотоядерных экспериментов и поиск объективных физических критериев достоверности данных, позволяющих делать заключения о наличии или отсутствии систематических погрешностей в экспериментальных сечениях парциальных реакций. В качестве основных таких критериев достоверности данных были предложены отношения сечений конкретных парциальных реакций к сечению реакции выхода

F_i = σ(γ,in)/σ(γ,Xn) = σ(γ,in)/[σ(γ,1n) + 2σ(γ,2n) + 3σ(γ,3n) +…].

    По физическому смыслу определения положительные отношения F₁ не могут превышать значения 1.00, F₂ — значения 0.50, F₃ — 0.33 и т.д. Превышение отношениями F_i^эксп этих предельных значений означает, что в конкретном эксперименте разделение нейтронов между каналами с различной множественностью было выполнено физически недостоверно. Было установлено, что во многих случаях экспериментальные данные, полученные в Ливерморе и Сакле, предложенным критериям достоверности данных не соответствуют, что наглядно иллюстрируют отрицательные отношения F₁^эксп и отношения F₂^эксп > 0.50 в области энергий ~23–27 МэВ для ядра ⁶³Cu.

Отношения F₁ и F₂, полученные по экспериментальным данным для ядра ⁶³Cu.

    Для оценки сечений реакций, свободных от систематических погрешностей и удовлетворяющих физическим критериям достоверности, был предложен экспериментально-теоретический метод. В этом методе экспериментальное сечение реакции выхода а(γ,Xn) данные по которому отличаются не слишком сильно (~ 10%), разделяются на вклады парциальных реакций с использованием отношений Fтеор, рассчитываемых в рамках комбинированной модели фотоядерных реакций. Эта модель разработана в НИИЯФ МГУ под руководством Бориса Саркисовича Вадимом Николаевичем Орлиным. Она хорошо описывает полные сечения реакций — σ^оцен(γ,in) = F_i^теор x σ^эксп(γ,Xn). Такой метод оценки означает, что соотношения между оцененными сечениями парциальных реакций аоцен(γ,in) устанавливаются соответствующими физическим критериям достоверности данных на основании положений модели (F_i^теор), а их соответствующая сумма σ^оцен(γ,Xn) совпадает с
σ^эксп(γ,Xn).
    Исследования, выполненные с помощью экспериментально-теоретического метода для около 50 ядер, показали, что между оцененными сечениями реакций и экспериментальными данными, полученными с помощью метода разделения фотонейтронов по множественности, имеются существенные расхождения, что хорошо видно на примере данных для ядра ¹⁵⁹Tb.

Сравнение экспериментальных и оцененных сечений полных и парциальных фотонейтронных реакций на ядре ¹⁵⁹Tb

    На основании детального анализа таких расхождений было установлено, что основными их причинами являются определенные недостатки использованного в Ливерморе и Сакле метода определения множественности нейтронов по их измеряемой энергии. Энергетические спектры нейтронов, образующихся в реакциях (γ,1n), (γ,2n) и (γ,3n), близки. Так, например, нейтроны из реакции (γ,1n) имеют большую энергию, если конечное ядро реакции образуется в основном состоянии, однако заметно меньшую энергию, сравнимую с энергией нейтронов из реакции (γ,2n), если происходит образование конечного ядра в возбужденных состояниях. Как показывают эксперименты по измерению энергетических спектров нейтронов, при увеличении энергии налетающих фотонов и появлении в спектре нейтронов сначала из реакции (γ,2n), а затем и (γ,3n) естественно происходит ужесточение спектра, однако основной его максимум смещается весьма слабо. Вследствие этого распределение нейтронов между каналами с различной множественностью в зависимости от их энергии оказывается недостоверным.
    Более того, использованные методы определения сечений парциальных фотонейтронных реакций не учитывали влияния на эти сечения и протонных реакций. Так, например, соотношения между энергией, которая уносится единственным нейтроном из реакции (γ,1n) или распределяется между двумя нуклонами из реакций (γ,2n) и (γ,1n1p) оказываются очень сложными и далеко не прямо связанными с множественностью нуклонов. Это обусловлено тем, что энергия возбужденного ядра делится приблизительно одинаково между нейтроном и протоном из реакции (γ,1n1p) или между двумя нейтронами из реакции (γ,2n), но при этом множественность нейтрона из первой из них равна 1, а из второй — 2. Кроме того, было установлено, что в некоторых случаях в экспериментах, выполненных в Ливерморе, значительное количество нейтронов из реакции (γ,1n) было по причинам технического характера потеряно. Таким образом, новые информационные технологии, основанные на использовании возможностей современных электронных БД, позволили установить, что имеющиеся существенные расхождения экспериментальных сечений парциальных реакций, полученных в Ливерморе и Сакле, а также экспериментальных и оцененных сечений реакций обусловлены присутствием в результатах экспериментов систематических погрешностей трех типов.
    В результате системных исследований, выполненных при активном участии Бориса Саркисовича, для ядер ⁵¹V, ⁵⁹Co, ^63,65Cu, ⁷⁵As, ^76,78,80,82 Se ⁸⁹Y, ^90,91,92,94 Zr, ¹⁰³Rh, ^{116,117,118,119,120,124} Sn ¹¹⁵In ¹²⁷I, ¹²⁹Xe, ¹³³Cs, ¹³⁸Ba, ¹³⁹La, ^140,142Ce, ¹⁴¹Pr, ^145,148Nd, ¹⁵³Eu, ¹⁵⁹Tb, ¹⁶⁰Gd,¹⁶⁵Ho, ¹⁸¹Ta, ¹⁸⁶W, ^{186,188,189,190,192}Os, ¹⁹⁷Au, ²⁰⁸Pb, ²⁰⁹Bi, в число которых входит и большинство из упомянутых выше 19 ядер, исследованных и в Ливерморе и в Сакле, были получены новые данные по сечениям парциальных и полных фотонейтронных реакций, соответствующих объективным физическим критериям достоверности.
    Эти новые данные в значительной степени обновляют и дополняют многочисленные оценки сечений фотоядерных реакций, выполненные в ЦДФЭ ранее. Активное участие в этой работе принимали как сотрудники ЦДФЭ (Николай Николаевич Песков, Михаил Евгеньевич Степанов, Николай Геннадьевич Ефимкин, Дмитрий Сергеевич Руденко, Сергей Юрьевич Комаров), так и большое количество студентов и аспирантов кафедры общей ядерной физики (КОЯФ), заведующим которой являлся Борис Саркисович.

Борис Саркисович в экспериментальном зале ОЭПВАЯ среди участников рабочего совещания, посященного обсуждению возможностей электронных ускорителей нового поколения

    Отмеченные выше существенные расхождения большого количества оцененных данных и результатов экспериментов, выполненных с помощью метода разделения фотонейтронов по множественности, свидетельствуют о том, что определенные ранее основные параметры ГДР, наблюдающихся в сечениях разных фотоядерных реакций, должны быть пересмотрены на основе альтернативных методов идентификации нейтронов различной множественности. Наличие таких значительно расходящихся данных делает весьма актуальной задачей сравнение новых оцененных данных с результатами экспериментов, выполненных с помощью методов идентификации продуктов реакций, альтернативных использованному ранее в Ливерморе и Сакле методу разделения фотонейтронов по множественности. С этой целью в НИИЯФ МГУ под руководством Бориса Саркисовича был разработан активационный метод определения выходов многонуклонных фотоядерных реакций на пучке тормозного у-излучения электронного ускорителя нового поколения — разрезного микротрона с максимальной энергией фотонов 55 МэВ, разработанного под руководством Василия Ивановича Шведунова.
    Активационный метод изучения фотоядерных реакций сочетает преимущество высокой интенсивности пучка фотонов с однозначностью процедуры идентификации парциальных реакций не по характеристикам вылетающих нейтронов (которые, как отмечалось выше, для реакций (у,1n), (у,2n) и (у,3n), а также и разнообразных реакций с участием фотопротонов могут определяться со значительными систематическими погрешностями), а по характеристикам разных ядер, образующихся в реакциях с образованим различного числа нуклонов. Было установлено, что результаты экспериментов для нескольких ядер на пучке разрезного микротрона НИИЯФ, выполненных с участием Сергея Белышева, Александра Кузнецова и Константина Стопани, а также экспериментов, выполненных учеными других стран, существенно расходятся с результатами экспериментов, выполненных с помощью метода разделения фотонейтронов по множественности, но оказываются близки к результатам выполненных оценок. На этом основании был сделан вывод о том, что новые данные, полученные с помощью экспериментально-теоретического метода оценки, являются достоверными, которые могут быть использованы для уточнения основных параметров ГДР атомных ядер.
    Работы по получению новых данных по сечениям парциальных и полных реакций для ~ 50 ядер, исследованных в Ливерморе Сакле, были поддержаны грантом РФФИ № 13-02-00124 и Исследовательским контрактом (№ 20501) МАГАТЭ в рамках Координационного Исследовательского Проекта (№ F41032) МАГАТЭ, активным участником которых был Борис Саркисович. В результате выполнения Проекта МАГАТЭ, в котором приняли участие специалисты из Австрии, Китая, Кореи, России, Румынии, США, Франции и Японии, была существенно обновлена и дополнена электронная библиотека оцененных фотоядерных данных МАГАТЭ, широко используемая во всем мире. В настоящее время она включает в себя сечения фотонейтронных реакций для ~250 ядер.
    Поскольку одной из причин значительных систематических погрешностей результатов экспериментов, выполненных ранее, является существенная зависимость от энергии эффективности регистрации одного, двух и трех нейтронов из реакций (γ,1n), (γ,2n) и (γ,3n), в рамках Договора о научном сотрудничестве между НИИЯФ МГУ и Университетом Конан (Япония) на пучке квазимоноэнергетических фотонов, полученных при обратном комптоновском рассеянии релятивистских электронов на установке NewSUBARU, при активном участии Бориса Саркисовича был реализован метод детектирования нейтронов с эффективностью, слабо зависящей от их энергии. Результаты, полученные для нескольких ядер с помощью такого метода, также существенно расходятся с результатами ранних экспериментов Ливермора и Сакле, но согласуются с результатами оценок, выполненных с использованием физических критериев достоверности данных в рамках экспериментально-теоретического метода, а, следовательно, подтверждают достоверность оцененных данных.
    Созданные в ЦДФЭ при активном участии Бориса Саркисовича электронные базы ядерных данных и полученные с использованием их возможностей новые оцененные сечения фотонейтронных реакций широко используются студентами физического факультета МГУ, изучающими атомные ядра и ядерные реакции в рамках курса общей ядерной физики, который Борис Саркисович читал на кафедре общей ядерной физики. С использованием электронных баз ядерных данных, созданных в ЦДФЭ НИИЯФ МГУ, сотрудниками КОЯФ и ОЭПВАЯ под руководством Бориса Саркисовича изданы многочисленные и разнообразные учебные пособия. Поскольку они предоставляют всем пользователям удобный и эффективный доступ к современным массивам основных характеристик ядер и ядерных реакций, полученных мировым сообществом, описывают разработанные в ЦДФЭ и ОЭПВАЯ методы интерпретации, анализа и оценки этих данных, они широко используются студентами МГУ и других вузов при работе над курсовыми, бакалаврскими, магистерскими и дипломными работами, а также аспирантами в работах над своими диссертациями. Таким образом, новые информационные технологии, разработанные и реализованные под руководством и при участии Бориса Саркисовича, позволяют на качественно новом уровне организовать не только научные исследования, но и учебный процесс. Очень большую помощь всем, кто специализируется в области ядерной физики, оказывает созданный Эдуардом Иоханесовичем Кэбиным под руководством и активном участии Бориса Саркисовича сайт «Ядерная физика в Интернете» (http://nuclphys.sinp.msu.ru/). На сайте кроме ссылок на описанные электронные БД ЦДФЭ и сотрудничающих с ним Центров ядерных данных из других стран представлены и все публикации по анализу и оценке фотоядерных данных, все материалы лекций и семинаров по курсу общей ядерной физики, который на Физическом факультете МГУ читал Борис Саркисович, все материалы общемосковского Семинара по ядерной физике, проводившегося в НИИЯФ под председательством Бориса Саркисовича и огромное количество другой полезной справочной информации по ядерной физике и смежным областям, таким как физика высоких энергий, астрофизика, атомная физика и многие другие.

Оглавление