3.2. Данные, описывающие спектроскопические свойства атомных ядер

    В БД «Полная реляционная база ядерно-спектроскопических данных (Relational ENSDF)», где ENSDF - Evaluated Nuclear Structure Data File - означает «Файл оцененных данных по структуре ядер» (http://cdfe.sinp.msu.ru/services/ensdfr.html) собрана вся опубликованная к настоящему времени информация о состояниях (уровнях) всех известных в настоящее время (~3500) атомных ядер и переходах между ними:

  • энергии, спины, четности, времена жизни и другие характеристики ядерных состояний (уровней),

  • энергии, мультипольности, коэффициенты ветвления и смешивания, вероятности переходов между состояниями (уровнями) ядер;

  • значения параметра log ft радиоактивных распадов;

  • многие другие.

    Массив ядерно-спектроскопической информации ENSDF создан и поддерживается Национальным центром ядерных данных США в рамках широкого международного сотрудничества экспертов по оценке свойств атомных ядер NSDD. Массив предоставляется сотрудничающим организациям для использования по интересам. В ЦДФЭ на основе этого массива создана оригинальная не имеющая аналогов по мощности и гибкости поисковых возможностей реляционная БД – исходный массив ENSDF (файл последовательного доступа) был разобран на отдельные блоки смысловой информации и собран в БД с использованием развитой системы идентификации. В результате в созданной БД любой смысловой раздел исходного массива может быть запрошен в логической связи с любым другим смысловым разделом системы. Система была разработана таким образом, чтобы обеспечить пользователям все возможности поиска данных по всем свойствам ядер, информация по которым представлена в ENSDF. Разработанная система не содержит обязательных полей – любое поле можно оставить пустым. В работе системы существует только одно ограничение – в случае очень общего запроса с большим количеством выходных полей, для избежания перегрузки системы, пользователю будет выдано предписание с просьбой уточнить запрос.


Рис. 11. Главная страница поисковой системы БД «Полная реляционная база ядерно-спектроскопических данных “Relational ENSDF”

    Поисковая система полной БД представляет собой своеобразную «информационную матрешку» (Рис. 11), которую пользователь по своему усмотрению может раскрывать из любого нужного ему места (сверху, снизу, из середины), формируя запрос к системе именно тех данных, которые ему необходимы по разделам:

  • Основная информация (ядро, состояния (уровни), гамма-переходы, распады, тип данных) - Core information (Nucleus, Levels, Gamma transitions, Decays, Data type);
  • Дополнительная информация (эксперимент, библиография, параметры ядра) - Additional information (Experiment, Bibliography, Nucleus parameters);
  • Изомерные состояния ядра (Isomeric states of nucleus);

  • Исходные файлы (Source files (ASCII)).

3.2.1. Группы параметров раздела “Основная информация (Core information)”

    Данная группа параметров (Рис. 12) даёт возможность поиска по основным характеристикам атомного ядра, его состояний (уровней), гамма переходов с его уровней, конечных уровней γ-переходов, α-распадов, β-распадов, К-захватов на уровни атомного ядра и начальных уровней данных распадов.


Рис. 12. Входная форма группы полей «Основная информация – Core information», в которой возможно определить направление поиска – ядра, их состояния (уровни), гамма-переходы, конечные ядра, радиоактивные распады, дополнительная информация

Группа параметров «Ядро – Nucleus”. Данная группа параметров (Рис. 13) позволяет задать (большие окошки “Querry parameters” слева) для поиска значения массы и заряда изучаемого атомного ядра при особом учете факта его стабильности и сформировать выходную форму запроса (метки в маленьких окошках “Select for output” справа). Принцип формирования запроса (большие окошки) и выходной формы (маленькие окошки) является общим для всех групп параметров БД.


Рис. 13. Входная форма группы полей параметра «Ядро – Nucleus», в которой возможно указать заряд, массовое число и число нейтронов для искомых ядер и задать необходимость выдачи (“Select for Output”) массового числа в выходной форме

Группа параметров «Уровень — Level». Данная группа параметров (Рис. 14) позволяет задать параметры для поиска и/или выдачи различных характеристик уровня атомного ядра:

  • энергия;
  • спин и четность;
  • номер набора (спин и четность – порядковый номер уровня);
  • время жизни;
  • угловой момент;
  • спектроскопический фактор;
  • квадрупольный момент;
  • изоспин.

Рис. 14. Входная форма группы полей параметра «Уровень – Level», позволяющая задать характеристики искомых состояний (уровней) ядер и указать (поля - “Select for Output”), те из них, которые должны быть представлены в выходной форме

    Для иллюстрации организации поиска и формирования формы выходных данных на Рис. 15 приведен ответ системы на запрос: «Найти ядра, в которых имеются уровни со спином J = 89/2 и при этом указать сами ядра, а также энергию и спин-четность соответствующих состояний». Для выполнения этого запроса необходимо:

  • с целью задания искомого параметра спина «89/2» в форме группы полей параметра «Уровень – Level» (Рис. 14) в большом окошке “Querry parameters” набрать значение «89/2» (набор двух и более значений спина приведет к указанию уровней, обладающих и этими значениями спина);
  • с целью перечисления в выходной форме значений энергий, спинов и четностей найденных уровней в той же форме на Рис. 14 пометить маленькие окошки “Select for output” напротив больших окошек запроса “Energy” и “Spin and parity” (метка дополнительного окошка, например, “Half-life time” приведет к появлению в выходной форме дополнительного столбца, в котором будут указаны значения времени жизни уровня);
  • с целью перечисления в выходной форме найденных ядер в форме группы полей параметра «Ядро – Nucleus» (Рис. 13) пометить маленькое окошко «Select for output» напротив окна запроса «Mass number» (метка окна “Stable” приведет к тому, что из всего набора ядер, удовлетворяющих условиям запроса, в выходной форме будут перечислены лишь стабильные ядра).

    Рис. 15. Ответ системы на запрос: «Найти ядра, в которых имеются уровни со спином J = 89/2 и при этом указать эти ядра, а также энергии, спины и четности их состояний»

    Следует отметить, что в виде подобных таблиц с числом и содержанием столбцов, соответствующими сформированным пользователем выходным формам, будут выданы ответы на любые запросы, организуемых с помощью БД по ядерной спектроскопии. При этом первым столбцом выходной таблицы всегда будет являться столбец с названием «ENSDF Source», содержащий 2 раздела – числовой (указан первым) и графический «Level plot», указанный вторым.
    Первый раздел (на примере с Рис. 15 – “109.65” для ядра “51-SB-109”) содержит всю оцененную (Adopted), то есть проанализированную экспертами самую точную и надежную на момент обновления последней версии массива числовую и библиографическую информацию из исходного массива ENSDF, относящуюся к уровням и переходам между ними в ядре 109Sb.
    Второй раздел «Level plot» содержит оцененную информацию об уровнях и переходах между ними в ядре в графическом виде (Рис.16). На Рис. 16 приведен пример такого представления данных об уровнях и переходах ядра 105Nb.
    Подобные же принципы задания параметров поиска и формирования выходной формы используются и во всех остальных группах параметров системы.


Рис. 16. Пример графического представления данных об уровнях и переходах между ними (Adopted Levels, Gammas. ядро105Nb)

    Группа параметров «Гамма переход – Gamma transition» включает в себя две подгруппы – «Гамма излучение Gamma ray» и «Конечный уровень – Final level».
    Первая подгруппа (Рис. 17, верхняя часть – “Gamma ray”) позволяет задать параметры для поиска и/или выдачи различных характеристик для γ-переходов:

  • энергия;

  • относительная интенсивность;

  • полная интенсивность;

  • мультипольность;

  • коэффициент ветвления;

  • полный коэффициент конверсии.


Рис. 17. Входная форма группы полей параметра «Гамма переход – Gamma transition»

    Вторая подгруппа (Рис. 17, нижняя часть – “Final level”) позволяет для уровней конечных ядер задать те же параметры, что предусмотрены и для исходных ядер (см. Рис. 14).

    Группа параметров «Распад – Decay». Данная группа параметров (Рис. 18) описывает характеристики начального уровня родительского ядра (все параметры, перечисленные в предыдущих разделах для исходного и конечного ядер), а также параметры α-распадов (энергия α-частицы, Hindrance factor, β-распадов (энергия, интенсивность, log ft).


Рис. 18. Входная форма группы полей параметра «Гамма переход – Gamma transition»

    Параметр «Тип данных – Data type». Данный параметр позволяет задать наборы данных, по которым будет производиться поиск. Данные в ENSDF делятся на две большие группы:

  • исходные экспериментальные (Experimental) данные, полученные в экспериментах различного типа (реакции, распады)
  • проанализированные, оцененные специалистами (Adopted) – рекомендованные в качестве наиболее надежных и достоверных данных о данном ядре (естественно, без указаний экспериментальных источников).

3.2.2. Группы параметров раздела «Дополнительная информация (Additional information)»

    Эта группа параметров включает в себя характеристики эксперимента (тип распада, описание реакции – Рис. 19), библиографические сведения (дата и ссылка – Рис. 20) и энергетические характеристики ядра (полная энергия α-распада, энергии отделения нейтрона и протона, значение Q – Рис. 21).


Рис. 19. Входная форма группы полей параметра «Дополнительная информация (Additional information)»: эксперимент»
 

Рис. 20. Входная форма группы полей параметра «Дополнительная информация (Additional information): библиографические сведения»


Рис. 21. Входная форма группы полей параметра «Дополнительная информация (Additional information)»: энергетические характеристики ядра

3.2.3. Группа параметров «Изомерные состояния ядра – Isomeric states of nucleus»

    Эта группа включает в себя (Рис. 22) характеристики ядра (заряд или символ, массовое число), имеющего изомерные состояния и характеристики таких уровней (энергия, спин, четность, время жизни).


Рис. 22. Входная форма группы полей параметра «Изомерные состояния ядра – Isomeric states of nucleus»

3.2.4. Группа параметров «Исходные файлы – Source files (ASCII)»

    Эта группа включает в себя (Рис. 23) полные исходные файлы (фрагменты исходного массива ENSDF в формате ASCII) с информацией об уровнях и переходах конкретных ядер с заданным массовым числом.


Рис. 23. Входная форма группы полей параметра «Исходные файлы – Source files (ASCII)»

3.2.5. Примеры обработки запросов в БД «Relational ENSDF»

    Один из простейших запросов к БД («Найти ядра, в которых имеются уровни со спином J = 89/2 и при этом указать ядра, а также энергию и спин-четность состояний») был рассмотрен выше (Рис. 15). Очевидно, что он имеет огромное число модификаций, обработка которых в БД принципиально ничем не отличается от рассмотренной выше – уровни с определенными энергиями, изоспинами, временами жизни, переходы с определенными характеристиками, уровни конечного ядра с определенными параметрами и т.д. и т.п.
    Описанные выше поисковые формы созданной БД наглядно показывают, какое огромное количество разнообразных параметров может быть обработано в самых различных сочетаниях в едином запросе к БД.
    Следует еще раз отметить, что все запросные формы могут быть использованы как по отдельности, так и вместе. Увеличение комбинации рассматриваемых вместе параметров запроса, уточнения для характеристик исходного и конечного ядер, параметров переходов между уровнями могут добавляться принципиально безо всяких ограничений, единственным следствием усложнения запроса сверх некоторого оптимума станет некоторое увеличение времени для его обработки.
    На Рис. 24 в качестве примера практически «неограниченных» поисковых возможностей БД «Полная реляционная база ядерно-спектроскопических данных (Relational ENSDF)» приводится ответ системы на следующий запрос - «Найти ядра, в которых имеются уровни со спином-четностью JP = 3/2 или 5/2 (такое обозначение означает, что подразумевается как положительное, так и отрицательное значение четности) и изоспином Т = 3/2, возбуждаемые в диапазоне энергий Е = 4  6 МэВ и при этом распадающиеся с испусканием γ-квантов с энергиями Eγ = 2000 – 3000 кэВ на уровни конечного ядра с J = 5/2 или 7/2 (при этом должна быть выдана также информация об энергиях, значениях JPи T1/2 конечных состояний)».


Рис. 24. Ответ на запрос «Найти ядра, в которых имеются уровни со спином-четностью JP = 3/2- или 5/2 и изоспином Т = 3/2, возбуждаемые в диапазоне энергий Е = 4 – 6 МэВ и при этом распадающиеся с испусканием γ-квантов с энергиями Eγ= 2000 - 3000 кэВ на уровни конечного ядра с J = 5/2  или 7/2 (при этом должна быть выдана также информация об энергиях, значениях JPи T1/2 конечных состояний)»

    Для обработки такого сложнейшего запроса необходимо всего лишь последовательно заполнить или просто отметить соответствующие окошки в нескольких входных формах:

  • во входной форме группы полей параметра «Ядро – Nucleus» (Рис. 13) пометить окошко “Selected for output” – Mass number;
  • во входной форме группы полей параметра «Уровень – Level» (Рис. 14) задать энергию уровней (4000 – 6000 эВ), значения спина и четности (3/2-, 5/2), изоспина (3/2); пометить соответствующие окошки “Selected for output”;
  • во входной форме группы полей параметра «Гамма переход – Gamma transition» (Рис. 17) в верхней части задать энергию γ-квантов (2000 – 3000 кэВ), а в нижней – значения спина и четности (5/2,7/2) уровней конечного ядра; пометить соответствующие окошки “Selected for output”.

    Следует еще раз отметить, что любые уточнения характеристик исходного и конечного ядер, параметров переходов между уровнями могут добавляться принципиально безо всяких ограничений.
    Вместе с тем, следует особо обратить внимание на возможность эффективной обработки в созданной системе относительно простых запросов, сформулированных таким образом, чтобы в результате была получена некоторая неизвестная ранее систематика, в общем-то, известных данных. Очень часто результаты таких поисков могут представлять собой новое знание – неизвестные ранее закономерности изменения известных величин.


Рис. 25. Результат поиск по запросу – «Найти энергии первых (нижних) уровней со спинов и четностью JP = 2+ в ядрах с Z = 20 (изотопы Ca) и Z = 40 (изотопы Zr).

    На Рис. 25 приведен результат поиска, который представляет собой абсолютно новый научный результат (не обсуждавшийся ранее в научной литературе, открывший целое новое направление исследований по структуре атомных ядер – поиск и исследование условий существования новых магических чисел). Вопрос для выполненного поиска формулировался так – «Найти энергии первых (нижних) уровней со спином и четностью JP = 2+ в ядрах с Z = 20 (изотопы Ca) и Z = 40 (изотопы Zr)». Хорошо видно, что максимальные значения энергий таких уровней – одной из наиболее характерных признаков магичности ядер – четко выделяют не только два хорошо известных дважды магических ядра – 4020Ca20 (3.904 МэВ) и 4820Ca28 (3.831 МэВ), а также магическое по числу нейтронов (N = 50) ядро 9040Zr50 (2.186 МэВ), но и ядро 9640Zr56 (1.750 МэВ), которое ни по числу протонов (Z = 40), ни по числу нейтронов (N = 56) к магическим ядрам никогда и никем не относилось. В нескольких работах, в которых исследовалось поведение в соседних ядрах ряда других параметров (например, параметра квадрупольной деформации, отношения энергий первых уровней с JP = 4+ и JP = 2+), было показано, что ядро 9640Zr56, как и несколько других, действительно являются ядрами, имеющими явно выраженные свойства, типичные для классических магических ядер, но никоим образом не описываемыми традиционной классической моделью оболочек.

previoushomenext

На головную страницу

Рейтинг@Mail.ru