Глава 2.
Международные базы данных по ядерным реакциям

    Как отмечалось выше, абсолютное большинство данных о сечениях фотоядерных реакций (как полных, так и парциальных) получено в экспериментах двух основных типов – использующих пучки тормозного γ-излучения (ТИ) и квазимоноэнергетических аннигиляционных (КМА) фотонов. Было показано, что условия получения информации о сечении реакции в экспериментах этих двух типов заметно различаются, поскольку существенно различаются аппаратные функции. Различия эффективных спектров фотонов (Рис. 2 Главы 1) в ТИ  и КМА экспериментах по существу ставят вопрос о том, что именно в них интерпретируется как сечение реакции.
    Все сказанное делает совершенно неудивительным то, что сразу после того, как сечения одной и той же реакции были получены в экспериментах обоего типа, между результатами ТИ  и КМА экспериментов были обнаружены расхождения, по величине превосходящие (и иногда значительно) достигнутые в экспериментах статистические погрешности. Эти расхождения заключаются в следующем – сечения фотоядерных реакций, полученные с помощью КМА фотонов, по сравнению с сечениями аналогичных реакций – результатами ТИ экспериментов:

  • в подавляющем большинстве случаев, имеют более плавную (сглаженную) форму;
  • во многих случаях имеют меньшую абсолютную величину.

    Очевидно, что для надежного исследования ГДР, различных каналов его распада и их конкуренции в процессах формирования ГДР необходимо, прежде всего, обеспечить возможности детального и точного определения сечений реакции полного фотопоглощения и парциальных фотоядерных реакций, прежде всего, таких как (γ,n), (γ,p), (γ,np), (γ,2n), (γ,3n). Из всего сказанного ясно, что экспериментально надежно выделить отдельно одну из перечисленных реакций и определить ее сечение возможно далеко не всегда. Трудности экспериментального исследования фотоядерных реакций (отсутствие интенсивных пучков моноэнергетических фотонов, малые величины сечений реакций, относительно близкие значения энергетических порогов различных реакций, высокие уровни фона, недостаточные эффективности детекторов и др.) зачастую вынуждают экспериментаторов использовать далеко не оптимальные сочетания экспериментальных условий.
    Среди проблем, которые существенно затрудняют получение надежной информации о сечениях фотоядерных реакций и представляют наибольшие трудности для однозначной интерпретации результатов разных экспериментов при их сравнении, можно как основные выделить следующие:

  • немонохроматичность фотонных пучков;
  • корректность учета множественности продуктов многих реакций, прежде всего реакции (γ,2n).

    Первая трудность связана с отсутствием достаточно интенсивных пучков моноэнергетических фотонов и тем самым, с особенностями создания в фотоядерных экспериментах специальных условий, в которых эффективный спектр фотонов, вызывающих реакцию, может рассматриваться как квазимоноэнергетический, то есть в определенной степени близкий к моноэнергетическому. Вторая трудность обусловлена особенностями разных методов, используемых для идентификации и регистрации различных продуктов реакций. Отсутствие при проведении конкретных экспериментов должного внимания хотя бы к одной из перечисленных трудностей, а тем более к ним обеим, чревато проявлением существенных расхождений в интерпретации полученных в эксперименте результатов. Во многих случаях это приводит к значительным систематическим расхождениям между результатами разных экспериментов. Выявление таких систематических расхождений и устранение их влияния на результат каждого отдельного эксперимента возможно лишь на основе детального и совместного общего анализа результатов многих экспериментов с аккуратным учетом того, что именно и в каких именно условиях было получено.
    Очевидно, что эффективное проведение детального совместного анализа большого количества результатов разных экспериментов возможно лишь при наличии компьютерных методов хранения и использования числовой информации об этих результатах. Такие методы стали доступны исследователям после создания международных баз данных по ядерным реакциям.

2.1. Международная сеть Центров данных по ядерным реакциям МАГАТЭ

    Все сказанное выше актуально не только для фотоядерных, но и для любых ядерно-физических исследований. В этой связи международное научное сообщество образовало под эгидой Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) сотрудничество Центров ядерных данных, которое первоначально образовали 4 головных организации – Секция ядерных данных МАГАТЭ, Национальный центр ядерных данных (Брукхэвенская Национальная лаборатория) США, Банк данных Агентства по атомной энергии Франции и Центр ядерных данных (Физико-энергетический институт, город Обнинск, Россия), основные интересы которых были направлены на подготовку данных по ядерным реакциям под действием нейтронов с целью решения задач атомной и ядерной энергетики. Впоследствии к ним присоединилось еще несколько Центров и групп ядерных данных из Венгрии, Китая, Кореи, России, Украины, Японии, а в круг интересовбыли включены данные по ядерным реакциям под действием заряженных частиц и тяжелых ионов.
    Около 20 лет назад по инициативе Секции ядерных данных МАГАТЭ в НИИЯФ МГУ был организован Центр данных фотоядерных экспериментов (ЦДФЭ). В настоящее время ЦДФЭ - участник широкой международной Сети Центров ядерных данных МАГАТЭ [1] (Рис. 1, 2).
    Основными задачамиучастников сети (в том числе и ЦДФЭ, ответственного за данные по реакциям под действием фотонов) является создание полных (репрезентативных)баз данных (БД)по характеристикам ядерных реакций, а также и свойствам атомных ядер и их эффективное использование для решения широкого класса задач фундаментальных и прикладных исследований, а также разнообразных практических приложений.

Для решения таких задач Центры согласованно:

  • организуют поиск и компиляцию данных;
  • обеспечивают форматирование данных в согласованных форматах;
  • проводят экспертизу точности и надежности данных;
  • осуществляют согласование результатов различных экспериментов;
  • создают системы доступа к данным (банки и базы данных, Интернет-интерфейсы);
  • анализируют и оценивают данные;
  • готовят, издают и распространяют аналитические обзоры, указатели, атласы и т.д. и т.п.

Рис. 1. Главная страница Web-сайта Международной сети Центров данных по ядерным реакция МАГАТЭ. Указаны Основные Центры сети.

 


Рис. 2. Специализированные Центры ядерных данныхМеждународной сети МАГАТЭ.

2.2. Web-сайт Центра данных фотоядерных экспериментов НИИЯФ МГУ
– система реляционных баз ядерных данных

В настоящее время на Web-сайте ЦДФЭ пользователям предоставляются 11 баз данных - БД [2 - 9]:

– огромное количество характеристик (выходы, сечения, функции возбуждения реакций, энергетические, угловые, зарядовые, массовые и другие распределения частиц-продуктов реакций, поляризации, анализирующие способности, корреляции и др.) ядерных реакций под действием самых различных налетающих частиц;

– вся информация (энергии, спины, четности, времена жизни, мультипольности, коэффициенты ветвления и смешивания, вероятности переходов, значения параметра log ft распадов, абсолютно уникальные данные об изоспинах ядерных состояний, квадрупольных моментах и деформациях ядер и многие другие) об уровнях всех известных в настоящее время (~ 3500) атомных ядер и переходах между ними;  – самые современные [10] данные (распространенности стабильных изотопов или времена жизни нестабильных, атомные массы, дефекты масс, энергии связи, спины, четности, изоспины основных состояний ядер, энергии первых изобар-аналогов и др.) по атомным ядрам в целом; – справочно-библиографическая информация по ядерно-физическим работам из международного массива NSR (Nuclear Science References); – данные по характеристикам (энергия максимума, амплитуда в максимуме, ширина резонанса, интегральные сечения и моменты и другие) гигантских дипольных резонансов, наблюдаемых в сечениях ядерных реакций под действием γ-квантов;  – коллекция справочно-библиографической информации об экспериментальных работах, посвященных исследованию электромагнитных взаимодействий ядер, основанная на данных многих компиляций, в том числе и известного 15-томного издания [11]; – данные [12] о квадрупольном моменте Q и параметре квадрупольной деформации β2 атомных ядер (1922 набора данных для 1439 ядер), а также данные об их зарядовых радиусах (900 изотопов 90 элементов (Z= 1 – 96, N= 0 – 152));  – реляционная БД, основанная на использовании самых современных и надежных данных о массах атомных ядер [10] позволяет быстро и точно рассчитывать значения важных характеристик любых (на любых ядрах-мишенях, под действием любых налетающих частиц и для любого количества любых комбинаций вылетающих частиц) ядерных реакций, а также в наглядной графической форме представлять зависимости энергий отделения одного и двух нейтронов или протонов;  – волновые функции, необходимые для описания взаимодействия атомов и ионов с заряженными частицами и фотонами, а также для расчетов одноэлектронных (ионизация, возбуждение, перезарядка) и двухэлектронных (двухкратная ионизация, двухкратное возбуждение) сечений в области спектроскопии;  – содержит уникальные данные указанных вероятностей (коэффициентов внутренней конверсии).

2.3. Возможности базы данных по ядерным реакциям системы EXFOR

    БД по ядерным реакциям EXFOR(EXFOR - EXchange FORmat [13]) включает в себя огромное количество данных по ядерным реакциям под действием фотонов, нейтронов, заряженных частиц и тяжелых ионов. В настоящее время БД содержит(более 250 тысяч работ, свыше 2 миллионов наборов данных, ~ 500 Мб) разнообразные данные (выходы, полные и парциальные сечения, спектры, угловые, зарядовые, массовые распределения, поляризации, анализирующие способности, и т.п.) по ядерным реакциям. БД позволяет по большому числу признаков и их сочетаний подбирать данные для любых реакций (налетающая и вылетающие частицы, конечное ядро), энергий и/или углов, типов пучка, детектора, лаборатории, авторов и т.д. и т.п.; подобранные данные, как правило, представлены в виде графиков и таблиц.
    Эта БД включает в себя данные по всем сечениям фотоядерных реакций из широко известных специалистам Атласов и других справочно библиографических изданий [11, 14 - 19].
    База данных предназначается для решения информационно исследовательских задач как фундаментальных, так и прикладных исследований в области ядерной физики и большого числа смежных областей. Поисковая система базы данных обеспечивает пользователю возможность поиска (по отдельным значениям параметров, по их диапазонам и наборам) по конкретным параметрам, определяющим исследованную реакцию:

  • ядро мишень;
  • налетающая частица;
  • тип пучка налетающих частиц;
  • вылетающая(ие) частица(ы);
  • конечное(ые) ядро(а);
  • определенная характеристика (выход, сечение, энергетический спектр, угловое распределение и т.п.) реакции;
  • энергии налетающих частиц;
  • углы вылета вылетающих частиц;
  • метод;
  • установка;
  • детектор;
  • полная библиографическая ссылка;
  • фамилии авторов (не только первого);
  • институт (лаборатория).

    Поисковая форма БД по ядерным реакциям приведена на Рис. 3 - 5.
    По сравнению с поисковой системой аналогичного назначения, разработанной в Секции ядерных данных МАГАТЭ (зеркало – в НЦЯД США), поисковая система ЦДФЭ имеет режим так называемой “обратной геометрии – Inverse Geometry” (Рис. 3), позволяющей в едином запросе получать данныедля обеих комбинаций типа “ядро-мишень – налетающая частица” при соответствующем пересчете энергий.
    В результате выполнения запроса пользователю выдается таблица (Рис. 5), в которой представлена краткая характеристика каждой публикации, удовлетворяющей параметрам запроса, в данном случае – сечения всех реакций под действием γ-квантов на ядре-мишени 26Mg.
    В случае необходимости пользователь может получить:

  • расширенное описание заинтересовавшей его работы, позволяющее ему визуально оценить данные (Рис. 6);
  • некоторые дополнительные характеристики эксперимента (Рис. 7);
  • фрагмент исходного файла EXFOR (Рис. 8), содержащего числовые данные;
  • полную библиографическую ссылку (Рис. 9) на оригинальную публикацию, данные из которой были включены в обсуждаемый раздел БД EXFOR.

    Следует отметить, что с точки зрения обеспечения условий анализа с единых позиций данных, полученных в различных экспериментальных условиях, обсуждаемая БД предоставляет пользователям целый ряд уникальных возможностей подбора данных:

  • определенного типа;
  • полученных с помощью фотонного пучка конкретного типа;
  • полученных при использовании детекторов конкретных типов;

  • полученных при использовании конкретного метода обработки (извлечения информации о сеченииреакции из ее экспериментального выхода);

  • полученных в определенной лаборатории (на определенной установке).

Рис. 3. Поисковая форма БД по ядерным реакциям (верхняя часть).

 


Рис. 4. Поисковая форма БД по ядерным реакциям (средняя часть).

 


Рис. 4. Поисковая форма БД по ядерным реакциям (нижняя часть).


Рис. 5. Выходная форма запроса относительно данных по сечениям всех известных реакций под действием γ–квантов на ядре 26Mg.



Рис. 6. Визуальное представление данные по сечению реакции 26Mg(γ,p) из раздела БД с номером L0125003.


Рис. 7. Дополнительные характеристики эксперимента по определению сечения реакции 26Mg(γ,p) из раздела БД с номером L0125003.


Рис. 8. Фрагмент исходного файла EXFOR с номером L0125003, содержащий числовые данные по сечению реакции 26Mg(γ,p).


Рис. 9. Фрагмент БД «Публикации по ядерной физике (База данных "NSR")», содержащей полную библиографическую ссылку на оригинальную публикацию, содержащую данные по сечению реакции 26Mg(γ,p), включенные в исходный файл БД EXFOR с номером L0125003.

Литература к Главе 2
  1. Ed. by V.G.Pronyaev, The Nuclear Data Centres Network. IAEA Nuclear Data Section, INDC(NDS)-401, IAEA, Vienna, Austria, 1999.
  2. И.Н.Бобошин, В.В.Варламов, Е.М.Иванов, C.В.Иванов, Н.Н.Песков, М.Е.Степанов, В.В.Чесноков. Труды Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет». Новороссийск, 2001 г., с. 19.
  3. В.В.Варламов, C.Ю.Комаров, Н.Н.Песков, М.Е.Степанов, В.В.ЧесноковТруды Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет», 2002 г., с. 58.
  4. И.Н.Бобошин, Р.Ж.Валиев, В.В.Варламов, C.Ю.Комаров, Н.Н.Песков, С.Б.Сёмин, М.Е.Степанов. Всероссийская научная конференция «Научный сервис в сети Интернет», 2003 г., с. 47.

  5. В.В.Варламов, C.Ю.Комаров, С.Б.Сёмин, В.В.Чесноков. Всероссийская научная конференция «Научный сервис в сети Интернет», 2003 г., с. 52.

  6. И.Н.Бобошин, Д.Д.Бранец, В.В.Варламов, C.Ю.Комаров, Э.И.Кэбин, Ли Чжон Чжу, Н.Н.Песков, М.Е.Степанов, В.В.Чесноков. Труды Всероссийской научной конференции«Научный сервис в сети Интернет», 2004 г., с. 22.
  7. И.Н.Бобошин, В.В.Варламов, В.В.Вязовский, С.Ю.Комаров, Н.Н.Песков, М.Е.Степанов, В.В.Чесноков. Труды Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет: технологии распределенных вычислений», 2005 г., с. 156.

  8. И.Н.Бобошин, В.В.Варламов, С.Ю.Комаров, Н.Н.Песков, М.Е.Степанов, В.В.Чесноков. Труды Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет: технологии параллельного программирования», 2006 г., с. 198.

  9. И.Н.Бобошин, В.В.Варламов, С.Ю.Комаров, В.Н.Орлин, Н.Н.Песков, В.В.Чесноков. Труды Восьмой Всероссийской научной конференции «Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции», Суздаль, Россия, 04 – 06 октября 2005 г, ISBN 5-8397-0476-8, Издательство Ярославского государственного университета, 2006, с. 145.

  10. G.Audi, A.H.Wapstra, C.Thibault. Nucl.Phys., A279 (2003) 337.

  11. E.G.Fuller, H.Gerstenberg. Photonuclear Data - Abstracts Sheets 1955 - 1982. NBSIR 83-2742. U.S.A. National Bureau of Standards, 1986.

  12. N.J.Stone, Atomic Data and Nuclear Data Tables, 90 (2005) 75

  13. Ed. by V.McLane, EXFOR Systems Manual. Nuclear Reaction Data Exchange Format. BNL-NCS-63330, BNL, NNDC, USA, 1996.

  14. S.S.Dietrich, B.L.Berman. Atomic Data and Nuclear Data Tables 38, 1988, 199.

  15. A.V.Varlamov, V.V.Varlamov, D.S.Rudenko, M.E.Stepanov. Atlas of Giant Dipole Resonances. Parameters and Graphs of Photonuclear Reaction Cross Sections. INDC(NDS)-394, IAEA NDS, Vienna, Austria, 1999.

  16. В.В.Варламов, В.В.Сапуненко, М.Е.Степанов. Фотоядерные данные 1976-1995. Указатель. -М.: Издательство Московского государственного университета, 1996.

  17. B.L.Berman, and S.C.Fultz. Rev.Mod.Phys. 47 (1975) 713.

  18. T.Asami, T.Nakagawa. Bibliographic Index to Photonuclear Reaction Data (1955 – 1992). Japan Atomic Energy Research Institute. JAERI – M 93-195, 1993.

  19. Ed. By A.I.Blokhin, M.B.Chadwick, T.Fukahori, Y. Han, Y.-O.Lee, M.N.Martins, S.F.Mughabhab, P.Oblozinsky, V.V.Varlamov, B.Yu, J.Zhang. Handbook on Photonuclear Data for Applications. Cross-sections and Spectra. International Atomic Energy Agency, IAEA-TECDOC-1178, 2000.

ВведениеСодержаниеВзамодействие электронов с веществом

На головную страницу

Рейтинг@Mail.ru