Поиск тетранейтрона в реакции фоторасщепления ядра висмута

Abstract

На линейном ускорителе электронов ННЛА (ЕрФИ) при средних энергиях Êе = 28 и 30 МэВ (с гауссовской шириной σе  0.7 МэВ) осуществлен поиск околопорогового образования четырехнейтронной системы в индуцированной тормозными фотонами реакции 209Bi(γ,4n) 205Bi (с порогом Еγ th = 29.5 МэВ). В эксперименте был применен метод активационного анализа. Гамма-спектроскопические измерения проводились в подземной низкофоновой лаборатории ННЛА. Благодаря низкофоновым условиям удается при Ee = 30 МэВ надежно идентифицировать ядро 205Bi и впервые определить взвешенное по спектру тормозных фотонов сечение σw и усредненное по спектру тормозных фотонов сечение этого редкого околопорогового процесса: σw = (4.42  0.48)×10–4 мб и = (1.95  0.22) мб. При энергии Êе = 28 МэВ образования 205Bi не наблюдается. Низкофоновые условия позволяют также наблюдать редкий процесс распада долгоживущего (T1/2 = 3.68×105 лет) радионуклида 208Bi, образованного в однонейтронной реакции 209Bi(γ,n) 208Bi, и измерить при энергиях Êе = 28 и 30 МэВ ее взвешенное и среднее сечения, соответственно, σw = (19.6 ± 3.5) и (16.4 ± 2.2) мб и = (139 ± 25) и (142 ± 19) мб. На основе данных при Êе = 28 МэВ установлена верхняя граница 10–5 выхода реакции образования гипотетического связанного состояния четырех нейтронов (тетранейтрона) по отношению к выходу реакции 209Bi(γ,n) 208Bi. Проведено сравнение полученных экспериментальных данных с предсказаниями моделей TALYS1.9 и FLUKA. Показано, что предсказания моделей сильно (более чем на порядок) занижены по сравнению с измеренным при Êе = 30 МэВ сечением реакции 209Bi(γ, 4n) 205Bi. Такое расхождение может быть обусловлено тем, что в моделях не предусмотрена возможность образования коррелированных нейтронных систем, в частности, резонансного состояния четырех нейтронов с энергией возбуждения около 2.4 МэВ, обнаруженного недавно в реакции 1 H(8 He,1 H+4 He)4n. По-видимому, наблюденное в данной работе околопороговое образование четырехнейтронной системы может служить косвенным указанием на ее резонансный характер. At the linear electron accelerator AANL (YerPhI), at mean electron energies Êе = 28 and 30 MeV (with a Gaussian width σе  0.7 MeV), an attempt is undertaken to search for nearthreshold production of four-neutron system in the reaction 209Bi(γ,4n) 205Bi (with the threshold energy Еγ th = 29.5 MeV) induced by bremsstrahlung photons. The induced activity method was applied in the experiment. The gamma-spectroscopic measurements were carried out in the underground laboratory of the AANL. Owing to low-background conditions in the laboratory, one achieves, at Êе = 30 MeV, a reliably identification of 205Bi radionuclide and first determination of the near-threshold cross sections of this rare process, namely, the weighted by the spectrum of bremsstrahlung photons cross section σw = (4.42  0.48)×10–4 mb and the averaged over the spectrum of bremsstrahlung photons cross section = (1.95  0.22) mb. No 205Bi production was observed at Êе = 28 MeV. Low-background conditions allow one also to identify the rare decays of the 208Bi nucleus produced in the reaction 209Bi(γ,n) 208Bi, and measure its weighted and averaged cross sections at Êе = 28 and 30 MeV: σw = (19.6  3.5) and (16.4  2.2) mb and = (139  25) and (142  19) mb, respectively. From the data at Êе = 28 MeV, an upper limit of the yield of a hypothetical four-neutron bound state (tetraneutron) production reaction relative to the yield of the reaction 209Bi(γ, n) 208Bi is estimated to be 10–5. The obtained experimental data are compared with predictions of the TALYS1.9 and FLUKA models. It is shown that the measured at Êе = 30 MeV cross section of the reaction 209Bi(γ,4n) 205Bi strongly overestimates (by more than one order of magnitude) the theoretical value. This disagreement can be caused by the fact that the models do not foresee the production of correlated neutron clusters, in particular, four-neutron resonance state with 2.4 MeV excitation energy observed recently in the reaction 1 H(8 He,1 H+4 He)4n. The near-threshold production of four-neutron system, observed in present work, can, probably, serve as an indirect indication on its resonance nature.