Ишханов Б.С., Капитонов И.М. Гигантский дипольный резонанс атомных ядер:
история предсказания, открытия, изучения уникального явления: 75 лет исследований

---

Оглавление				3
Предисловие (И. М. Капитонов)				6
Введение				10
Глава 1. Предсказание ГДР				13
Глава 2. Первый этап экспериментальных исследований ГДР				16
Глава 3. Исследования фотоядерных реакций в НИИЯФ МГУ				23
1. Эксперименты на 35МэВ-бетатроне НИИЯФ МГУ				35
2. Исследование сечений фотопротонных реакций				38
3. Исследование сечений фотонейтронных реакций				40
4. Эксперименты по расшифровке природы состояний гигантского резонанса				44
5. Измерение спектров фотопротонов в многоканальном режиме				49
6. Измерение спектров гамма-квантов девозбуждения конечных ядер				53
7. Расчет сечений фотоядерных реакций. Метод регуляризации				57
Глава 4. Коллективные модели гигантского дипольного резонанса				61
1. Расчет фоторасщепления ядер в рамках расширенных коллективных моделей				65
Глава 5. ГДР. Модель оболочек. 16O, 40Ca, 90Zr, 208Pb				71
1. Ядро 16O				78
2. Ядро 40Ca				80
3. Ядро 90Zr				82
4. Ядро 208Pb				84
Выводы				86
Глава 6. Распадные характеристики ГДР				90
1. Реакции A → (A – 1)p' и A → (A – 1)n'				92
2. Углерод (12C)				93
3. Кислород (16O)				97
4. Сера (32S)				100
Глава 7. Квазимонохроматические фотоны				103
1. Аннигиляция на лету быстрых позитронов				103
2. Меченые фотоны				107
3. Обратное комптоновское рассеяние лазерных фотонов				109
Глава 8. Комбинированная модель фотоядерных реакций				113
Глава 9. Центр данных фотоядерных экспериментов				123
1. Сравнение КМФР и TALYS				139
Глава 10. Фоторасщепление ядер 1p-оболочки. Конфигурационное расщепление гигантского дипольного резонанса				142
Глава 11. Фоторасщепление ядер 1d2s-оболочки. Конфигурационное расщепление гигантского дипольного резонанса				148
Глава 12. Изоспиновое расщепление ГДР				168
Глава 13. Структура и ширина ГДР				176
Глава 14. Фоторасщепление ядер с A = 40–100				181
Глава 15. Фоторасщепление ядер с A > 100. Формирование магической ширины ГДР				190
1. Фоторасщепление ядер с A > 100				190
2. Формирование магической ширины ГДР				194
Глава 16. От бетатрона к разрезным микротронам				196
1. Импульсные разрезные микротроны				200
Глава 17. Ядерная резонансная флуоресценция на инжекторе разрезного микротрона непрерывного действия				207
1. ЯРФ-установка НИИЯФ МГУ				209
2. Магнитные орбитальные возбуждения ядер 1f 2p-оболочки				213
Глава 18. Фоторасщепление за гигантским дипольным резонансом. Множественные фотонуклонные реакции. Гамма-активационный метод				223
Глава 19. Гамма-активационный исследовательский комплекс НИИЯФ МГУ. Методика эксперимента				229
Глава 20. Формирование фотонуклонных сечений за гигантским дипольным резонансом. Квазидейтронный механизм фоторасщепления атомных ядер				236
Глава 21. Фоторасщепление золота и висмута за гигантским дипольным резонансом				240
Глава 22. Фоторасщепление изотопов палладия				246
Глава 23. Исследование фотоделения ядер				255
Глава 24. Новые формы ГДР				260
Глава 25. Аналоги ГДР в неядерных микросистемах				266
Заключение				270

---

Три четверти века назад советский физик-теоретик, будущий академик, Аркадий Бейнусович Мигдал (1911–1991) в своей работе «Квадрупольное и дипольное -излучение ядер» (ЖЭТФ, 1945 г.) предсказал явление, которое в современной физике ядра именуют гигантским дипольным резонансом (ГДР). Через два года это явление было обнаружено экспериментально и с тех пор началась эпоха его интенсивного изучения. Важность сделанного открытия состояла в том, что было обнаружено первое ядерное возбуждение, имеющее коллективную природу. Оказалось, что этот резонанс представляет собой универсальное и фундаментальное ядерное возбуждение, наиболее ярко проявляющееся в ядерных реакциях, вызываемых фотонами (фотоядерных реакциях). Оно присуще всем ядрам с числом нуклонов больше двух. Его изучение сыграло исключительную роль в понимании структуры и динамики атомных ядер. В резонансе все протоны ядра согласованно (синхронно) колеблются относительно всех нейтронов с частотой 1022 Гц, образуя своеобразный колеблющийся диполь ядерных размеров. Позже были обнаружены и гигантские резонансы другой природы. Все они относятся к коллективным возбуждениям. Таким образом, фактически, начиная с пионерской работы Мигдала, в ядерной физике утвердилась концепция квантовых коллективных мод возбуждения.

Исследования ГДР оказали огромное влияние на формирование современных представлений о динамике ядра. Можно без всякого преувеличения сказать, что формирование ГДР, а также гигантских резонансов другой природы, их свойства и роль в различных ядерных процессах были тем центральным пунктом, вокруг которого на протяжении почти полувека шли основные дискуссии в ядерной физике. Более того, позже были обнаружены аналоги ГДР в неядерных системах — атомах и таких новых и интенсивно исследуемых объектах, состоящих из большого числа молекул и атомов, как металлические кластеры и фуллерены. Методы их изучения и анализа используют богатый опыт фотоядерных исследований.

В экспериментальное исследование ГДР включились ядерные лаборатории наиболее развитых стран, а в его интерпретации участвовали самые авторитетные теоретики-ядерщики. Существенную роль в изучении ГДР сыграли и ученые нашей страны и в частности Московского государственного университета. Эти исследования, начиная с 1959 г., велись в Научно-исследовательском институте ядерной физики (НИИЯФ) МГУ с участием преподавателей, аспирантов и студентов кафедры Общей ядерной физики физического факультета. Эту группу исследователей, состоящих как из экспериментаторов, использующих пучки гамма-квантов от электронных ускорителей (бетатрона, разрезных микротронов), так и из теоретиков, мы для краткости будем называть «фотоядерной группой НИИЯФ МГУ». Данная книга суммирует итоги выполненных этой группой 60-летних исследований ГДР. Создавая и используя для изучения фотоядерных реакций различные экспериментальные методики, и выполняя теоретические расчеты, эта группа получила важные новые данные о том, как формируется и распадается ГДР. Эти результаты хорошо известны и высоко оценены коллегами.

Отметим также, что, используя электронные ускорители нового поколения, фотоядерная группа НИИЯФ МГУ выполнила исследования в соседних с гигантским дипольным резонансом областях энергии — ниже и выше ГДР. Ниже ГДР методом ядерной резонансной флуоресценции изучались магнитные дипольные (М1) возбуждения, а выше ГДР вплоть до 70 МэВ методом наведенной гамма-активности изучались фотоядерные реакции с эмиссией из ядра нескольких (до 10) нуклонов. Эти последние исследования дали, например, информацию о том, каков вклад квазидейтронного механизма фоторасщепления ядер за максимумом ГДР. Таким образом, физики, работающие в этом научном центре Московского университета, исследовали фотовозбуждение ядер в широкой энергетической области от 0 до 70 МэВ, т. е. практически во всей области, в которой располагаются ядерные состояния.

По экспериментальным и теоретическим исследованиям, связанным с изучением фотоядерных реакций и гигантского дипольного резонанса, в НИИЯФ МГУ и на кафедре Общей ядерной физики физического факультета МГУ было выполнено 42 кандидатские диссертации и подготовлено 7 докторов физико-математических наук: Шевченко В. Г. (1967), Ишханов Б. С. (1976), Капитонов И. М. (1984), Гончарова Н. Г. (1990), Шведунов В. И. (1992), Варламов В. В. (1997), Орлин В. Н. (2013).

Описание исследований ГДР, выполненных в МГУ, в предлагаемой книге дается на фоне рассмотрения результатов общемировых экспериментальных и теоретических исследований этого явления. Это позволяет читателю оценить тот вклад, который фотоядерная группа НИИЯФ МГУ внесла в изучение физики ГДР.

Все приводимые в книге научные результаты сопровождаются ссылками на оригинальные и обзорные статьи, из которых они взяты. При этом, учитывая назначение и формат данного издания, список упомянутых в ней статей и их авторов, конечно, не может быть исчерпывающе полным. Они используются в основном в качестве примеров и иллюстраций отдельных высказываемых в книге положений. Тех, кто интересуется более полным списком работ, которые были посвящены исследованию ГДР на протяжении всей его истории, может обратиться к книгам и научным обзорам, приведенным в конце данного Предисловия. Участие советских физиков на начальном этапе исследований ГДР (до 1970 г.) подробно описано в Главе V книги С. С. Васильева, Е. А. Романовского и Б. А. Юрьева «Ядерные реакции при низких и средних энергиях» (М.: Просвещение, 1970).

Данная книга была задумана Борисом Саркисовичем Ишхановым и работа над ней заканчивалась уже после его ухода из жизни. Его роль в развитии фотоядерных исследований в нашей стране трудно переоценить и читатель, знакомясь с содержанием книги, еще раз пройдет с ним долгий и плодотворный путь настоящего ученого.

И. М. Капитонов

---