Saint-petersburg state university russian academy of sciences joint institute for nuclear research

PARTICLE MATTER DENSITY: APPLICATION TO THE 
MEASURED CHARGE DENSITY DIFFERENCE BETWEEN 
THE ISOTONES 
206
Pb – 
205
Tl 
 
Shlomo S.
1,2
, Anders M.R.
1
, Talmi I.
2
 
1 
Cyclotron Institute, Texas A&M University, College Station, Texas, USA; 
2 
The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel 
E-mail: [e-mail] 
 
We present a novel method, using the single particle Schrodinger equation, to 
determine  the  central  potential  directly  from  the  single  particle  matter  density 
and  its  first  and  second  derivatives.  As  an  example,  we  consider  the 
experimental  data  for  the  charge  density  difference  between  the  isotones  
206
Pb  – 
205
Tl,  deduced  by  analysis  of  elastic  electron  scattering  measurements 
and  corresponds  to  the  shell  model  3s
1/2
  proton  orbit,  and  determine  the 
corresponding single particle potential (mean-field). We also present results of 
least-square  fits  to  parametrized  single  particle  potentials.  The  3s
1/2 
wave 
functions  of  the  determined  potentials  reproduce  fairly  well  the  experimental 
data within the quoted errors. The fair agreement with fitted potentials may be 
an indication that effects of short range correlations on charge distributions due 
to  shell  model  wave  functions  are  not  significant.  More  accurate  experimental 
data,  with  uncertainty  smaller  by  a  factor  of  two  or  more,  may  answer  the 
question  how  well  can  the  data  be  reproduced  by  a  calculated  3s
1/2 
wave 
function. 
 
 

 
60 
GAMOW-TELLER RESONANCES IN THE COMPOUND-
NUCLEUS 
118
Sb: PUZZLES OF THE SAROV’S EXPERIMENT 
 
Urin M.H. 
National Research Nuclear University “MEPhI”, Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
More than 30 years ago, two rather narrow (Γ ≈ 1 MeV) resonance structures 
have  been  observed  in  the  excitation  function  of  the 
117
Sn  (pn
tot
)-reaction  [1]. 
The use of the methods successfully exploited early by the Guzhovskii’s group 
(Sarov) in experimental studies of IAR allowed this group to deduce with a high 
accuracy the parameters  of the mentioned structures associated by the authors 
with the Gamow-Teller resonances (GTRs) in the compound-nucleus 
118
Sb. Up 
to  now  these  unique  experimental  results  are  not  reasonably    explained.  This 
point,  and  intention  to  essentially  extend  experimental  studies  of  excitations 
functions of the (pp')- and (pn
tot
)-reactions with a number of tin target-nuclei [2] 
stimulate us to come again to experimental and theoretical studies of the GTR in 
antimony isotopes. We plan to discuss: (i) a comparison of the results of Ref. [1] 
with the corresponding data obtained by means of the direct (
3
He,t)-reaction [3]; 
(ii)  attempts  to  understand  the  mentioned  experimental  results  from  the 
theoretical  point  of  view  with  inclusion  into  consideration  of  the  specific 
structure effect – the GTR splitting  in antimony isotopes near A = 118 [4,5]. A 
number  of  open  questions  and  possible  theoretical  studies  are  planned  to  be 
discussed.    The  main  puzzle  is  the  noticeable  difference  the  GTR  total  width 
deduced  from  the  direct  and  resonance  reactions.  The  small  GTR  total  width 
might  be  a  signature  of  an  approximate  spin-isospin  SU(4)-symmetry 
conservation in nuclei.  
This work is partially supported by RFBR (grant No. 15-02-08007a). 
 
1.  B.Ya.Guzhovskii, B.M.Dzyuba, V.N.Protopopov // JETP Lett. 1984. V.40.P.283. 
2.  S.N.Abramovich, A.G.Zvenigorodskii // Nucl. Phys. Eng. 2013. V.4. P.1097.  
3.  K.Pham et al. // Phys. Rev. C. 1995. V.51. P.526. 
4.  V.G.Guba, M.A. Nikolaev, M.G.Urin // Phys. Lett. B. 1989. V.218. P.283. 
5.  S.Yu.Igashov, V.A.Rodin, M.H.Urin // Phys. At. Nucl. 2013. V.76. P.429. 
 
 

 
61 
SUPERHEAVY NUCLEI SYNTHESIS IN HIGH INTENSIVE 
PULSED NEUTRON FLUXES 
 
Lutostansky Yu.S.
1
, Lyashuk V.I.
1,2
, Panov I.V.
1,3
 
1 
National Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia; 
2 
Institute for Nuclear Research, Russian Academy of Science, Moscow, Russia; 
3
 
Institute for Theoretical and Experimental Physics, Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
Synthesis  of  heavy  and  superheavy  (SH)  nuclei  in  intensive  pulsed  neutron 
fluxes described using adiabatic model [1, 2] based on the astrophysical theory 
of  r-process  nucleosynthesis  [3].  The  nature  of  neutron  pulses  may  be 
astrophysical  and  artificial  one.  So  the  pulse  duration  time  may  vary  from 
microseconds  (nuclear/thermonuclear  explosion)  to  some  seconds  (star 
explosion). In the middle of this interval are pulsed reactors  with milliseconds 
impulses  duration  time.  For  calculating  heavy  and  SH  nuclei  yields  we  must 
know the parameters of neutron fluxes, their dependence in time and properties 
of short lived nuclei involved in this process. In the very shot-prompt process of 
thermonuclear  explosion  to  produce  SH  nuclei  the  initial  isotope  composition 
should include transuranium elements [4]. The calculations were performed and 
for  the  super  extreme  neutron  fluxes  much  higher  than  in  “Hutch”  test  [5].  In 
nuclear pulsed reactors the duration time of neutron impulse may differ strongly 
that  is  principally  influence  on  the  heavy  nuclei  yields.  We  have  considered 
nucleosynthesis for conditions reached in pulsed reactors. New data predictions 
for heavy nuclei from self-consistent microscopic approach [6] were used.  
When  duration  of  neutron  exposition t  >> 10
–6
 s  in  explosive  processes  and 
free  number  density  is  higher  than  in  artificial  explosions,  the  answer  to  the 
question ”whether SHE can be formed?” [7] strongly depends on predictions of 
the beta-delayed and spontaneous fission rates, mass and fission barriers values. 
All  these questions are  analyzed  in  this  work  and  different problems of  heavy 
and  superheavy  nuclei  production  in  intensive  neutron  fluxes  of  explosive 
processes are discussed. 
The work is partly supported by the Russian Foundation for Basic Research 
grants  no.  13-02-12106  ofi-m,  14-22-03040  ofi_m  and  SNF  SCOPES  project  
№ IZ73Z0_152485. 
 
1.  Yu.S.Lutostansky et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2011. V.75. P.533.  
2.  V.I.Lyashuk // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2012. V.76. P.1182.  
3.  B.M.Burbridge et al. // Rev. Mod. Phys. 1957. V.29. P.547. 
4.  Yu.S.Lutostansky, V.I.Lyashuk // Proc. Int. Seminar ISINN-21. JINR Dubna 2014. 
P.147. 
5.  R.Hoff // Preprint UCRL-81566. Lawrence Livermore Laboratory. USA. 1978. 
6.  S.V.Tolokonnikov et al. arXiv: 1406.7095v3. 
7.  I.Petermann et al. // Eur. Phys. J. 2012. V.48. P.122. 
 
 

 
62 
NRV WEB KNOWLEDGE BASE ON LOW ENERGY 
NUCLEAR PHYSICS 
 
Karpov A.V.
1
, Denikin A.S.
1,2
, Alekseev A.P.
3
, Samarin V.V.
1
, 
Naumenko
 
M.A.
1
, Rachkov V.A.
1
 
1 
Flerov Laboratory of Nuclear Reactions, JINR, Dubna, Russia; 
2 
International University “Dubna”, Dubna, Russia; 
3 
Chuvash State University, Cheboksary, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
The  NRV  web  knowledge  base  on  low-energy  nuclear  physics  [1]  was 
developed at FLNR, JINR to allow quick access to the up-to-date experimental 
data  on  nuclear  structure  and  cross  sections  of  nuclear  reactions  as  well  as 
analysis of the data and modeling of the processes of nuclear dynamics within 
well-established physical approaches. 
There  are  several  unique  advantages  of  the  NRV  web  knowledge  base 
compared to other nuclear databases. 
As a rule, the nuclear databases supply users with ordinary text information. 
Thus, to obtain even the simplest systematics the user must manually prepare a 
separate  file  with  all  the  necessary  data  and  then  use  a  separate  graphical 
package to plot it. The NRV web knowledge base contains special programs for 
graphic  representation  of  the  data,  their  comparative  analysis  and  obtaining 
systematics of all kinds either over a group of nuclei or the whole nuclear map. 
Our  databases  on  experimental  cross  sections  of  nuclear  reactions  allow 
quick  processing,  easy  graphical  comparison  and  analysis  of  the  data  within 
different theoretical models. All this is performed just in a window of the web 
browser  without  downloading  and  installation  of  any  additional  computational 
or  graphical  software.  The  computational  programs  for  modeling  low-energy 
nuclear dynamics are the significant part of the NRV web knowledge base. 
Other advantages include simplicity of use, the interactive graphical interface 
allowing  to  adjust  the  parameters  of  theoretical  models,  detailed  descriptions, 
graphical representation of the results, easy access via the Internet, etc. 
The NRV web knowledge base contains most of the available experimental 
data  on  properties  of  nuclei  as  well  as  data  on  the  cross  sections  of  different 
nuclear reactions including fusion, evaporation and elastic scattering. 
The  available  codes  include  the  nuclear  map,  the  shell  model,  the  optical 
model, the CC model, the DWBA approach, reaction kinematics, etc. 
The  NRV  web  knowledge  base  is  now  widely  used  not  only  for  scientific 
purposes,  but  also  as  a  valuable  tool  in  the  education  process  in  the  field  of 
nuclear physics [2]. 
This work was supported by grant 15-07-07673-a of the Russian Foundation 
for Basic Research (RFBR). 
 
1.  NRV web knowledge base on low-energy nuclear physics. http://nrv.jinr.ru/ 
2.  A.S.Denikin et al. // Proc. of Conf. “Scientific services in Internet”. 2008. P.393.

 
63 
EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS  
OF ATOMIC NUCLEUS PROPERTIES 
 
SEARCH FOR NUCLEAR STABLE MULTINEUTRONS IN 
THE TERNARY FISSION OF 
232
Th INDUCED  
BY ACCELARATED α-PARTICLES 
 
Novatsky B.G., Nikolskii E.Yu., Sakuta S.B., Stepanov D.N. 
National Research Centre “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
One  way  of  searching  for  stable  neutron  nuclei  is  the  induced  fission  of 
actinide isotopes. Previously, we reported the results of our measurements where 
possible  emission  of  multineutrons  from  the  fission 
238
U  was  observed  by 
characteristic 1384 keV γ-rays from the 
88
Sr(
x
n,(x–4)n)
92
Sr→
92
Y process in the 
activated strontium sample [1]. Recently, we started new series of experiments 
to search for light multineutrons among of products of the 
232
Th ternary fission 
induced by α-particles accelerated on the NRC cyclotron up the energies of 50 
and  62  MeV.  The  identification  of  neutron  nuclei  was  done  by  the  activation 
method by measuring of γ-rays from β-radioactive nuclei 
28
Mg produced in the 
transfer 
reactions: 
27
Al(
x
n,(x–2)np)
28
Mg, 
27
Al(
x
n,(x–3)nd)
28
Mg 
and  
27
Al(
x
n,(x–4)nt)
28
Mg. The choice of 
28
Mg was defined by the fact that the very 
intensive  γ-rays  1342  keV  (52.6%)  and  1778  keV  (100%)  are  emitted  by  the 
radioactive  nuclei  from  the  chain 
28
Mg→
28
Al→
28
Si  and  half-life  of 
28
Mg  is 
acceptable for the offline measurements (T
1/2
=20.91 h). 
The  irradiation  time  was  about  8  h  at  the  beam  current  of  2  μA.  Gamma 
spectra were measured after cleaning of the irradiated samples from 
24
Na isotope 
which  was  produced  in  the 
27
Al(n,α)  background  reaction.  The  cleaning  was 
done by the method of thermal diffusion in an electrostatic field.  
Analysis  of  the  experimental  data  with  the 
232
Th  target  is  in  progress.  This 
measurement could confirm the results of our early work [1]. 
 
1.  B.G.Novatsky, E.Yu.Nikolskii, S.B.Sakuta, D.N.Stepanov // JETP Letters 2012. V.96. 
P.280. 
 
 

 
64 
ISOBAR ANALOGUE STATES (IAS), DOUBLE ISOBAR 
ANALOGUE STATES (DIAS), CONFIGURATION STATES 
(CS), AND DOUBLE CONFIGURATION STATES (DCS)  
IN HALO NUCLEI. HALO ISOMERS 
 
Izosimov I.N. 
Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia
 
 
E-mail: [e-mail] 
 
The IAS of the halo nuclei may also have a halolike structure [1]. In [2] it is 
shown that the IAS of the 
6
He ground state (two-neutron halo nucleus), i.e., the 
3.56 MeV 0
+
 state of 
6
Li, has a neutron-proton halo structure. In the general case 
[3]  the  IAS  is  the  coherent  superposition  of  the  excitations  like  neutron  hole–
proton  particle  coupled  to  form  the  momentum  J=0
+
.  The  IAS  has  the  isospin 
T=T
z
+1=(N−Z)/2+1, where T
z 
=(N−Z)/2 is the isospin projection. The isospin of 
the  ground  state  is  T=T
z 
=(N−Z)/2.  When  the  IAS  energy  corresponds  to  the 
continuum,  the  IAS  can  be  observed  as  a  resonance.  CS  are  not  the  coherent 
superposition  of  such  excitations  and  have  T=T
z
=(N−Z)/2.  One  of  the  best 
studied configuration states is the antianalog state (AIAS) [4]. The DIAS has the 
isospin  T=T
z
+2  and  is  formed  as  the  coherent  superposition  of  the  excitations 
like  two  neutron  holes–two  proton  particles  coupled  to  form  the  momentum 
J=0
+
.  For the IAS, CS, DIAS, and DCS the proton particles have the same spin 
and spatial characteristics as the corresponding neutron holes. When the parent 
state is a two-neutron halo nucleus, IASs and CSs will have the proton-neutron 
halo structure, DIASs and DCSs will have the proton-proton halo structure. For 
nuclei with enough neutrons excess IASs and CSs can have not only the pn halo 
component but also the nn halo component, DIASs and DCSs can have both pp, 
nn, and pn components [4]. Such excited states and resonances as IAS, DIAS, 
CS, and DCS in halo nuclei can also have a halolike structure of different types 
(nn, pp, pn). IAS, DIAS, CS, and DCS can simultaneously have nn, np, and pp 
halo  components  in  their  wave  functions  [4].  When  the  halo  structure  of  the 
excited and ground states are different than the isomers are able to be formed. 
From this point of view some CS and DCS depending on theirs halo structure, 
may be observed as isomers (halo isomers).  
Structure  of  the  excited  states  with  different  isospin  quantum  numbers  in 
halolike  nuclei  is  discussed.  Special  attention  is  given  to  the  nuclei  for  which 
ground state does not have a halo structure but excited states may have a halo 
structure.  B(Mλ)  and  B(Eλ)  values  for  γ-transitions  in 
6,7,8
Li, 
8,9,10
Be, 
8,10,11
B,
 
10,11,12,13,14
C,
 13, 14,15,16,17
N,
 15,16,17,19
O, and
 17
F are analyzed. 
 
1.  Y.Suzuki, K.Yabana // Phys. Lett. B. 1991. V.272. P.173.  
2.  L.Zhihong et al. // Phys. Lett. B. 2002. V. 527. P.50.  
3.  Yu.V.Naumov, O.E.Kraft. Isospin in Nuclear Physics. 1972. Nauka. Moscow.  
4.  I.N.Izosimov // Proc. Int. Conf. EXON2012. World Scientific. 2013. P.129. 
 
 

 
65 
SEARCH FOR CLUSTER ROTATIONAL BANDS IN 
11
B 
 
Danilov A.N.
1
, Demyanova A.S.
1
, Ogloblin A.A.
1
,  
Belyaeva T.L.
2
, Goncharov S.A.
3
, Trzaska W.
4
 
1 
Russian Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia; 
2 
Universidad Autonoma del Estado de Mexico, Toluca, Mexico; 
3 
Lomonosov Moscow State University,Moscow, Russia; 
4 
The Accelerator Laboratory of the Department of Physics of the University of Jyväskylä, 
Jyvaskula, Finland 
E-mail: [e-mail] 
 
New experimental data on differential cross-sections of the 
11
В + α inelastic 
scattering at Е(α) = 65 MeV leading to the most of the known 
11
В states at the 
excitation energies up to 14 MeV was obtained [1]. The data analysis was done 
by  two  methods:  DWBA  and  Modified  Diffraction  Model  [2],  which  allows 
determining  the  radii  of  the  excited  states.
 
The  radii  of  the  low-lying  excited 
states (excitation energy less than ~ 7 MeV) practically coincide with the radius 
of the ground state. This result is consistent with the traditional view of the shell 
structure of the low-lying states in 
11
B.  
Most of the observed high-energy excited states (excitation energy more than 
~ 7 MeV) are distributed among four rotational bands: 
К = 3/2
–
: 8.56 (3/2
–
) – 10.34 (5/2
–
) – 11.60 – 13.14 (9/2
–
) MeV, 
К = 1/2
+
: 6.79 (1/2
+
) – 9.88 (3/2
+
) – 11.60 (5/2
+
) – 13.16 (7/2
+
) MeV, 
K = 3/2
+
: 7.98 (3/2
+
) – 9.27 (5/2
+
) – 10.60 (7/2
+
) – 12.63 (9/2
+
) MeV, 
K = 5/2
+
: 7.29 (5/2
+
) – 9.19 (7/2
+
) – 11.27 (9/2
+
) MeV. 
The moments of inertia of these band states are close to the moment of inertia 
of  the  Hoyle  state  of 
12
C.  The  determined  radii,  related  to  these  bands,  are  
0.7 – 1.0 fm larger than the radius of the ground state, these values are close to 
the  radius  of  the  Hoyle  state.  Above-mentioned  results  are  in  agreement  with 
existing  predictions  about  various  cluster  structure  of 
11
B  at  high  excitation 
energies [3, 4]. 
 
1.  A.N.Danilov, A.S.Demyanova et al. // Physics of Atomic Nuclei, in print. 
2.  A.N.Danilov et al. // Phys.Rev. C. 2009. V.80. 054603. 
3.  T.Suhara, Y. Kanada-En'yo // Phys. Rev. C. 2012 V.85. 054320. 
4.  H.Yamaguchi et al. // Phys. Rev. C. 2011. V.83. 034306. 
5.  A.A.Ogloblin et al. // EPJ Web of Conferences 2014. V.66. 02074. 
 
 

 
66 
SEARCH FOR STATES WITH ABNORMAL RADII IN 
13
C 
 
Demyanova A.S.
1
, Danilov A.N.
1
, Ogloblin A.A.
1
, 
Belyaeva T.L.
2
, Goncharov S.A.
3
, Trzaska W.
4
, Janseitov D.
5
 
1 
Russian Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia; 
2 
Universidad Autonoma del Estado de Mexico, Toluca, Mexico; 
3 
Lomonosov Moscow State University,Moscow, Russia; 
4 
The Accelerator Laboratory of the Department of Physics of the University of Jyväskylä, 
Jyvaskula, Finland; 
5 
L.N.Gumilyov Eurasian National University, Astana, Kazakhstan 
E-mail: [e-mail] 
 
In  our  previous  experiment  on  the  inelastic  scattering 
13
C  (α,α’)  
at E(α) = 65 MeV [1] we claimed the observation of three excited states whose 
radii differed from that of the ground state: 3.09 MeV (1/2
+
), 8.86 MeV (1/2¯) 
and  9.90  MeV  (3/2¯).  In  this  paper  we  continued  the  analysis  including  in  it 
some other data. The evaluation of radius of the 3.09 MeV state was performed 
by three independent methods, Modified diffraction model (MDM) [2], Nuclear 
rainbow method (NRM) [3, 4] and method using the asymptotic normalization 
coefficients  (ANC)  [5,  6].  The  radius  occurred  to  be  enhanced  in  good 
agreement  with  theoretical  predictions  [7]  demonstrating  the  existence  of  a 
neutron halo in this state. All three approaches gave similar values verifying the 
validity of the used methods. Application of MDM and NRM to the 8.86 MeV 
state showed that the latter also has an enhanced radius close to that of the Hoyle 
state (7.65 MeV, 0
+
) of 
12
C [2]. The radius value of the 9.90 MeV remains an 
open question. The estimates done both by MDM and NRM methods gave the 
value less than that of the ground state. As this state is considered to be the head 
of the 3/2¯ rotational band [8], and its enhanced radius is predicted [9] a more 
elaborate analysis of the problem is required. Because of the importance of the 
obtained  result  new  measurements  of  the  inelastic  scattering 
13
C  (α,α’)  
at E(α) = 90 MeV were performed. The analysis is in progress. 
 
1.  A.S.Demyanova  et al. //  EPJ Web of Conferences 2014. V.66. 02027. 
2.  A.N.Danilov et al. // Phys. Rev. C. 2009. V.80. 054603. 
3.  S.Ohkubo, Y.Hirabayashi // Phys. Rev. C. 2007. V.75. 044609. 
4.  A.S.Demyanova et al. // Int. J. Mod. Phys. E. 2011. V.20. №4. P.915. 
5.  Z.H.Liu et al. // Phys. Rev. C. 2001. V.64. 034312. 
6.  T.L.Belyaeva et al. // Phys.Rev. C. 2014. V.90. 064610-1. 
7.  T.Yamada, Y.Funaki // Int. J. Mod. Phys. E. 2008. V.17. P.2101. 
8.  M. Milin, W.von Oertzen // Eur. Phys. J. A. 2002. V.14. P.295. 
9.  N.Furutachi, M.Kimura // Phys. Rev. C. 2011. V.83. 021303. 
 
 

 
67