Содержание к диссертации
Введение
1. Методика эксперимента 9
1.1. Методика ядерных фотоэмульсий 9
1.2. Экспозиция и проявление эмульсионных камер 10
1.3. Просмотр камер и измерение характеристик налетающих ядер золота 13
1.4. Зарядовая идентификация фрагмента налетающего ядра 26
1.5. Обработка взаимодействий ядер золота с ядрами фотоэмульсии ... 34
2. Общие характеристики столкновений ядер золота с энергией 1147 МЭВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии 45
2.1. Сведения об экспериментальном и расчетном материале 45
2.2. Длины свободных пробегов до неупругого взаимодействия 47
2.3. Множественности вторичных частиц 59
2.4. Корреляции множественности вторичных частиц в расщеплении .. 69
2.5. Угловые характеристики вторичных частиц 80
3. Анализ возможных механизмов испускания вторичных частиц 90
3.1. Фрагментация ядра мишени 90
3.2. Фрагментация ядра снаряда 99
3.3. Корреляции азимутальных углов вылета вторичных частиц 111
3.4. Влияние степени разрушения ядра снаряда и/или ядра мишени на характеристики вторичных частиц 120
Заключение 135
Литература 142
- Просмотр камер и измерение характеристик налетающих ядер золота
- Обработка взаимодействий ядер золота с ядрами фотоэмульсии
- Корреляции множественности вторичных частиц в расщеплении
- Влияние степени разрушения ядра снаряда и/или ядра мишени на характеристики вторичных частиц
Введение к работе
Изучение механизма столкновения высокоэнергетичных ядер с ядрами является одной из наиболее актуальных задач современной ядерной физики. Взаимодействия двух многонуклонных систем, как представлялось в недалеком прошлом, должны лишь запутывать картину, сводясь к суперпозиции элементарных актов. Но, как показали последующие теоретические исследования, в реакциях такого типа, в условиях сильного сжатия и высокой температуры ядерной материи, возможно существование таких экзотических состояний, как ядерные изомеры плотности [1,2], образование кварк-глюонной плазмы [3,4], ударные волны[5] и мультифрагментаїщя [6], а неожиданное проявление коллективности сталкивающихся систем нуклонов - кумулятивный эффект [7,8] уже можно записать в актив релятивистской ядерной физики.
В настоящее время пучки ускоренных заряженных ядер (ионов) используются в широком круге как научных, так и технологических задач, в таких областях знаний как ядерная физика, физика космических лучей, физика полупроводников, радиационное материаловедение, физика плазмы и т.д.
Изучение процесса прохождения быстрых многозарядных частиц через вещество может дать ценную информацию для проверки существующих представлений о составе и природе первичного космического излучения. В качестве прикладного значения исследований взаимодействий быстрых ядер с ядрами в первую очередь можно выделить оценку радиационных эффектов, вызванных многозарядными частицами. Эти данные необходимы в качестве константного обеспечения расчетов защиты космических и летательных аппаратов, конструирования новых ускорителей, для решения задач радиационной стойкости материалов.
Пучки тяжелых ионов высокой энергии весьма перспективны для радиотерапии, в частности для лечения злокачественных новообразований. Наряду со способностью вызывать сильную деструкцию вещества, тяжелые
4 ионы обладают еще одним замечательным свойством: основную часть своей энергии они теряют в самом конце пробега, непосредственно перед остановкой в веществе (кривая Брэгга) и этим выгодно отличаются от других, применяемых в медицине видов излучения.
Все задачи подобного рода объединяются одним общим требованием, которое заключается в хорошем понимании процессов, происходящих при взаимодействии ядер с ядрами. Поскольку современное состояние теории ядерных сил еще не позволяет надеяться на дедуктивное решение проблемы ядерных взаимодействий, то необходимо проведение экспериментов, систематизация и анализ полученного материала для проверки предполагаемых моделей ядерных взаимодействий, а также поиска фактов, ими не охваченных.
Процесс неупругого взаимодействия двух ядер при высокой энергии налетающего ядра отличается от адрон-адронных и адрон-ядерных взаимодействий значительно большим разнообразием и сложностью происходящих в нем явлений. К настоящему времени предложено более двух десятков моделей взаимодействия ядер при высоких энергиях, некоторые из них значительно отличаются друг от друга. Рассмотрение основных моделей позволяет заключить, что для понимания механизма столкновений быстрых ядер особую важность приобретает экспериментальное изучение индивидуальных актов ядерных соударений. Такого рода исследования возможны лишь в условиях полного опыта, т.е. при регистрации всех вторичных заряженных частиц без каких-либо геометрических и энергетических ограничений. Такие экспериментальные возможности предоставляют визуальные методы (пузырьковые и фотоэмульсионные камеры).
Одним из основных методов изучения взаимодействий ядер с ядрами в настоящее время является фотографический способ регистрации, поскольку в нем прослеживаются все процессы, связанные с элементарными взаимодействиями: возможность проводить исследования в условиях полной
5 геометрии, регистрация всех заряженных частиц в каждом индивидуальном акте взаимодействия, возможность селекции событий по параметру удара.
При этом необходимо отметить, что с помощью эмульсионной методики удобно проводить систематические исследования столкновений ядер, ибо преимуществом эмульсии являются: высокое пространственное разрешение, неограниченная чувствительность к различным энергетическим потерям, анализируются отдельные события. А одинаковые условия экспериментов и единые критерии отбора позволяют произвести последовательный анализ результатов.
Первые сведения о свойствах неупругих взаимодействий двух ядер получены посредством анализа прохождения частиц галактического космического излучения через фотоэмульсии в классических работах Остроумова В.И. [9].
Новый этап исследований начался с получением пучков релятивистских ядер на синхрофазотроне в Дубне и на ускорителе Бэвалак в Беркли. Серия экспериментов с участием ядер-снарядов от протонов до ядер 56Fe позволила систематически изучать влияние массы сталкивающихся ядер на характеристики вторичных частиц, образующихся в расщеплении. Также были сделаны попытки исследовать сечения легких ядер, например, на реакциях типа 6Не +12С, 6Н +12С и 4Не +12С [10].
Однако характеристики взаимодействий более тяжелых ядер типа Аи с ядрами фотоэмульсии в настоящее время практически не изучены. Таким образом, для решения ряда задач ядерной, космической, медицинской и т.д. физики необходимо иметь информацию об экспериментальных и теоретических параметрах фрагментации налетающих тяжелых ядер, включая рассмотрение рождения нескольких многозарядных фрагментов.
Поэтому целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование процессов неупругого взаимодействия тяжелых ядер золота с нуклонами и ядрами фотоэмульсии при энергиях 100 - 1147 МэВ/нуклон в условиях полного опыта, предоставляемого методом ядерных эмульсий.
В качестве задач настоящей работы можно выделить следующие:
1. Разработка и апробирование методики обработки взаимодействий ядер золота с энергией в диапазоне 100 - 1147 МэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии, включающую в себя создание электронной базы данных характеристик индивидуальных взаимодействий тяжелых ядер
Аи с ядрами фотоэмульсии.
Получение новых экспериментальных данных по взаимодействиям налетающих ядер Аи с энергией в диапазоне 100-1147 МэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии, таких как, длины свободных пробегов ядер до неупругого ядерного взаимодействия, множественности вторичных частиц различного типа, их энергетические, импульсные и угловые распределения.
Исследование влияния масс и энергии взаимодействующих ядер на характеристики акта неупругого взаимодействия двух ядер имеющихся в мировой литературе.
Проведение последовательного сравнения полученных экспериментальных данных с результатами расчетов по каскадно-испарительной модели, рассмотрение возможности описания характеристик изучаемых ядро-ядерных взаимодействий при помощи полуэмпирических моделей.
Научная новизна результатов заключается в том, что впервые проведено подробное исследование процесса неупругого взаимодействий ядер золота с энергией в диапазоне 100 - 1147 МэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии. Уточнены средние длины свободного пробега ядер до неупругого ядерного взаимодействия. Впервые в мире определены множественности вторичных частиц различных типов, их корреляционные зависимости, зарядовые, энергетические, импульсные и угловые характеристики испускаемых частиц при взаимодействии налетающих ядер Аи с энергией в диапазоне 100 -1147 МэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии. Проведен анализ влияния энергии и масс взаимодействующих ядер на интегральные характеристики процесса.
7 Проведено последовательное сравнение полученных данных с результатами расчетов по каскадно-испарительнои модели, рассмотрены возможности более простых полуэмпирических моделей и сделан ряд выводов их применения.
Поставленный эксперимент позволил установить влияние энергии, массы налетающего ядра и массы ядра мишени на характеристики изучаемого процесса, количественно и качественно сравнить полученные результаты с предсказаниями разного рода моделей.
Практическая ценность результатов исследования определена возможностью их использования для создания новых и развития имеющихся моделей прохождения частиц через гомогенную среду и планирования экспериментов на современных ускорителях, создания баз константного обеспечения расчетов защит ускорителей.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения;
Разработана и апробирована методика обработки взаимодействий ядер золота с энергией в диапазоне 100 - 1147 МэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии, включающая в себя создание электронной базы данных характеристик индивидуальных взаимодействий тяжелых ядер Аи с ядрами фотоэмульсии.
Новые экспериментальные данные по взаимодействиям налетающих ядер Аи с энергией в диапазоне 100 - 1147 МэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии, такие как, длины свободных пробегов ядер до неупругого ядерного взаимодействия, множественности вторичных частиц различного типа, их энергетические, импульсные и угловые распределения.
Сравнительный анализ влияния масс и энергии взаимодействующих ядер на характеристики акта неупругого взаимодействия двух ядер имеющихся в мировой литературе.
Результаты сравнения полученных экспериментальных данных с результатами расчетов по каскадно-испарительнои модели (КИМ),
8 выводы о возможности описания характеристик изучаемых ядро-ядерных взаимодействий при помощи полуэмгщрических моделей. Диссертация выполнена на кафедре экспериментальной ядерной физики Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета в период с 1999 по 2005 год. Личный вклад автора состоит в проведении экспериментальных измерений на всех этапах, создание компьютерных программ по обработке экспериментальных измерений и их анализу, программ расчета простых полуэмпирических моделей по ядро-ядерным взаимодействиям, проведении анализа получившихся результатов.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийских конференциях по проблемам науки и высшей школы. «Фундаментальные исследования в технических университетах» (Санкт-Петербург, 1999; 2004; 2005), Всероссийском конкурсе студенческих НИР (Санкт-Петербург, 2002), Международных конференциях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, 2002; 2003; 2004; 2005), LV National conference on nuclear physics «Frontiers in the physics nucleus» (St. Petersburg, 2005) и опубликованы в работах [11-17].
Диссертация состоит из оглавления, введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 115 ссылок. Содержит 143 страницы машинописного текста, 18 таблиц, 46 рисунков.
Просмотр камер и измерение характеристик налетающих ядер золота
Фотографический способ регистрации заряженных частиц по-прежнему является одним из основных методов изучения взаимодействия ядер с ядрами в силу того, что эмульсия обладает большой тормозной способностью, автономностью, широким диапазоном чувствительности. Высокая пространственная разрешающая способность ядерных фотоэмульсий позволяет получить полную информацию обо всех заряженных частицах, возникающих в результате взаимодействий.
На сегодняшний день ядерные фотоэмульсии остаются одним из популярных средств регистрации, пригодным для получения точной информации о многих характеристиках частиц, таких, как масса, энергия, заряд, угловое и энергетическое распределение и т.д. Калсдая частица, проникающая в слой эмульсии, вследствие своей ионизирующей способности оставляет за собой след "засвеченных" зерен бромистого серебра; после проявления пластины этот след виден под микроскопом как цепочка отдельных точек. Следы, или треки, расходящиеся из точки, где произошла реакция, часто образуют пучки в виде "звезд". Таким образом, можно "опознать" и изучить заряженные частицы, которые образуются в результате реакции ядер фотоэмульсии с излучением, так что эмульсионная фотопластинка служит одновременно как мишенью, так и детектором излучения.
Эмульсия по сути является детектором с непрерывной чувствительностью, сохраняющим и накапливающим информацию в течение длительного времени. По трекам регистрируемых в ней частиц, молшо наблюдать всю историю частиц от их возникновения до их распада, взаимодействия или остановки. Большая плотность эмульсии, возможность собирать пластины в блоки позволяют получать характеристики частиц очень большой энергии. При этом необходимо отметить, что с помощью эмульсионной методики удобно проводить систематические исследования столкновений ядер с электронами, атомами и ядрами эмульсии, ибо преимуществом эмульсии является, кроме высокого пространственного разрешения и неограниченной чувствительности к различным энергетическим потерям, возможность анализа отдельных треков и индивидуальных событий. А одинаковые условия экспериментов и единые критерии отбора позволяют произвести последовательный анализ результатов.
Особенности фотоэмульсионных измерений достаточно подробно рассмотрены в [1-23], тем не менее новые экспериментальные исследования требуют создания и апробирования технологичных, защищенных от невнимательности оператора методик, позволяющих существенно повысить точность измерений в ядерной фотоэмульсии.
Возможность исследования ядро-ядерных взаимодействий не только на основе экспериментальных данных статистических ансамблей, но и способность детального анализа отдельных индивидуальных событий, явилось причиной выбора ядерной фотоэмульсии как средства регистрации, пригодного для получения точной информации о характеристиках ядро-ядерных взаимодействий.
Для получения количественных результатов в работе использовалась фотоэмульсионная камера, составленная из 30-40 слоев эмульсии типа БР-2 ГОСНИИХИМФОТОПРОЕКТ стандартного состава (с числом ядер в 1 см соответственно Н-3.148х1022; С-1.412х1022; N-0.396xl022; О-0.956хЮ22; S-0.004х1022; І-0.002ХІ022; Вг4.031х1022; Ag-1.036xl022). Видно, что эмульсия обладает сложным составом, который в определенной мере затрудняет интерпретацию результатов эксперимента. Однако применение различных критериев отбора событий позволяет до некоторой степени ликвидировать эту неопределенность.
Камера была облучена 18 мая 1990 года ядрами золота с энергией 1147.2 МэВ/нуклон и средним флюенсом при облучении 500-2000 частиц/см на ускорителе Бэвалак, Беркли, США. Пучок входил в стопку фотоэмульсионных пластин примерно параллельно поверхности слоев (см. рис. 1.1). Так как фотоэмульсионная камера была разделена на пластинки для облегчения просмотра, то каждой пластинке присваивался свой номер Nnn. Нумерация шла сверху вниз (см. рис. 1.1). Перед эмульсией во время облучения находился один слой черной бумаги толщиной 110 мкм и один слой полиэтилена толщиной 190 мкм. Для ориентации камеры в ее центре была наклейка с крестом толщиной 90 мкм и диаметром 15 мм. Пластинки фотоэмульсии брались размерами 10x10 см2.
Для определения толщины пластин производились измерения толщины в четырех точках каждой пластины как показано на рис. 1.2 и далее вычислялось среднее арифметическое для каждой пластины, разброс толщин каждого отдельного эмульсионного непроявленного слоя относительно среднего арифметического. Была выявлена сильная зависимость средней толщины отдельного непроявленного слоя от номера слоя и ее было решено учитывать индивидуально.
Обработка взаимодействий ядер золота с ядрами фотоэмульсии
Из рис. 1.10 видно, что распределение также не является симметричным относительно среднего значения: минимальное значение составило 962.4 МэВ/нуклон, а максимальное составило 1271,5 МэВ/нуклон при среднем значении 1150.7 МэВ/нуклон. Таким образом, как и в случае с распределением пробегов до остановки (см. рис. 1.6) разброс в сторону уменьшения значений энергии налетающих ядер почти вдвое превышает разброс в сторону увеличения. Отсутствие симметричности у полученного распределения обусловлено изначально плохой энергетической калибровкой пучка налетающих ядер золота.
Определение заряда остановившихся фрагментов ядер золота проводилось в соответствии со следующим алгоритмом. Зная энергию налетающего ядра в точке индивидуального взаимодействия и предполагая, что скорость вторичного тюкелого фрагмента налетающего ядра равна скорости налетающего ядра в точке взаимодействия, измерив ионизационный пробег фрагмента (пробег до остановки) по заранее рассчитанным соотношениям пробег-энергия в отечественной эмульсии БР-2 для всех стабильных ядер из таблицы Менделеева от водорода до урана подбиралось наиболее подходящее значение атомного номера фрагмента. Идея подобного механизма идентификации ядер высказывалась в [43].
Предположение о том, что скорость вторичного тяжелого фрагмента налетающего ядра в точке взаимодействия равна скорости налетающего ядра в этой же точке, по нашему мнению, близко к действительности, поскольку рассматриваются только тяжелые фрагменты налетающего ядра.
Для оценки точности получаемых данных по заряду фрагмента была использована статистика останавливающихся первичных ядер. Т.е. считалось, что при входе в эмульсионную камеру произошло взаимодействие и по экспериментально измеренному ионизационному пробегу Rtot первичного ядра программа определяла наиболее подходящее значение атомного номера ядра, образовавшего этот след. При этом значение атомного номера ядра могло быть и дробным, т.к. являлось оценкой истинного атомного номера. Результаты работы представлены на рис. 1.11. Проведенная обработка показала, что распределение по значениям Z для остановившихся ядер золота с энергией 1147.2 МэВ/нуклон представляет распределение со средним ZAu — 79.37+0.06.
Из приведенных данных видно, что расчетные и экспериментальные значения хорошо согласуются между собой и какие либо заметные систематические ошибки отсутствуют. Разброс величины атомного номера связан с разбросом ионизационных пробегов налетающих ядер измеренных по координатной методике Rtot. Относительный разброс AZ/ Z составил 1.34/79.37 = 0.017, что практически совпадает с отношением ARtof/ Rtot = 0.57/42.65 = 0.013. Отметим, что ошибка в определении атомного номера фрагмента связана, в основном, с разбросом энергии первичного пучка на входе в камеру. Из распределения видно, что присутствуют ядра с зарядом более 80. Это обусловлено наличием в энергетическом спектре ядер с меньшей энергией.
Вычисление заряда ядер золота, не испытавших неупругих взаимодействий до полной остановки, было проведено для определения погрешности разработанных в данной работе методик. Отметим, что решение данной задачи имеет заведомо известный ответ, и проводилось для апробирования применяемых методик и вычислительных программ.
Неопределенность в определении энергии налетающего ядра и атомного номера его фрагмента связана с существующим разбросом пробегов первичных ядер, которая, в первую очередь, определяется качеством облучения. Чем меньше энергетический разброс пучка ядер при облучении, тем меньшую ошибку дает предлагаемая методика. Таким образом, будет логичным предположить, что погрешность определения зарядового числа будет определяться энергетической калибровкой налетающего пучка.
Точность совпадения полученных результатов по определению зарядового числа с зарядовым числом золота в соответствии с таблицей Менделеева - 79 составила 0,5%. Полученные результаты могут объясняться только следствием не достаточно точно выполненной энергетической калибровки пучка ядер. Физический страглинг и погрешность при измерении пробега не могу быть причиной полученной величины разброса.
Таким образом, созданная программа позволила идентифицировать: заряд фрагментов налетающего ядра, суммарный заряд всех частиц, рожденных в результате взаимодействия (частиц в звезде) налетающих ядер золота с ядрами фотоэмульсии (Йв) в зарядах электрона, суммарный заряд всех фрагментов налетающего ядра в звезде (Q). Этими результатами был дополнен файл данных, содержащий информацию о взаимодействии.
Дальнейшая обработка взаимодействий проводилась на полуавтоматическом координатном микроскопе МПЭ-1. На данном микроскопе в Радиевом институте им. В.Г. Хлопина, Санкт-Петербург, Россия были проведены измерения полярного (0) и азимутального (v/) углов вторичных частиц, полученных в результате неупругих взаимодействий ядер золота с ядрами фотоэмульсии. При этом для обработки выбирались взаимодействия, произошедшие на расстоянии превышающем 30 мкм от поверхности и дна камеры, и на расстоянии превышающем 5 мм от бокового края камеры. Измерения углов проводилось путем определения координат точки неупругого взаимодействия (ХВЗ,УВЗ, 3) и точки остановки (взаимодействия, вылета из пластины) вторичной частицы (XB4,YB4,ZB4). Схема определения полярного и азимутального угла приведена на рис. 1.12. Учет коэффициента усадки при измерениях исключил появление ошибок, связанных с изменениями толщины фотоэмульсионных слоев. В результате многократных измерений взаимодействий средняя погрешность определения углов составила 0.5-т-0.7, а ошибка измерения полярных углов узкого конуса (0 5) не превышала 0.05. Обработка взаимодействий велась в 4я-геометрии, что позволило получить распределение событий по широкому кругу характеристик.
Корреляции множественности вторичных частиц в расщеплении
Дополнительно к анализу был привлечены экспериментальные и расчетные данные по взаимодействиям более легких ядер 20Ne, 40Ar, 56Fe с ядрами фотоэмульсии, входящие в состав базы данных кафедры «Экспериментальная ядерная физика» СПбГПУ [11] и любезно предоставленные данные по взаимодействию релятивистских ядер золота с ядрами фотоэмульсии, полученные в рамках сотрудничества EMU-01 [52-64].
Статистика обнаруженных и измеренных неупругих взаимодействий первичных ядер с образованием вторичных частиц, взятая из базы данных кафедры экспериментальная ядерная физика СПбГПУ, составила: 296 событий (статистика ансамбля 3408 частиц) для ядер 20Ne с энергией 0.28 ГэВ/нуклон., 202 события (статистика ансамбля 2932 частицы) для ядер 40Аг с энергией 0.27 ГэВ/нуклон, 625 событий (статистика ансамбля 8934 частицы) для ядер 56Fe с энергией 1.8 ГэВ/нуклон. Результаты изучения процесса взаимодействия ядер 20Ne, Ar, Fe с ядрами фотоэмульсии на основе статистики, входящей в базу данных кафедры экспериментальная ядерная физика СПбГПУ опубликованы в [65-77].
Статистика по взаимодействию релятивистских ядер золота с ядрами фотоэмульсии, полученная в рамках сотрудничества EMU-01 составила: 543 события (статистика ансамбля 44799 частиц) неупругих взаимодействий ядер шАи с энергией 10.2 ГэВ/нуклон.
Для последовательной проверки применимости каскадно-испарительной модели (КИМ) к описанию ядро-ядерных взаимодействий в работе были использованы результаты расчетов по методу Монте-Карло [14 16]. Расчетная статистика была получена путем генерации взаимодействий ядер Аи при энергии 700 МэВ/нуклон с отдельными ядрами, входящими в состав эмульсии (1 UC, 14N, 160, 80Br, 107Ag), по методу Монте-Карло и дальнейшим суммированием с весами, соответствующими вычисленным сечениям и составу эмульсии. При этом на быстрой (первой) стадии учитывались процессы мезонообразования, лоренцовское сжатие, влияние принципа Паули, эффект изменения плотности ядерной материи по мере развития каскадной стадии взаимодействия. Процесс снятия возбуждения остатков ядер после прохождения быстрой стадии (вторая - медленная стадия) описывался с помощью статистической модели [78]. Суммарная статистика, полученная в рамках каскадно-испарительной модели, составила 1000 событий. Основные детали расчетов изложены в работах [79-82]. Дополнительная расчетная статистика неупругих взаимодействий первичных ядер с образованием вторичных частиц, полученная в рамках каскадно-испарительной модели, входящая в состав базы данных кафедры экспериментальная ядерная физика СПбГПУ, составила: 4396 событий вызванных ядрами 20Ne на ядрах фотоэмульсии при энергии 280 МэВ/нуклон, 5180 событий вызванных ядрами Аг на ядрах фотоэмульсии при энергии 280 МэВ/нуклон и 4367 событий вызванных ядрами 56Fe на ядрах фотоэмульсии при энергии 1800 МэВ/нуклон. Непосредственно измеряемой величиной в фотоэмульсионной методике является средняя длина пробега ядра-снаряда до взаимодействия. Ряд экспериментальных данных для проверки существующих теоретических представлений было получено при подробном изучении столкновении ядер 1бО, 20Ne, 40Ar, 56Fe с ядрами фотоэмульсии в широком энергетическом интервале [83-93]. Для лучшего понимания высокоэнергетичных процессов, исследования необходимо проводить на тяжелых системах. Реакции с участием тяжелых сталкивающихся ядер могут оказаться весьма критичными к модельным представлениям о механизме взаимодействия систем с очень большим числом взаимодействующих нуклонов. Как отмечалось выше, методом быстрого и медленного просмотра вдоль трека было прослежено 1122 следа от их входа в эмульсию до остановки или взаимодействия. В результате на длине 29.85 м было обнаружено 585 взаимодействий ядер Аи в энергетическом диапазоне 0-1147 МэВ/нуклон. В экспериментах по взаимодействию ядер с фотоэмульсией средний свободный пробег для ядер данного заряда определялся как: где S-суммарная прослеженная длина, N-число обнаруженных взаимодействий. Если пучок однороден и его состав не меняется с расстоянием, пробеги до взаимодействия описываются функцией с плотностью распределения В этом случае L, определенная как (2.1), есть состоятельная, несмещенная, эффективная оценка среднего свободного пробега. Она не зависит от расстояния, на котором ее измеряют. Длина свободного пробега до взаимодействия определяется сечением неупругого взаимодействия с i-тым элементом эмульсии (Сі) и концентрацией этого элемента в эмульсии (пі), как: Таким образом, сравнивая экспериментальные и расчетные длины свободного пробега до неупругого взаимодействия можно проверить различные подходы в описании сечений неупругого взаимодействия ядер с ядрами. Перейдем к методике определения средних длин свободного пробега до неупругого взаимодействия, примененной в настоящей работе. Поиск неупругих взаимодействий осуществлялся просмотром по следу Из-за весьма большой толщины следов первичных ядер (толщина трека ядер золота изменялась вдоль следа от 20 до 50 мкм), затрудняющего поиск малолучевых событий, кроме простого просмотра применялся разработанный критерий "остановок". В случае остановки первичного ядра за пределами полных ионизационных пробегов ( Rtot =42.65±0.56 мм), высказывалось предположение о незамеченном малолучевом событии с уменьшением заряда налетающего ядра и, как следствие, увеличении ионизационного пробега данного вторичного фрагмента. В этом случае след просматривался еще раз, и, действительно, в большинстве случаев обнаруживалось пропущенное взаимодействие.
На основе соотношения пробег-энергия в отечественной эмульсии БР-2 (см. табл. 1.4 и рис. 1.9) была получена шкала по энергии по всей длине пластинки. Разбив весь диапазон энергий (100-1147 МэВ/нуклон) на интервалы и используя табл. 1.4, было получено разбиение длины пластинки на диапазоны энергии и энергия конкретного налетающего ядра в точке взаимодействия. Далее подсчитывались длины пробегов до неупругого взаимодействия в каждом интервале энергий.
Влияние степени разрушения ядра снаряда и/или ядра мишени на характеристики вторичных частиц
Данное явление наблюдалось и ранее во взаимодействиях ядер 1бО, 20Ne, 40Аг, 5 Fe с ядрами фотоэмульсии [111-114]. Так, например, для взаимодействий ядер 56Fe с ядрами фотоэмульсии при изменении энергии от 380 до 880 МэВ/нуклон длинна свободного пробега практически не изменялась в пределах погрешности и составляла 8.2+0.5 см.
При увеличении массы налетающего ядра наблюдается уменьшение длины свободного пробега в эмульсии. Действительно при переходе от взаимодействий с ядрами 20Ne [112] к взаимодействиям с ядрами 197Аи длина свободного пробега уменьшается в 1.4 раза. Что объясняется ростом вероятности столкновений ядер при увеличении их геометрических размеров.
Экспериментальные данные настоящей работы и работы [ПО] близки друг к другу с учетом различия состава и плотности эмульсий БР-2 и Ilford-G5. Расчетные данные по моделям [95] и [83] предполагают большие сечения взаимодействий ядер золота и, как следствие, меньшие длины свободных пробегов. Расчетные данные по модели [96] хорошо согласуются с экспериментом. Это обусловлено применением новых параметров (го=0.99±0.07 фм, (3=0.98+0.15), полученных в рамках данной работы для взаимодействий ядер золота с ядрами фотоэмульсии со энергией 741 МэВ/нуклон. При расчете с использованием общих параметров для ядер от неона до золота (го=1.20±0.04 фм, р=1.01±0.12) также наблюдаются меньшие, по сравнению с экспериментальными, длины свободных пробегов.
Наблюдаемые различия между расчетом и экспериментом могут быть связаны с возможным пропуском малолучевых событий в экспериментах и/или неточностью подгоночных параметров в использованных моделях. В качестве основных результатов данного раздела можно отметить следующие; - Получены новые экспериментальные данные по длинам свободного пробега до неупругого взаимодействия в ядерной фотоэмульсии типа БР-2 ядер золота при энергиях от 100 до 1147 ГэВ/нуклон. - Проведенное сравнение экспериментальных данных настоящей работы и работы [ПО] показало, что результаты близки друг к другу с учетом различия состава и плотности эмульсий БР-2 и Ilford-G5. - Длины свободных пробегов до неупругого взаимодействия ядер Аи в ядерной фотоэмульсии достаточно слабо зависят от энергии налетающего ядра, несмотря на заметную энергетическую зависимость сечений нуклон-нуклонных взаимодействий в рассматриваемом энергетическом диапазоне. - Проведены расчеты длин свободных пробегов ядер до неупругого взаимодействия в фотоэмульсиях БР2 и Ilford G-5 в рамках моделей [83-96]. Расчетные данные предполагают большие сечения взаимодействий ядер золота и, как следствие, меньшие длины свободных пробегов. Наблюдаемые различия между расчетом и экспериментом могут быть связаны с возможным пропуском малолучевых событий в экспериментах и/или неточностью подгоночных параметров в использованных моделях. - Методом крутого спуска получены новые параметры в формуле Брадта-Петерса для взаимодействий ядер золота с энергией от 100 до 1147 ГэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии. Проведена оценка вероятности взаимодействии ядер Аи с различными ядрами фотоэмульсии. Для дальнейшего анализа полученных данных все вторичные частицы были разделены на следующие типы; g+ -частицы - частицы первой стадии - совокупность однозарядных фрагментов ядра мишени с энергией 26 МэВ/нуклон, рожденных мезонов и однозарядных фрагментов ядра-снаряда, поперечный импульс которых превышает 222.6 МэВ/с на нуклон (соответствует Е 26 МэВ/нуклон в поперечном направлении); 6-частицы - фрагменты ядра мишени с энергией Е 26 МэВ/нуклон (пробег в эмульсии менее 3 мм), испускающиеся в основном на второй стадии реакции; s +g+b -частицы - частицы с энергией Е 26 МэВ/нуклон., поперечный импульс которых меньше 222.6 МэВ/с на нуклон, включающие в себя одно (У)-, двух (g1)- и многозарядные (b\ Z$p 3) фрагменты ядра снаряда. В каждом взаимодействии были определены множественности указанных выше типов частиц, суммарное число всех вторичных заряженных частиц (N), их суммарный заряд (Z3B) и суммарный заряд фрагментов ядра-снаряда (Q). Это позволило получить распределения по числу частиц в экспериментальных и расчетных расщеплениях.
На рис. 2.4 - рис. 2.8 приведены распределения по числу частиц в экспериментальных и расчетных (по КИМ) расщеплениях, вызванных ядрами золота при энергиях 0.741, 10.2 и 0.7 ГэВ/нуклон соответственно, для сравнения приведены данные по ядрам Ne. Отметим, что кажущееся различие расчетных по КИМ и экспериментальных распределений связана с различным шагом по оси абсцисс. При этом все распределения, приведенные на рис, 2.4 - рис. 2.8 нормированы площадь распределений для взаимодействий ядер золота с энергией в диапазоне 100 - 1147 МэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии.
В табл. 2.3 приведены значения средней множественности указанных выше вторичных частиц - Ng+s , Nb , Ns- , Ng , Nb , величины средней множественности всех вторичных заряженных частиц N во взаимодействиях ядер разных масс и энергии, среднее значение суммарного заряда фрагментов ядра-снаряда Q и среднее значение суммарного заряда взаимодействия Z3B , Статистические ошибки величин, полученных в результате расчетов по каскадно-испарительной модели (приведены в скобках), примерно в три раза меньше экспериментальных и поэтому в данной работе не приводятся.
