Введение к работе
Актуальность темы Различные свойства атомных ядер объясняются в предположении,что главную часть ядерного взаимодействия можно описать самосогласованным потенциалом с учетом эффектов спаривания.Однако в легких ядрах важную роль играют многочастичные корреляции. Исследования показали,что на поверхности ядра,где самосогласованный потенциал спадает,притягивающее взаимодействие приводит к силвной корреляции нуклонов,г,е. к образованию кластеров.Возможны также образование и перэдача кластеров как динамических структур в таких глубокон^упругих процессах как реакции многонуклонных передач.Исследование различных аспектов кластерной структуры легких ядер,а также динамики передачи нескольких нуклонов при взаимодействии легких ядерных систем могут быть удачно обьеденены в изучении (я/,HI)-реакция.Энергетическая область Б^= 12.0 4 30.0 МэВ для этих реакций представляет особый интерес тем,что для пар ядер, формируемых в выходных каналах.таких как ' Ll + 4te, Be + Be, I0B + SBe,6'7U + r2C,6'7Lt + I60,I2C + IS0 существует широкий спектр кластерных эффектов,которые влияют.' ла динамику передачи нуклонов и дают определенную информацию об ассоциировании нуклонов в легких (А б 28) системах.Наличие <*-частицы во входном канале реакции дает возможность значительно упростить описание механизма (<* + А)-взаимодейсгвия,так как большая энергия связи ci-иастицы и нулевое значение ее спина значительно уменьшает число степеней свободы образующейся промежуточной системы.Наличие во входных и выходных каналах реакций ядер 6>7L,<: ,7'9Ве,І0'П3,І2'ІЗС, 60 позволяет вводить обоснованные предположения о кластерной структуре взаимодействующих и формируемых ядер и строить определенную схему динамики передачи группы нуклонов.
Следует отметить и помологический аспект исследования реакций п 7 1 R Ч ТО ТТ с выходом ' LL , ' ' Be, ' 3.Элементы Li ,Ве,В характеризуют
ся низкой распространенностью в наблюдаемой Вселенной.Исследования показали,что они не могут образовываться в процессах нуклеосинтеза, проходящего в недрах звезд.Реакции фрагментации легких ядер типа (р, LI) .вызпяншге потоками галактических высокоэнергетичных протонов не могут объяснить наблюдаемую распространенность Lc ,Ве,3 во Вселенной.Эти элементы могут достаточно интенсивно образовываться и накапливаться как продукты (Ы/ ,Н1)-реакцяй на легких и средних ядрах,протекающих в активных областях на поверхности молодых звезд. Поэтому экспериментальные данные о сечениях (d,,HI)-реакций могут лечь в основу расчетов моделей химической эволюции молодых звезд.
В данной работе исследуется кластерная структура «ядер 1р- и &di- оболочек,а также механизмы реакций («* ,НІ) в области средних энергий.
Цель работы В данной работе решалисьследующие задачи : Исследование особенностей экспериментальных угловых зависимостей дифференциальных сечений {<* ,Н1)-реакций.
Изучение зависимости дифферень/альных сечений U ,Н1) -реакций от массового числа ядер-мишеней,энергии oL -частиц. Оценка вклада прямых и статистических процессов в. сечение (сС ,Н1)--реакций.
Анализ влияния резонансных эффектов во входном и выходном каналах реакций на форму угловых распределений (Ы/ ,Н1)-реакций. Оценка величин спектроскопических факторов различных нуклонных ассоциаций (кластеров » Н, Не, 1,1 ,).
Разработка методов идентификации продуктов ядерных реакций в диапазоне 1» 1 + й иЕя 6,5 * 6.0 МэВ/нуклон.
_., .„ ..Арах I03,I4-I5N,J% } U/U) на ядрах ПВ,15Ы, i»d . -.*.—» "cU,yBe)Be и wN(«fr ,шВ)Ве ,а также реакции
Научная новизна В рамках статистической модели Хаузера-Феш-баха,а также модели прямой передачи нуклонного кластера,в результате анализа экспериментальных данных по (е^,НІ)-реакциям в области средних энергий показано,что угловые зависимости дифференциальных сечений этих реакций можно удовлетворительно описать некогерентной суммой прямых и статистических процессов.Получены оценки вклада прямых и статистических процессов в сечение реакций («с ,Н1) при Е^= 27.2 МэВ.Получены новые данные о спектроскопических факторах кластеров 2|-Н, Не, 1,1 ,^е в ядрах 1р- и &d -оболочек.Созданы два варианта методики идентификации продуктов ядерных реакций в диапазоне Е * 0.5 + 6.0 МэВ/нуклон.Получены новые экспериментальные данный об угловой зависимости дифференциальных сечений_реакций '<Ь,&1л) на яйс
9F ; реакций _... , . _г _. .. __. 24McjU ,I2G)I60 при Е* = 27.2 МэЗ.
На защиту выносятся: I. Два варианта методики идентификации продуктов ядерных реакций;
Измеренные дифференциальные сечения (<, » hi )-реакциЙ на
ядрах. 10»ПВ,и«1бЫ,19р при Е^= 27.2 МэВ :
Измеренные дифференциальные сечения реакций С(еС ,%е)Ве v
I4N(oC ,10В)^е при Е^= 27.2 ЫэВ ;
Измеренные дифференциальные сечения реакции 24МаЫ ,1)1
при E^B 27.2 МэВ ; .
Результаты анализа полученных экспериментальных данных по (о4 ,НІ)-реакциям в предположении,что сечение реакции можно представить некогерентной суммой прямых и статистических процессов} Результаты анализа кластерного представления ядер,участвующих в реакциях («б,HI) ,
Апробация работы Основные результаты диссертационной работы кладывались на конференциях ИЯИ АН УССР,семинарах отдела ядерных акций,отдела физики тяжелых ионов ИЯИ АН УССР,семинаре отдела ерных взаимодействий Института атомной энергии им.И.В.Курчатова, XXXV совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ра в Ленинграде,на Всесоюзной конференции по физике атомного' ра в январе 1988 года в г.Москве.Основные результаты лрэдставле-в работах,список которых приведен в конце автореферата, Обьем работы составляет 160 страниц,втом числе 63 рисунка и таблица.Список литературы включает 62 наименования.
Диссертация состоит из введения,трех глав,заклочения,списка ли-ратуры и приложения.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, <ведены основные результаты,отмечена их новизна и практическая -тость.Приведены положения и результаты выносимые на защиту.
В первой главе проведен анализ результатов исследований {<о,Ш)~ гакций,выполненных зарубежными исследовательскими группами за мод I960 + 1986 г..Анализ показал,что рассматриваемый эксперимен-;ьный материал по (^ ,Н1)-реакциям на ядрах 1р- и <*<^оболочек шоляет отметить следующее:
Рассмотренные модели прямой передачи нуклонного кластера в реак-[ (cv,HI) ,а также составного ядра,образующегося в результате + А взаимодействия при Ел= 30+46 МэВ дают неоднозначные pesjoib-ы при оценке сечений.Традиционный анализ вкладов прямых процес-I и процессов протекающих через образование составного ядра имеет юл до тех пор,пока область модельных параметров может быть экспе-іентально обоснована.В рассматриваемой энергетической области та-
обоснование не всегда имеет место.В данной массовой области все лоны взаимодействующих ядерных систем находят-я в области взаимо-ствия и участвуют в перестройке сталкивающихся ядер,даже если агать прямойх характер процесса.
При увеличении числа передаваемых нуклонов меняется динамика цесса передачи,что находит свое отражение в форме угловых распре-ений продуктов (ос ,Н1)-реакций.Экспериментальные данные по Gafr,HI)
-реакциям на легких ядрах в области Е<4 = 13.0 + 46.0 МэВ позволяет сформулировать несколько основных особенностей,присущих этим реак цмям:
а. (*t ,Н1)~реакции на ядрах 1р- и id--оболочки можно рассматри
вать как прямые одноступенчатые процессы подхвата нуклонног
кластера.Такие реакции во многих случаях успешно описывайте
в рамках i>v№AFR -формализма,
б. Анализ распада промежуточной составной системы {<^+ А)к в
., модели Х&уэера-Фетбаха показывает,что для («с-,Н1)-реакций
эмиссия Ы , Be, » Б, С возможно является следстві ем распада высокоспиновых состояний таких систем.
в. Диффракционная структура угловой зависимости дифференциаль
ных сечений может быть обусловлена резонансными состояниям
таких промежуточных систем.
г. Даже при Е^= 40.0 МэВ механизмы (о ,Н1)-реакций не могут
быть обьаснены чисто квазиупругими одноступенчатыми процес
зами.
д. Наблюдаемые узкие ( Г~100 + 400 кэВ) реэонечеы со спинам
if"- = 6+ + 10+ в функциях возбуждения реакций («С, С) на ядрах Ые и %д .имеют нестатистическую природу и возможно,являются проявлениями ядерных кваэимолекулярных состояний типа С - С . Поскольку при {Л + А)-взаимодействии в этой области энергий Е о(, воэмолно обрг зование промежуточных систем с большими момента то представляет интерес изучение,механизма распада такой высоко спиновой составной системы с образованием как "холодных",так и возбужденных ядер 6,7Li! ,7,9Ве, 0,ІІВ,І2,ІЗС.І1ри этом всегда не ходимо выполнять корректные оценки сечения эмиссии п-,р-,о(/ ,~t , оС из образуемых промежуточных систем.Исследование структуры 3 ций возбуждения {<& ,Н1)-реакций вместе с угловыми распределенш в изучаемом диапазоне Е^ позволяют получить полный набор зкспі ментальных данных как для интерпретации механизма реакции,так і для оценки вклада различьях механизмов в сечение реакции.
Наши исследования были направлены на решение следующих зад
-
Исследование угловой зависимости дифференциальных сечений (сі , » LO-реакций на ядрах 1р- и .йоіг-оболочек при Е^ = = 27.2 МэВ.
-
Изучение угловой зависимости дифференциальных сечений реак передачи 5 + 8 нуклонов при взаимодействии «^-частиц Е«* = 27.2 МчВ с ядрами I3C,'4N,24Mg .
-
Оценка вклада прямой передачи группы нуклонов в сечение бина^лой (<
-
Оценка величин спектроскопических факторов передаваемых нуклонных кластеров в ядрах-мишенях.
-
Оценка вклада статистических процессов в сечение (< ,Н1)--реакций.
Во второй главе описаны три варианта времяпролетной методики идентификации продуктов [С ,Ш)-реакций.
Исследование реакций многонуклонных передач типа [оС ,Н1) в диапазона энергий Е,^= 10.0 + 30.0 МэВ требует идентификации продуктов реакций в широкой массовой и энергетической областях. Наиболее эффективным методом идентификации масс ядер и их энергий является метод,основанный на одновременном измерении энергии ядра-продукта (%j) и его времени пролета (Т) от мишени до детектора.На различных этапах исследований реакций многонуклонных передач на легких ядрах в ОЯР ИЯИ АН УССР на циклотроне У-Ї2.0, использовались различные варианты времяпролетной методики идентификации заряженных часчиц.Для исследования реакций В, С 4 оО при Е^= 27.2 МэВ использовался (Е,Т)-вариант методики с привязкой па емкостном датчике.Высокий порог емкостного датчика по току пучка циклотрона вынудил перейти к варианту времяпролетной методики с привязкой к ВЧ-сигналу передатчика циклотрона.Этот вариант методики применялся для исследования В, ' N, Tie -nt реакций при Е^= 2?.2 МэВ.При Е-5-20.0 МэВ в Ы ,Н1)-реакциях на ядрах &di-оболочки открываются каналы с выходом ядер-изобар,таких -как Н и Не.^е и ltit Li'l и Be .В этом случае для разделения ияобар во времяпролетную методику необходимо-включить еще и третий параметр идентификации ядер - заряд 2Г .Методика идентификации вродуктов ядерных реакций по параметрам ^f,E,T использявалась для изучения реакций Р + «6 при Е^ = 27*2 МэВ.В диссертации приведены блок-схемы всех трех вариантов времяпролетных методик. Двухмерные спектры (Ех Т);(лЕхЕ);(Тх Е) накапливались как в оперативной памяти ЭВМ Ы-6000 и СМ-3 ,так и на магнитных носителях используемых ЭВМ.Программное обеспечение,созданное В.В.Зеркиным и С.Б.Кумшаевым,обеспечивало контроль за ходом накопления информации, отображение спектрометрической и служебной информации на экране телевизионного дисплея.
Описанкаа выше методика идентификации продуктов ядерных реакций в привязкой к фазе ускоряющего напряжения циклотрона У-І20,позволяет регистрировать ионы с А = 4 + 25 в энергетическом диапазоне
E =» 0.4 + 6.0 МэВ/нуклон и имеет следующее временное и энергетичес кое разрешение : ДТ - 0.8 + 0.9 но ,Д| =280 кэВ. (4Е,Е,Т)-методика идентификации ионов 4,бНе, Li, > Be в энерге тичеокой области Е~1.0 * 5.0 МэВ/нуклон имеет энергетическое и временное разрешение -ДЕ а 280 кэВ, ДТ = 2.0 + 2.5 не..
Получены энергетические и массовые спектры ионов » Іії , Be, 10В,Ї2С,Іб0 из реакций І0'ПВ +<* ,I3G + ,< ,I4'I5N 4 оС , *% +сА , ^%0 +^ при Е<л= 27.2 МэВ.Определены абсолютные значения дифференциальных сечений реакций (<*, » hi ),(оС, Be), и {л,. С) при Е^= 27.2 МэВ. Таблицы дифференциальны: сечений приведены в приложении.
В третьей главе рассмотрены основные особенности угловой за^ бисимости дифференциальных сечений реакций Ы , 1,1) на ядрах В l4»I5N,19F при ЕЛ = 27.2 МэВ (рис.1); (сС, Ц)-реакций на ядрах nB.I5N,19]? при Ея= 27.2 МэВ Срис.2); реакций 13С(<*,9Ве)?Ве и l4NU ,10В)8Ве при Е* = 27.2 МэВ.а также реакции^дС*,1^)11 при Е^ » 27.2 МэВ (рис.3) .Кратко рассмотрены подходы к оценке вклада различных механизмов в сечение (оС- ,Н1)-реакций.В главе I отмечалось,что определенный вклад в наблюдаемые сечения (Ы/ ,Н1)--реакций могут давать процессы.протекающие через образование составного ядра.Для оценки вклада статистических процессов в сеч ние изучаемых реакций использовалась теория Хаузера-Фешбаха.На формализме этой теории и основана программа ^ТАТЬЙ /1/,котора и использовалась для вычисления абсолютных значений дифференциал ных сечений по основным каналам распада составного ядра.Полное . сечение реакций еС + А определяется,в основном,n-,p-,d/-, t -,oi -каналами распада составного ядра.Сечения каналов с выходом тяже лых ионов 1*1,Be,В не превышают I * 1.556 полного сечения реакци в области рассматриваемых энергий возбуждения.Расчеты показали, что вычисляемые &1 без учета вклада прямых процессов давт лиші верхний предел вклада статистических процессов в сечение («о,Н1) -реакций.Для выходных каналов с легкими частицами использование! обобщенные наборы параметров оптических потенциалов Вуцса-Саксо^ Значения этих параметров приведены в таблице 1.36 входном канале а также выходных каналах с тяжелыми ионами использовались оптичс кие потенциалы Будса-Саксона,удовлетворительно описывающие упруї рассеяние Ы/-частиц на ядрах-мишенях,и упругое рассеяние ионов ' Iii,, Be, В, С на соответствующих конечных ядрах в расематриї мом диапазоне энергий.Параметры этих оптических потенциалов приї дены в таблицах г.З.Покязано.что только вслучае реакций * В(<*,7.'
I03U Ло8^
t:
І5 С ,^^I0BU,6U)%ef
"V
W\h,
ЗО GO
і зо *7~3wW зо зо 4ю so g^jpv 0 -" в^п,Г*ї
Рисі .Дифференциальные сечения (<,НІ)-реакций при Е^= 27.2 МэВ: ф,ф -экспериментальные данные;
{—)-расчеты по программе 5TATI5 ;(—)-расчеты по программе Ь01А;( )-сумка сечений
прямых и статистических процессов.
db/jxm ' TSf/PI3
в о о о
\1
** У &
c>/g*»~ 'yf>/A»4
-8 ^
о
о.
К
р.
20NeU ,I2C)I2C
2^^.1)1
E„4= 13.695 МэВ
' ' ' it _> і—і. .i.-j—і—і
* 9 %««>ГУ
60 9 вс„,У>#
Рис.3 Дифференциальнь'в сечения реакций Ne(<&, 2С) 2С и %g(ob, С) 0 ; ^-экспериментальные
даннне ;(—)-расчетн по программе Ш1А-' -прямке процессы;( )-расчеты по программе I0IA-
-обменные процессы.
Таблица I П&ракетрн потенциала оптической иодвля для исследуемых реакций ( STATIS )
Частицы
фм
фм
фм
фм
а',
V,
УЙ,
Таблица 2
Бар8*етры оптического потенциала Вудса-Саксона . Входные каналы. (ЮІД.ГГАТІ5)
Таблица З
Параметры оптического потенциала Вудса-Сакоояа.
Выходные каналі ( ЬОІА )
а, а.\ V, \Х,
фм фм МэВ МэВ
I4N(cC ,&Ы )І2с|ф43 и I3CU ,9Be)%e|g4 при Бл= 27.2 МэВ статистические процессы исчерпывают большую часть сечения реакции. В остальных случаях вклад статистических процессов в сечение (сС-,НІ)-реакций на ядрах I0»IIB,I3C,I4»I5N, 9Р не превышает 20# и не воспроизводит структурных особенностей формы угловой зависимости дифференциальных сечений.
Вклад прямых процессов анализировался в рамках модели прямого одноступенчатого подхвата нуклонного кластера в формализме метода искаженных волн с точным учетом конечного радиуса взаимодействия и эффектеj отдачи.В рамках этого формализма сечение реакции («С-,НЕ) можно представить в виде /2/
(ixiy *-« (*$*+*) ffj
I a. ^ '
f ';
где bj и Si - спектроскопические амплитуды передаваемого кластера в ядре-мишени и регистрируемом ядре HI.
Вычмсление дифференциальных сечений в рамках метода искаженных волк проводилось по программе L О 1«А /З/.Спетроскопические амплитуды вычислялись по программе 2)ЕМА /4/.Величины спектроскопических амплитуд рассматриваемых кластеров приведены в,таблице 4.
В предположении сечения (рС- ,Н1)-реакций как некогерентной суммы пря>"чх и статистических процессов .показано .что экспериментальные "тловые распределения реакций В(<*, 1,1) ; B(oC-,HI) ; і3си,9Ве)%еосн> ; l4u,l%)%e ; I4.*5NU A7U) ; F(oC і ' 1%'д хороио согласуются с теоретическими значениями ot^offi . Сравнение теоретических и экспериментальных значений спектроскопических амплитуд рассматриваемых кластеров подтвервдает сделанные предположения о возможной кластерной структуре ядер-мигаеней
*Й^%е *'//.» *//--*"c+*/f ;
JiC ^*Ве + Ие ; J9F * '^О + ^ .
В главе I было показано,что угловые распределения оеакции 24Мд(Л,І2С)І60 в области Еч= 22.0 + 28.4 МэЗ обладает рядом
Таблица к.
интересных особенностей.Наличие корреляции между резонансами d функциях возбуждения реакций z%g(o4,o) ^%Ыв1, , С) О и 12С( 0, 0) убеждает в том,что динамика реакции определяется резонансными процессами,имеющими место на всех стадиях реакции. В принципе.динамика реакции (об , С) можед быть промоделирована в рамках выбранного нами формализма прямой одноступенчатой передачи группы нуклонов как кластера.Правда,без учета иирин и квантовых характеристик тех резонансов ,в области которых измерены угловые распределения (оС-, С)-реакций.Мы оценили только вклад прямых и обменных процессов в сечение реакции %a(ot , . С) 0 ,а также оценили вклад прямых процессов в сечение реакции ^Ned*, С) С при Е<* = 13.695 и 20.202 МэВ /5/.Расчеты дифференциальных сечений реакции TId(«C, С) 0 в рамках выбранной модели хорошо воспроизводят осциллирующую структуру углового распределения(рис.З).Видно, что обсолтотныа значения в области больших углов воспроизводятся в предположении преобладания обменных процессов.Таким образом , возможно,в реакцу-ч тЛс^с^ , С) О имеет место прямой резонансный процесс передачи группы нуклонов как кластера.
Еще более ярки проявления резонансов в реакции ** Ne(e, С) С' Наблюдается четкая зависимость между количеством осцилляции в угловом распределении реакции и квантовыми числами резонансов.Предполагая,что в данной реакции может происходить подхват кластера %е, мы расчитали угловую зависимость дифференциальных сечений реакции 20Ne(<* ,12СГ2С в области двух резонансов : Ел = 13.695 МэВ и Ев;/= 20.202 МэВ.Из рис.З видно,что модель прямого одноступенчатого подхвата кластера тЗо воспроизводит как абсолютные значения дифференциальных сечений,так и в случае первого резонанса,удовлетворительно описывает диффракционнуи сгрукгуру углового распределения.
В заключении подводится итоги исследования реакций в данной энергетической области .формулируются основные-результаты и выводы.
В приложении даны таблицы абсолютных значений дифференциальных сечений реакций Ы ,Н1) на ядрах ^-1.1.14^.1%.2 при Е^ = 27.2 ЫэО.
