Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Получение пучков радиоактивных ядер .
1.1. Основные направления исследований с применением пучков радиоактивных ядер.
1.1.1. Феномен ядерного гало.
1.1.2. Экспериментальные характеристики ядерного гало .
1.1.3. Использование радиоактивных пучков для изучения структуры ядер.
1.2. Получение пучков радиоактивных ядер.
1.2.1. Принцип сепарации "на лету" продуктов фрагментации ядер первичного пучка.
1.2.2. Принцип ISOL метода получения пучков радиоактивных ядер.
1.2.3. Сравнение двух методов получения пучков экзотических ядер.
ГЛАВА II. Масс-сепаратор АКУЛИНА .
2.1. Мотивация.
2.2. Ионно-оптическая система.
2.2.1. Концепция, расчет, основные характеристики .
2.2.2. Магнитные элементы, измерения и установка.
2.3. Инженерно-технические устройства и узлы.
2.3.1. Вакуумная система, физическая криогенная мишень.
2.3.2. Производящая мишень, профилированный поглотитель.
2.3.3. Система диагностики первичного и вторичного пучков.
2.4. Экспериментальное измерение характеристик, сравнение с расчетом.
2.4.1. Измерение трансмиссии, профилей и разрешения на первичных пучках.
2.4.2. Эмиттанс, угловой разброс, дисперсия, измерение степени очистки вторичного пучка.
ГЛАВА III. Пучки радиоактивных ядер, получаемые с помощью установки АКУЛИНА .
3.1. Статистическая модель процессов фрагментации.
3.2. Получение пучков экзотических ядер на сепараторе АКУЛИНА .
3.2.1. Характеристики пучков первичных ядер, ускоряемых на У-400М.
3.2.2. Оптимизация условий получения и параметры некоторых пучков вторичных ядер.
3.3. Выходы продуктов ядерных реакций из толстой мишени при ее бомбардировке ионами 7U ИВ и 15N.
3.3.1. Описание эксперимента.
3.3.2. Выходы ядер-продуктов в реакции 71л(35,4 МэВ/А)+9Ве.
3.3.3. Выходы ядер-продуктов в реакции ' 'В(32,6 МэВ/А)+9Ве.
3.3.4. Выходы ядер-продуктов в реакции I5N(47,5 МэВ/А)+9Ве.
ГЛАВА IV. Экспериментальное изучение структуры ядра 6Не.
4.1. Современные представления о структуре ядра 6Не.
4.2. Упругое рассеяние 6Не на 4Не в широком угловом диапазоне .
4.2.1. Мотивация.
4.2.2. Описание эксперимента.
4.2.3. Результаты и анализ полученных данных.
4.3. Изучение структуры 6Не при его взаимодействии с протоном.
4.3.1. Мотивация.
4.3.2. Описание экспериментальной аппаратуры.
4.3.3. Результаты и обсуждение.
Заключение.
- Экспериментальные характеристики ядерного гало
- Концепция, расчет, основные характеристики
- Получение пучков экзотических ядер на сепараторе АКУЛИНА
- Упругое рассеяние 6Не на 4Не в широком угловом диапазоне
Введение к работе
Изучение легчайших ядер, находящихся на границе нейтронной и протонной стабильности, является одним из актуальных направлений исследований в современной ядерной физике. Специальный интерес вызывают исследования структуры ядер с нейтронным или протонным гало, представляющим собой разреженное ядерное вещество. В настоящее время уровень знаний таков, что не исключается существование аномально нейтронно-избыточных ядер, таких как, например Н. Теория, исходящая из современных знаний о свойствах ядерных сил, может хорошо описывать легкие ядра. Поэтому важно получение новых экспериментальных данных о свойствах ядер на линии нуклонной стабильности и резонансных состояний ядерных систем за границей нуклонной стабильности.
В течен ие последних 10 — 15 лет наиболее интенсивно ведутся исследования, основанные на использовании пучков радиоактивных ядер. В целом ряде лабораторий существует не менее десятка установок, на которых получают вторичные пучки как прямой сепарацией продуктов реакций, так и с последующим ускорением, обеспечивая малый эмиттанс и высокое энергетическое разрешение.
Большое значение для изучения структуры самих ускоренных вторичных ядер и для исследований с применением их в качестве вторичных пучков имеют методы, использующие реакции малонуклонных передач. Такие методы развивались на протяжении нескольких десятков лет для изучения ядер вблизи линии /^-стабильности.
В Лаборатории ядерных реакций действует циклотронный комплекс У-400 и У-400М, предоставляющий исключительные возможности для получения радиоактивных пучков легчайших ядер и проведения экспериментов с ними. Высокая интенсивность пучков тяжелых ионов, ускоряемых до энергий 32-50 МэВ/А, позволяет получать вторичные пучки радиоактивных ядер с энергиями в диапазоне 10-40 МэВ/А. Этот диапазон
выгоден для изучения реакций передачи с точки зрения интерпретации механизмов взаимодействия, а также в связи с возможностью получения энергетического разрешения -0,5%, которое сравнимо с разрешением, получаемым на первичных циклотронных пучках.
Целью данной диссертации является создание установки АКУЛИНА — сепаратора вторичных пучков экзотических ядер высокой интенсивности и сравнительно хорошего качества. Сепаратор использовался в ряде экспериментов, в которых были изучены его рабочие характеристики. Эксперименты, посвященные изучению структуры ядра бНе, также являются предметом данной диссертации. В диссертации получены данные о выходах» угловых и энергетических распределениях продуктов реакции первичных циклотронных пучков 7Li, ПВ и I5N на толстых бериллиевых мишенях.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе кратко описаны основные направления исследований с применением пучков радиоактивных ядер и рассмотрены методы их получения. Во второй главе дано обоснование создания установки, приведены результаты расчета, описана техническая реализация и измерение характеристик сепаратора пучков радиоактивных ядер АКУЛИНА. Третья глава посвящена результатам получения пучков радиоактивных ядер и измерению выходов продуктов реакций при бомбардировках толстых мишеней ионами 7Li, ПВ и 15N. В четвертой главе описаны эксперименты и приведены результаты изучения структуры ядра 6Не в реакциях 6Не+4Не и 6Не+р.
На защиту выносятся следующее:
1. Сепаратор АКУЛИНА, установленный на линии выведенных пучков циклотрона У-400М, предназначенный для получения пучков легких экзотических ядер в диапазоне энергий 10-40 МэВ/А. Сепаратор включает в себя: ахроматическую ионно-оптическую систему, дополненную восьмиметровым прямолинейным участком с фокусирующими элементами,
который доставляет пучки экзотических ядер в помещение с низким радиационным фоном; узел производящей мишени, рассчитанный на мощность первичного пучка до 0,5 кВт; узел профилированного поглотителя; реакционную камеру с комплексом криогенной газовой мишени и системой регистрации продуктов ядерных реакций.
2. Результаты получения пучков легких нейтронно-избыточных
экзотических ядер 6'8Не, '' Li, п,ПІ4Ве, данные об их интенсивности,
содержанию примесей, энергии и разбросе по энергии, эмиттансе.
Данные о выходах, угловых и энергетических распределениях ядер 68Не, Ш11Л, 1]-J2-14Be, полученных при бомбардировке толстых бериллиевых мишеней пучками 7Ы, пВ, i3N. Результаты были использованы при проектировании узла производящей мишени и горячего поглотителя ускорительного комплекса DRIBS.
Данные экспериментов по изучению реакций упругого рассеяния бомбардирующих ядер 6Не с энергией 151 МэВ на мишени полученные в диапазоне углов 20-47 и 120-160 в системе центра масс, а также данные по изучению реакции передачи одного и двух нейтронов }Н^Не,4Не)3Н, полученные при энергии пучка 6Не 25 МэВ/А в диапазоне углов от 20 до 160 в системе центра масс. Результаты измерений послужили основой для выводов о наличии "ди-нейтронной" структуры гало в ядре 6Не.
Экспериментальные характеристики ядерного гало
Как было отмечено выше, гало существует у ядер, имеющих очень малую энергию связи нейтронов. Формирование ядерного гало может быть представлено как аномально большое расширение распределения плотности ядерного вещества и как следствие увеличение размера ядра по сравнению с обычным. При этом, импульсное распределение валентных нейтронов в системе центра масс ядра должно быть значительно уже, чем у нормально связанных нуклонов.
В таблице 1.1 представлены значения энергий отделения одного или двух нуклонов для ядер, являющихся кандидатами на существование у них ядерного гало. Темным фоном отмечены энергии связи, меньшие 1 МэВ. Выделены символы изотопов, у которых существование гало считается доказанным. Как видно из таблицы, есть несколько ядер, у которых может быть обнаружено гало. Исследования необходимо продолжать для более детального определения характеристик ядер на границе стабильности.
Признаком ядерного гало являются импульсные распределения продуктов фрагментации экзотических ядер при энергиях 1 ГэВ/А. На рисунке 1.3. приведены распределения по поперечному импульсу продуктов, измеренных при фрагментации иВе и и1Л на углеродной мишени при энергии налетающих ядер 790 МэВ/А [КоЬ88, Тап92]. Описать полученный результат удалось, только используя сумму двух нормальных распределений с различными ширинами. Узкую часть распределения с а 2\ МэВ/с авторы объясняют выбиванием валентного нейтрона из ЦЫ ядром углерода. При этом кор 91Л остается не возбужденным и летит с небольшим отклонением от направления пучка.
Гало структура у ядер проявляется и при изучении кулоновского возбуждения ядер. При изучении кулоновской диссоциации изотопов гелия, лития и бериллия также была обнаружена зависимость сечения электромагнитной диссоциации (ЭМД) от энергии отделения валентных нейтронов [Тап96]. Кулоновское взаимодействие с ядром мишени, имеющим большое Z (например, свинец), может приводить к возбуждению мягкой дипольной электрической моды колебаний гало ядра. Экспериментальные поиски этого явления продолжаются.
Наблюдение, так называемого, строгого сверх разрешенного /2-распада легких нейтроно-избыточных ядер, также является проявлением гало-структуры [Вог93]. Пучки радиоактивных ядер, полученные с использованием первичных пучков промежуточной энергии, используются для исследования структуры гало легких ядер. Большая часть экспериментов по измерению радиального распределения вещества в ядре и энергетических распределений продуктов фрагментации была выполнена при энергии радиоактивных пучков 40 Мэв/А [Тап96]. Реакции передачи на пучках радиоактивных ионов позволяют получать новую информацию о структуре гало, дополняющюю данные, полученные при исследовании реакций фрагментации. Они также дают возможность исследовать вероятность реализации различных кластерных конфигураций, предсказанных теоретически для ядер, обладающих гало [Zhu93].
Преимущества исследований с применением радиоактивных ионов для изучения реакций передачи перед аналогичными исследованиями, проводившимися на пучках стабильных изотопов [Boh95], обусловлены низкими значениями Q реакции для тех случаев, когда в выходном канале образуются экзотические ядерные системы. Следствием этого является значительное увеличение поперечного сечения образования таких систем. Представляющие интерес продукты могут получаться на радиоактивных пучках при передаче одного или двух нуклонов или относительно стабильных кластеров {4Не, 3Не, 3Ни т.д.) [Tan91, Boh95].
Диапазон энергий 15-30 МэВ/А представляет особенный интерес, так как поперечные сечения реакций передачи достаточно велики и, благодаря короткому времени взаимодействия, одноступенчатые передачи более вероятны по отношению к многоступенчатым. Оценки, основанные на эмпирической систематике [Boh95], а также расчеты, проведенные по методу искаженных волн и по методу связанных каналов [Tho88], показывают, что поперечные сечения представляющих интерес реакций должны составлять 10 27-10 30 см2/ст. Поэтому интенсивность пучков при телесном угле регистрации 1 ср должна быть 104 с1 и выше.
Если в реакции участвуют ядра, обладающие гало, обычной является ситуация, при которой оба продукта реакции не имеют возбужденных состояний, стабильных относительно испускания частиц. В таких экспериментах выделение канала реакции упрощается. И, если не стоит задача получения спектроскопической информации, то допустимый разброс по энергии для пучка радиоактивных ядер может [Тег98] составлять 3-5%, а угловой разброс - 1. В экспериментах по получению информации об энергии и ширине квазистационарных (резонансных) уровней экзотических ядер требуется более высокое энергетическое и угловое разрешение. При интенсивностях вторичных пучков 5-1(? с1 возможно измерение энергии индивидуальных ионов с точностью АЕ/Е&1% и углов траектории с точностью 80 0,2 [Ste02, Ste04], что позволяет в методе недостающей массы различать уровни, отстоящие друг от друга на 0,6-0,8 МэВ.
Примерами успешного использования пучков радиоактивных ядер для исследований экзотических ядерных систем являются эксперименты по синтезу wHe [Ког94], спектроскопические исследования I2J3Be [Ког95] и протонно-избыточных ядер С, !5F [Lep04], эксперименты по наблюдению сверхтяжелого изотопа водорода 5Н [KorOl, Gol03, Ste04].
Концепция, расчет, основные характеристики
Схема сепаратора АКУЛИНА представлена на рисунке 2.1. [Rod97a,b,c]. Дублет магнитных квадрупольных линз Q01-Q02 фокусирует первичный циклотронный пучок в плоскости объектной щели F1, где размещается производящая мишень. Размеры объектной щели составляют 3x5 мм2 по горизонтали и по вертикали соответственно. Продукты фрагментации сепарируются и фокусируются в ахроматической плоскости F3, и далее транспортируются по прямопролетному каналу к физической мишени, расположенной в фокусе F4, где и проводятся ядерно-физические эксперименты.
Линия транспортировки пучка включает два 30 дипольных магнита (Dl, D2) и пятнадцать магнитных квадрупольных линз {Q01-Q15). Ахроматическая часть сепаратора зеркально симметрична относительно промежуточной плоскости F2.
Существуют два режима работы, отличающиеся оптическими условиями фокусировки в плоскости физической мишени F3 и, следовательно, в промежуточной плоскости F2 - ахроматический и дисперсионный. Первый режим характеризуется бездисперсионной ахроматической фокусировкой пучка на физической мишени и невысоким энергетическим разрешением в плоскости F2. Ахроматический режим преимущественно используется при получении вторичных пучков. Плоскость F2 является местом для установки клиновидного поглотителя энергии, предназначенного для очистки экзотического пучка.
Дисперсионный режим, предназначенный главным образом для работы с первичными пучками циклотрона, обеспечивает возможность иметь на физической мишени энергетическое разрешение «0,5%. В этом случае в сочетании со спектрометром могут быть получены условия, свойственные установкам, предназначенным для анализа по импульсу.
Ионно-оптические расчеты сепаратора АКУЛИНА производились с помощью программы TRANSPORT [Вго80] с точностью до второго порядка величины. В таблице 2.1. приведены основные параметры установки для ахроматической настройки. На рисунке 2.2. приведены огибающие профиля траекторий пучка для ахроматического режима настройки. Видно, что для первичного пучка, имеющего размер на предметной щели ФЗ мм, эмиттанс 7,5 тг-мм-мрад по горизонтали и вертикали, разброс по импульсу - ±0,5%, максимальное отклонение пучка от оси составляет 33 мм, а размер в ахроматической плоскости практически равен размеру предметной щели. При работе со вторичным пучком (см. Рис. 2.2.6), когда необходимо использовать максимальную трансмиссию и предельный импульсный захват, отклонение пучка от оси достигает 40 мм, и размер изображения на физической мишени вписывается в диаметр 15 мм при диаметре пятна на производящей мишени равном 6 мм. Такое различие объясняется не скомпенсированными аберрациями второго порядка.
Огибающие траекторий пучка для ахроматического режима настройки сепаратора: а) первичный пучок с размером на предметной щели ФІ мм и эмитгансом 7,5 ямммрад по горизонтали и вертикали, разброс по импульсу - ±0,5%; б) вторичный пучок с размером на предметной щели Фб мм и эмитгансом 60 я-мм-мрад и 40 л мм мрад по горизонтали и вертикали соответственно, импульсный аксептанс - ±3%. 2.2.2. Магнитные элементы, измерения и установка.
Магнитооптическая система сепаратора построена из стандартных элементов, использующихся для транспортировки выведенных пучков циклотрона У-400М. В качестве дипольных элементов были выбраны магниты ДЗО-3 с углом поворота 30 и радиусом центральной траектории 3 метра. Квадрупольные линзы 7К300-1500 имеют длину полюсов 30 см и диаметр апертуры 7 см. В таблице 2.2. приведены характеристики магнитных элементов.
Нестабильность тока, % - 0,1. Перед монтажом с помощью датчика Холла были проведены магнитные измерения с целью определения магнитооптических характеристик, необходимых для коррекции расчетов и точных настроек. Разброс в эффективных длинах квадрупольных линз составил «1,5%. На основании измерений была точно опредена карта поля на границах дипольных магнитов, что позволило произвести доработать геометрию полюсных наконечников.
Получение пучков экзотических ядер на сепараторе АКУЛИНА
Циклотрон У-400М предназначен для ускорения тяжелых ионов от изотопов водорода до аргона. Энергии выведенных пучков варьируются от 19 МэВ/А (для трития) до 50 МэВ/А (для 15N) в зависимости от отношения массы к заряду ускоряемых ионов. В таблице 3.1. приведены интенсивности и энергии некоторых пучков, получаемых на циклотроне. Из таблицы видно, что наиболее перспективным пучком для получения легких экзотических ядер ( Не, Не, Li) с энергиями в диапазоне 10-28 МэВ/А является ПВ по совокупности таких факторов как интенсивность и энергия. В случае необходимости получения более тяжелых изотопов (например, такие как ИЫ или ,4Ве\ а также, если требуется энергия вплоть до 35 МэВ/А, больше подходят пучки 15N или 180. Для получения интенсивного пучка 6Не больше всего подходит 7/, так как сечение отрыва одного нуклона всегда максимально и в области энергии 30-50 МэВ/А достигает 100 мбарн, например, для такого ядра как i2C [Mou81].
Для изучения возможностей производства пучков легких экзотических ядер использовались первичные пучки 7Li, пВ, I3C, l5N и l80 [Fom98]. В экспериментах измерялись выходы продуктов фрагментации первичных пучков на бериллиевых мишенях толщиной от 175 до 680 мг/см . Измерения проводились при ахроматической настройке сепаратора. Использовались два алюминиевых профилированных поглотителя толщиной 210 и 350 мг/см соответственно.
Первичный пучок фокусировался на производящую мишень, установленную на месте предметной щели сепаратора F1 (см. рис. 2.1.), в пятно диаметром 5 мм. Размер и положение пучка на мишени фиксировались с помощью охлаждаемого водой графитового коллиматора, закрепленного на подвижном штоке в 50 мм перед мишенью. Мишень зажималась в медной оправке, охлаждаемой водой. На расстоянии 50 см после мишени была установлена танталовая фольга толщиной 6,6 мг/см2. Ток вторичной электронной эмиссии, возникающий при прохождении пучка через фольгу, нормировался на показания цилиндра Фарадея, установленного непосредственно за фольгой, и служил монитором интенсивности. Алюминиевый клин монтировался в плоскости F2 (см. рис. 2.1.) вместе с щелевой диафрагмой, с помощью которой фиксировался импульсный захват сепаратора.
В ахроматической плоскости устанавливался АЕіхАЕ2-хЕ телескоп, состоящий из двух 400 мкм кремниевых детекторов, имеющих на одной пластине 29 полосок, ориентированных взаимно ортогонально друг относительно друга, и одного Si(Li) детектора диаметром 66 мм и толщиной 7 мм. Полоски Л-детекторов соединялись между собой через сопротивления 330 Ом так, что создавалась резистивная линия (см. рис.3.1.), с двух сторон которой регистрировались сигналы, возникавшие в детекторе при прохождении через него заряженных частиц. Отношение сигналов пропорционально номеру полоски. Таким образом, получалось двухмерное изображение пучка в ахроматической плоскости сепаратора (см. рис. 2.16.). Выходы изотопов определялись по счету в ЛЕхЕ в спектре для выделенного изотопа.
Варьирование толщины производящей мишени позволяет оптимизировать выход искомого изотопа с заданной энергией. Увеличение толщины профилированного поглотителя увеличивает степень очистки от мешающих примесей, но уменьшает выход за счет возрастающего угла многократного рассеяния. На практике наибольшая интенсивность нейтронноизбыточных ядер получается при условии если величина их скорости меньше скорости первичного пучка на 20-25%.
Оптимальные выходы некоторых изотопов для энергии 25 МэВ/А, полученные при фрагментации 7Ы, пВ, I3C, J5N и 180 на бериллиевой мишени, представлены в таблице 3.2. Там же даны и результаты расчетов, проведенных с помощью программы INTENSITY. Из таблицы видно, что расчеты дают неплохое согласие с экспериментальными данными. В случае, когда требуется пучок радиоактивных ядер с энергией, большей, чем 25 МэВ/А, выгоднее использовать пучки 13С или 15N. Пучок 180 позволяет получать такие экзотические ядра, как Ы и 4Ве. Таблица 3.2. Оптимальные выходы радиоактивных ядер.
Схема производящей мишени с разделенным горячим поглотителем изображена на рисунке 3.3. Первичный пучок (7Ы или ПВ) пройдя через коллиматор попадает на бериллиевая мишень. Ядра (6Не, 8Не) выходящие из мишени в пределах ± 10, пройдя через разделительную танталовую фольгу, тормозятся в графитовом поглотителе, помещенном внутри охлаждаемой трубы из нержавеющей стали. Атомы гелия за счет термодиффузии выходят из горячего графитового поглотителя и попадают в вакуумный объем источника.
Для оптимизации источника по эффективности собирания ядер-продуктов в графитовом поглотителе необходимо иметь подробные экспериментальные данные о выходах, угловых распределениях и энергетических спектрах изотопов гелия и других продуктов реакций, вылетающих из толстой производящей мишени. Такие данные были получены для бериллиевых мишеней с толщинами вплоть до полного поглощения первичного пучка при их облучении на ускорителе У-400М ионами 7Li, ПВ и l5N с энергиями 35,4; 32,6 и 45,7 МэВ/нуклон соответственно [BogOO].
Эксперименты проводились на циклотроне У-400М ЛЯР ОИЯИ с использованием сепаратора АКУЛИНА [Rod97a,b,c]. Облучаемая мишень находилась в фокальной плоскости F3 сепаратора, а расположенные там детекторы и электронная аппаратура использовались для проведения измерений. Сам сепаратор применялся для уменьшения интенсивности пучка бомбардирующих ионов на мишени до величины, не превышающей l(f с 1. Для этого перед входом в первый магнит сепаратора устанавливалась перезарядная фольга (Та, 50 мкм), а значение поля на первом магните устанавливалось равным магнитной жесткости перезаряженного компонента пучка с зарядом на единицу меньшим, чем заряд полностью ободранного иона. Вторая перезарядная фольга (А1, 20 мкм) располагалась в фокальной плоскости F2 (перед вторым магнитом) на коллиматоре, ограничивающем полосу пропускания сепаратора величиной, равной одному проценту по импульсу. Второй магнит осуществлял отбор полностью ободранных ионов, после чего они попадали на мишень. Использование перезаряженного компонента пучка позволяло проводить облучение рабочей мишени пучком с интенсивностью на пять порядков величины меньшей, чем интенсивность выведенного пучка. Средняя интенсивность пучка на мишени в наших экспериментах составляла от 0,5-ш до 5,0-105 с1. Использование сепаратора позволило с хорошей точностью определить среднюю энергию бомбардирующих ионов и измерить их энергетическое распределение. Затем эти данные применялись нами при калибровках полупроводниковых и сцинтилляционных детекторов. Схема детектирующей системы, располагавшейся в реакционной камере сепаратора АКУЛИНА, приведена на рис. 3.4. Пройдя свинцовый коллиматор (толщина — 10 мм, диаметр отверстия - 10 мм) и пропорциональную камеру, работающую в режиме счета отдельных ионов, пучок попадал на бериллиевую мишень. Продукты реакции, вылетающие из мишени, регистрировались телескопом, состоявшим из двух кремниевых детекторов (тонкого 70-мкм детектора и 400-мкм полоскового детектора с вертикальными полосками шириной 2 мм) и сцинтилляционного детектора с кристаллом Csl толщиной 19 мм. Расстояние между телескопом и мишенью составляло 200 мм.
Прямоугольный свинцовый коллиматор, установленный перед полосковым детектором, ограничивал рабочий размер телескопа. Размер коллиматора составлял 16 мм по горизонтали и 14 мм по вертикали соответственно. Сигналы с четырех соседних полосок детектора объединялись и подавались на один спектроскопический тракт. Всего для координатных измерений использовалось два тракта ЛЕ детектора и, таким образом, позиция в горизонтальном направлении измерялась с точностью 8 мм.
Упругое рассеяние 6Не на 4Не в широком угловом диапазоне
Реакции передачи предоставляют большие возможности для определения структурных параметров и спектроскопических факторов простых ядерных конфигураций, поэтому представлялось естественным использовать их для проверки предположений о структуре внутренней волновой функции 6Не [Zhu93]. При изучении рассеяния 6Не на 4Не можно исследовать так же и передачу двух нейтронов. При этом эффект обмена в системе центра масс выглядит, как упругое рассеяние в обратном направлении [Sat83]. Двухнейтронный обмен между а- кором ядра бНе и ядром 4Не создает предпосылки для детального исследования структуры гало ядра 6Не.
При энергии пучка 6Не ниже 15 МэВ/А потенциальное рассеяние вносит заметный вклад в поперечное сечение упругого рассеяния во всем угловом диапазоне, то есть интерферирует с эффектом обмена. Для энергии столкновения приближающейся (или даже превосходящей) в системе центра масс к энергии Ферми в ядрах, вероятность двухнейтронного обмена становится слишком малой. Чтобы этот эффект проявился наиболее четко, оптимальный энергетический диапазон налетающих ионов 6Не должен составлять 20-30 МэВ/А. При такой энергии упругое рассеяние, описываемое с помощью потенциала оптической модели, обнаруживает сильную угловую зависимость и должно резко падать с увеличением угла. Например, при изучении рассеяния 4Не (Еа=166 МэВ) на 6Li упругое рассеяние назад было представлено как обмен дейтронним кластером между двумя ядрами 4Нг [Вас72].
Гелиевая мишень бомбардировалась пучком Не с энергией 151 МэВ [Тег98]. Представлявший интерес канал упругого рассеяния назад выделялся путем регистрации обоих продуктов. Возможным вкладом неупругого рассеяния можно было пренебречь, так как все возбужденные состояния как 4Не так и 6Не нестабильны по отношению к испусканию частиц. Следовательно, требование высокого разрешения по энергии в этом случае не имело принципиального значения.
Вторичный пучок 6Не был получен с помощью установки АКУЛИНА [Rod97a] путем фрагментации пучка ускоренных на У-400М ионов Li с энергией 32 МэВ/А на бериллиевой мишени, толщиной 225 мг/см2. Использование клиновидного алюминиевого поглотителя толщиной 1,3 мм, помещенного в промежуточной фокальной плоскости установки, позволило уменьшить примесь ионов 3Н в пучке 6Не до уровня «10%. Аксептанс сепаратора по импульсу был в этом случае ограничен величиной ±1,8% с помощью щелей размером 22 и 10 мм в горизонтальном и вертикальном направлении соответственно, размещенных в плоскости F2. Вторичный пучок Не коллимировался системой трех углеродных диафрагм, в результате его фиксированный диаметр на гелиевой мишени составлял «6,5 мм. Разброс энергии пучка (полная ширина энергетического распределения на половине высоты) и его поперечный эмиттанс составляли ±2% и 30 ж-мм-мрад соответственно. Такой относительно небольшой поперечный эмиттанс имел существенное значение в случае, когда в эксперименте траектории отдельных бомбардирующих ионов не измерялись. При таких условиях была получена интенсивность пучка Не на мишени 1-105 с при интенсивности первичного пучка 7Ы на производящей мишени - 1-1012 с1.
Ячейка криогенной гелиевой газовой мишени имела цилиндрическую форму с диаметром 25 мм и глубиной 12 мм. Входное и выходное окна из нержавеющей стали толщиной 10 мкм каждое имели размеры 24x10 мм по горизонтали и вертикали соответственно. Ячейка охлаждалась жидким азотом до температуры 78А", давление газа в ней составляло 5 атм. Таким образом, толщина мишени Не составляла 5,6-10 атомов/см ,
Схема системы регистрации представлена на рисунке 4.2. Она состояла из двух телескопов, в которых были использованы кремниевые детекторы, установленные на двух подвижных штангах. Конструкция этих устройств позволяла менять расстояния телескопов от центра мишени и углы относительно направления пучка. Основные параметры обоих телескопов также представлены на рисунке 4.2. и в подписях к нему. Первый АЕхАЕхЕ телескоп был предназначен для регистрации низкоэнергичных ядер 6Не, соответствующих рассеянию назад. Схема системы регистрации. АЕО - сигнал с пластического сцинтиляпионного детектора (45x60 мм толщиной 150 мкм), служившего монитором интенсивности пучка Не; ЛЕ21 - сборка из восьми кремниевых позиционно чувствительных детекторов (каждый детектор имел площадь 8x64 мм2 и толщину 0,3 мм). Размеры остальных детекторов были следующие (Б скобках указаны диаметр и толщина в мм): ЛЕП{\Ь\ 0,03), АЕ12(20; 0,1), ЛЕ13(4Я; 0,54), АЕ14(50; 3,0), АЕ22(55; 0,52), АЕ23(6&, 0,68), АЕ24(6Ь; 7,7).
Для определения сечения рассеяния в обратном направлении учитывались события, для которых в первом телескопе были зарегистрированы ионы йНе в совпадении с высокоэнергичньши ионами Не, попавшими во второй телескоп. Данные для рассеяния вперед были получены из анализа инклюзивных спектров Не, измеренных вторым телескопом. Позиционное разрешение кремниевого координатно-чувствительного детектора, использованного во втором телескопе, составляло 1 мм и 8 мм для Хи Y координаты соответственно. В целом, с учетом конечной глубины мишени, эмиттанса пучка (размера пучка и разброса по углу на мишени) и точности определения позиции телескопа, ошибки в определении угла рассеяния вперед не превышали 2 в лабораторной системе координат. Для зарегистрированных в совпадении событий рассеяния назад угловое разрешение составляло ±1 в системе центра масс, благодаря тому, что в этом случае учитывалось отношение энергий ионов, измеренных с помощью каждого из телескопов.
Мониторирование пучка ионов 6Не и определение интегрального потока ионов производилось с помощью тонкого сцинтилляционного детектора. Он состоял из пластика NE PILOT-U толщиной 150 мкм, пустотелого световода, выполненного в виде конуса из 27 ftm ЛЇ фольги и фотоумножителя (Hamamatsu R3082). Энергетическое разрешение этого детектора позволяло с помощью измерения величины ДЕ уверенно отделять бомбардирующие ионы 6Не от примесных ионов 3Н.
