ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СННХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2004, < 4, с. 45-47
УДК 539.1.01.03
ФРАГМЕНТАЦИЯ БЫСТРЫХ ИОНОВ
© 2004 г. В. А. Бакаев1, С. Д. Богданов1, С. С. Богданов1, В. Ф. Космач1, В. М. Молчанов1, В. А. Плющев2, Е. Я. Шабля1
1Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Санкт-Петербург, Россия 2 Радиевый институт им. В.Г. Хлопина, Санкт-Петербург, Россия Поступила в редакцию 10.10.2003 г.
Экспериментально и теоретически исследована фрагментация быстрых ионов золота в фотоэмульсии.
ВВЕДЕНИЕ
В рамках настоящей работы продолжается экспериментальное и теоретическое исследование процесса прохождения тяжелых ядер золота через гомогенную среду в условиях полного опыта, предоставляемого методом ядерных эмульсий [1]. В работе получены основные экспериментальные характеристики фрагментации ядер золота, изучено зарядовое состояние фрагментов и их множественность. Проведены анализ зависимости множественности фрагментов от основных характеристик процесса и сравнение полученных данных с результатами теоретических расчетов в рамках каскадно-испарительной модели [2].
ЭКСПЕРИМЕНТ И РАСЧЕТ
Для получения экспериментальных данных две камеры из отечественной фотоэмульсии БР-2 размером 10 х 10 х 0.05 см были облучены ядрами Ли197 с энергией 1147.2 и 10200 МэВ/нуклон. Средний флуенс при облучениях составил 500-1500 частиц/см2. Детали проявления и первичной обработки камер, определения характеристик отдельного следа и поиска неупругих взаимодействий представлены в [3].
Было обработано 332 взаимодействия нерелятивистских ядер Ли197 со средней энергией 741.2 ± ± 19.8 МэВ/нуклон и 90 взаимодействий Ли197 с энергией 10.2 ГэВ/нуклон. В процессе обработки расщеплений были определены заряды, полярные и азимутальные углы испускания всех фрагментов налетающего ядра с атомным номером (2фр) более двух. Дополнительно было обработано 173 нерелятивистских взаимодействия Ли197, в которых атомный номер фрагмента, превышающий 20, определялся по остаточному пробегу фрагмента [1], а измерения других зарядовых частиц не проводились. Также к анализу был привлечен массив из 452 событий неупругих взаимодействий ядер Ли197 с энергией 10.2 ГэВ/нуклон, полученный в рамках сотрудничества ЕМи-01 [4].
Расчетная статистика была получена путем генерации взаимодействий ядер золота с ядрами Н, С, К, О, Вг, Л§ по методу Монте-Карло и дальнейшим суммированием с весами, соответствующими вычисленным сечениям. При этом 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 описывался с помощью статистической модели. Расчетный ансамбль составил 998 событий, вызванных ядрами 197Ли на ядрах фотоэмульсии при энергии 700 МэВ/нуклон.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рисунке приведен зарядовый спектр вторичных фрагментов из взаимодействий Ли197 с Е = = 741 МэВ/нуклон, Е = 10.2 ГэВ/нуклон и Е = = 700 МэВ/нуклон (по каскадно-испарительной модели) с ядрами фотоэмульсии. В таблице приведены средние множественности фрагментов с атомным номером (2фр) более двух.
Из рисунка следует, что в теоретических и экспериментальных данных при Е ~ 700 МэВ/нуклон наблюдаются две области различия: в области зарядов фрагментов, близких к заряду налетающего ядра (2фр = 70-79), расчетные данные значительно превышают эксперимент - и в области зарядов фрагментов (2фр = 3-20). В этом случае расчет предсказывает меньший выход фрагментов по сравнению с наблюдаемым на практике. Так, например, в области зарядов фрагментов 2фр = 70-79 при энергиях снаряда около 700 МэВ/нуклон адекватные расчетные данные для нашей статистики (998 событий) должны были составить всего 60 фрагментов вместо полученных в расчете 445. То есть в этой области атомных номеров фрагментов коэффициент различия достигает семи. Близкие коэффициенты различия между экспериментом и расчетом наблюдаются и в области = 3-20.
46
БАКАЕВ и др.
(Жфр/йЪЩфр, отн. ед.
Атомный номер фрагмента Хфр
Зарядовый спектр вторичных фрагментов из экспериментальных взаимодействий ионов Ли197 с Е = 741 МэВ/нуклон (пунктирная линия), с Е = 10.2 ГэВ/ну-клон (штриховая линия) и расчет по каскадно-испари-тельной модели с Е = 700 МэВ/нуклон (сплошная линия) с ядрами фотоэмульсии. Нормировка графика проведена по площади; для каскадно-испарительной модели значение при Хфр = 79 достигает 0.11.
Изменение энергии налетающего ядра Ли197 от 0.7 до 10.2 ГэВ/нуклон слабо сказывается на зарядовом спектре быстрых фрагментов. В обоих случаях наблюдаются пики распределений при зарядах Хфр = 3-10 и постепенное уменьшение вероятности выхода фрагментов с большим атомным номером.
Множественность быстрых фрагментов из взаимодействий ядер золота с ядрами фотоэмульсии
Атомный Множественность фрагментов, частиц на взаимодействие
номер фрагмента Е = 741 МэВ/нуклон (эксперимент) Е = 10.2 ГэВ/нуклон (эксперимент) Е = 700 МэВ/нуклон (расчет)
3-20 2.02 ± 0.08 1.06 ± 0.11 0.11
21-60 0.53 ± 0.04 0.33 ± 0.06 0.35
61-79 0.18 ± 0.02 0.33 ± 0.06 0.59
3-79 2.73 ± 0.32 1.72 ± 0.12 1.02
Полученные различия показывают, что примененная модель слабо учитывает процессы мультифрагментации возбужденных сверхтяжелых ядер остатков. Как следствие, в расчетах практически отсутствуют взаимодействия с испусканием двух и более тяжелых фрагментов налетающего ядра. Средняя множественность тяжелых фрагментов налетающего ядра Ли197 в экспериментах составила 1.7-2.7 фрагментов на взаимодействие (таблица), в то время как расчетное значение близко к единице. Увеличение вероятности процессов мультифрагментации возбужденных осколков ядер снарядов в модели привело бы к увеличению множественности фрагментов в области зарядов фрагментов Хфр = 3-10 и увеличило бы множественность фрагментов с Xфр > 3 во взаимодействиях ядер в целом, что привело бы к более адекватному описанию эксперимента.
Кроме этого, в эксперименте наблюдаются взаимодействия с присутствием двух фрагментов с Хфр более 20, что свидетельствует о наличии "делительных" процессов в экспериментальных ансамблях. Для выделения делительных событий из массива (452 события, ЕМи-01) обработанных расщеплений ядер Ли197 с энергией 10.2 ГэВ/нуклон были отобраны 16 событий, имевших, как минимум, два быстрых фрагмента налетающего ядра с зарядами Хфр > 20 элементарных единиц заряда каждый. То есть отношение поперечного сечения образования двух массивных осколков к полному неупругому поперечному сечению составило величину 0.035 ± 0.009. Эта величина оказалась весьма близкой к вероятности двойного деления ядер Ли197 протонами больших энергий, составляющей 3-5% [5].
В расчете подобных взаимодействий не наблюдается, поскольку в алгоритме использованной версии каскадно-испарительной модели процессы "деления" отсутствовали.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведено экспериментальное исследование характеристик взаимодействий ядер Ли197 при энергиях 0.1-1 и 10.2 ГэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии. Примененная релятивистская ядерная эмульсия позволила зарегистрировать и идентифицировать все заряженные частицы, сопровождавшие исследуемую реакцию. Обнаружено, что главное отличие экспериментальных и теоретических данных заключается в малой (по сравнению с экспериментом) вероятности появления расщеплений с несколькими фрагментами Хфр > 3 в расчетных результатах и, как следствие, искажению зарядовых спектров фрагментов Ли197 в расчете.
Авторы благодарны коллегам по сотрудничеству ЕМи-01 за предоставленную возможность использовать экспериментальный материал по взаи-
ФРАГМЕНТАЦИЯ БЫСТРЫХ ИОНОВ
47
модействиям ядер Ли197 с энергией 10.2 ГэВ/нуклон с ядрами фотоэмульсии и С. Вокала за предоставленный расчетный материал.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богданов С.Д., Богданов С.С., Космач В.Ф. и др. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. ис-след. 2003. № 4. С .41.
2. Богданов С.Д., Богданов С.С., Космач В.Ф., и др. // Изв. АН. Сер. физ. 1996. Т. 60. № 11. С. 132.
3. Богданов С.Д., Богданов С.С., Журкин Е.Е., Космач В.Ф. // ЖЭТФ. 1999. Т. 115. В. 2. С. 1.
4. Adamovich MI, Aggarwal M.M., Arora R. et al. // Eur. Phys. J. A. 1999. V. 5(4). P. 429.
5. Барашенков В С., Тонеев В.Д. Взаимодействие высокоэнергетических частиц и ядер с ядрами М.: Атомиздат, 1972. 839 с.
Fragmentation of Fast Ions
V. A. Bakaev, S. D. Bogdanov, S. S. Bogdanov, V. F. Kosmach, V. M. Molchanov, V. A. Pluschev, E. Ya. Shablya
Fragmentation of fast ions of gold in the photoemulsion was experimentally and in theory investigated. Questions of the dependence plurality fragments and main process characteristics have been discussed.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.