ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 3, с. 533-536
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЕ КЛАСТЕРИЗАЦИИ ЛЕГКИХ ЯДЕР В ПРОЦЕССАХ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ МУЛЬТИФРАГМЕНТАЦИИ
© 2004 г. С. Г. Герасимов1^
М. И. Адамович
1), В. Браднова2), П. И. Зарубин2)*,
С. Вокал3), А. Д. Коваленко2),
В. А. Дронов1),
К. А. Котельников^, В. А. Краснов2), В. Г. Ларионова1^ Ф. Г. Лепехин4),
А. И. Малахов2), Г. И. Орлова1^ Н. Г. Пересадько1), Н. Г. Полухина1), П. А. Рукояткин2), В. В. Русакова2), Н. А. Салманова1), Б. Б. Симонов4), М. М. Чернявский^, М. Хайдук5), С. П. Харламов1), Л. Юст6) Сотрудничество БЕККЕРЕЛЬ Поступила в редакцию 26.03.2003 г.
Представлены новые результаты по топологиям фрагментации релятивистских ядер 7Li и 10B. Предложена программа исследования кластерной структуры в стабильных и радиоактивных ядрах. Обсуждается использование эмульсий для изучения явлений ядерной кластеризации в процессах фрагментации легких ядер с энергиями свыше 1 А ГэВ.
Прогресс в исследованиях на пучках релятивистских ядер открывает новые подходы к решению актуальных проблем структуры ядра. Одной из таких проблем является изучение коллективных степеней свободы в возбужденных ядрах, в которых отдельные группы нуклонов ведут себя как составляющие кластеры. Указанная структурная особенность — кластеризация в возбужденных ядрах — особенно отчетливо проявляется в легких ядрах, где возможное число кластерных конфигураций относительно невелико. Естественными компонентами такой картины являются малонуклонные системы, не имеющие собственных возбужденных состояний. Прежде всего это а-частицы, а также дейтроны, тритоны, ядра 3Не и, кроме того, парные состояния протонов и нейтронов. Возможно, что изучение процессов фрагментации стабильных и радиоактивных ядер на кластерные фрагменты при релятивистских
'-'Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Москва (ФИАН).
2)Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия (ОИЯИ).
3)Университет им. П. Шафарика, Кошице, Словакия.
4)Петербургский институт ядерной физики РАН, Гатчина (ПИЯФ).
5)Институт космических исследований, Магурель— Бухарест, Румыния.
6)Институт экспериментальной физики САН, Кошице, Словакия.
E-mail: zarubin@lhe.jinr.ru
энергиях выявит новые особенности их возникновения и роль в процессах нуклеосинтеза.
Использование в обсуждаемой проблеме ядерных пучков с энергией свыше 1 А ГэВ опирается на установленное явление предельной фрагментации ядер. В данном случае оно означает независимость изотопного состава фрагментов налетающего ядра от типа ядра мишени. Это дает основание для использования ядерной эмульсии — достаточно сложного по составу материала — в качестве мишени и детектора релятивистских продуктов фрагментации. К достоинствам эмульсионной методики относится отсутствие энергетического порога на детектирование процесса фрагментации. Эмульсии обеспечивают наблюдение многочастичных процессов релятивистской фрагментации, позволяющее установить наиболее вероятные зарядовые каналы таких процессов. Измерение углов многократного рассеяния дает возможность установить полный импульс релятивистских фрагментов водорода и гелия и тем самым определить их массу. В сочетании с рекордным угловым разрешением использование эмульсий позволяет реконструировать инвариантную массу (энергию возбуждения) фрагментирующей системы.
Наиболее выигрышными для исследования кластеризации являются взаимодействия релятивистских ядер, происходящие при минимальном взаимном возбуждении сталкивающихся ядер без образования заряженных мезонов. При этом достигается четкое разделение по импульсу продуктов фрагментации ядер снаряда и мишени.
534
АДАМОВИЧ и др.
'"V V ■ * / ' ' N
Событие когерентной диссоциации ядра 10В в трехзарядный (выше) и двухзарядный (ниже) фрагменты на трех последовательных участках треков. Трехмерный образ события реконструирован как плоская проекция с помощью автоматического микроскопа ФИАН комплекса ПАВИКОМ.
Основным критерием для отбора таких событий является требование сохранения электрического заряда и массового числа налетающего ядра в узком угловом конусе фрагментации. Выполнение данного условия ведет к резкому снижению средней множественности фрагментации ядра мишени.
Эти соображения стали основой нашей экспериментальной программы (проект БЕККЕРЕЛЬ [1]), нацеленной на систематическое исследование каналов фрагментации стабильных и радиоактивных ядер на пучках нуклотрона ОИЯИ с помощью эмульсионной методики. Исследования кластерной фрагментации ядер 6Ь1 (а-й) [2—5], 12С (За) [6—9] и 16О (4а) [10], выполненные методом эмульсий, служат ориентиром для нашего проекта. Далее обсуждаются результаты, полученные при изучении кластерной структуры ядер 10Ви 7Ь1. Эти результаты создают основу для развития исследований кластеризации в легких нейтронно-дефицитных ядрах и более тяжелых, стабильных.
Кластеризация ядра 10В. На нуклотроне ОИЯИ были ускорены ядра 10В и сформирован пучок с энергией 1 А ГэВ. В сформированном пучке проведено облучение стопок ядерной фотоэмульсии типа БР-2 (состоящей из слоев толщиной 550 мкм и размером 10 х 20 см2) с чувствительностью вплоть до однозарядных релятивистских частиц. При облучении слои эмульсии располагались параллельно направлению пучка. Поиск ядро-ядерных взаимодействий проводился прослеживанием следов пучковых частиц на микроскопах при увеличении х900. На длине 138.1 м прослеженных следов найдено 960 неупругих взаимодействий ядер 10В. Средний свободный пробег ядер 10В до неупругого взаимодействия в эмульсии равен 14.4 ± 0.5 см. Это значение согласуется с зависимостью среднего свободного пробега от
атомного номера ядра-снаряда для легких ядер, имеющих однородную нуклонную плотность.
Получена информация о зарядовом составе заряженных фрагментов и о каналах фрагментации ядра 10В в периферических взаимодействиях. К таким взаимодействиям отнесены события, в которых суммарный заряд релятивистских фрагментов равен заряду начального ядра 10В, не наблюдается образования заряженных мезонов и возможно образование медленных фрагментов ядер эмульсии. Для выделения этих событий оценивались величины зарядов релятивистских частиц (в основном это заряды 1 и 2), имеющих углы вылета менее 15° относительно направления ядра 10В. При энергии первичного пучка 1 А ГэВ такое значение угла соответствует поперечному импульсу протона 0.44 ГэВ/с. Методом измерения многократного рассеяния оценивалась масса однозарядных фрагментов.
Число найденных событий с суммарным зарядом фрагментов, равным 5, в которых не наблюдается заряженных мезонов, равно 93 (10% от всех событий); в 41 событии не наблюдается фрагментов от развала ядра мишени. Как показал анализ, наличие (или отсутствие) фрагментации ядра-мишени практически не сказывается на распределении по заряду фрагментов налетающего ядра.
В 65% периферических взаимодействий распад ядра 10 В происходит на две двухзарядные и одну однозарядную частицы, из них в 40% однозарядной частицей является дейтрон. В 10% событий содержатся одновременно фрагменты с зарядами, равными 3 и 2 (изотопы Ы и Не). Образование ядра 6Ь1 в сопровождении а-частицы можно рассматривать как уже установленную корреляцию а-частичного и дейтронного кластеров. В 2% событий содержатся фрагменты с зарядами, равными 4 и 1 (ядро
ИССЛЕДОВАНИЕ КЛАСТЕРИЗАЦИИ ЛЕГКИХ ЯДЕР
535
9Ве и протон). На фотографии представлен пример двухчастичного распада на литиевый и гелиевый фрагменты. Канал фрагментации, содержащий один двухзарядный и три однозарядных фрагмента (развал одного из а-кластеров), составляет 15%.
Соотношение каналов (2Не + й)/(2Не + р) & 1 находит аналогию с фрагментацией ядра 6Li, где (Не + й)/(Не + р) & 1, указывая на обильный выход дейтронов и в этом случае [2, 3]. На дейтронную кластеризацию также указывает малое значение среднего поперечного импульса дейтронов (Р= = 0.14 ± 0.01 ГэВ/с в этих событиях, как и в случае фрагментации ядра где Р) =0.13 ± ± 0.02 ГэВ/с.
Отметим, что ядро 10В, как и дейтрон, и ядра 6Li и 14N принадлежит к редкому классу нечетно-нечетных стабильных ядер. Поэтому представляет интерес установить наличие дейтронной кластеризации при фрагментации релятивистского ядра 14 N.
Кластеризация ядра В ядерной фотоэмульсии, облученной в пучке ядер ^ с импульсом 3 А ГэВ/с на синхрофазотроне ОИЯИ, на длине 185 м прослеженных следов найдено 1274 неупругих взаимодействия ядер Средний свободный пробег ядер ^ до неупругого взаимодействия в фотоэмульсии равен 14.5 ± 0.4 см и в пределах ошибок совпадает со значением среднего свободного пробега ядер ^ [2, 3]. Близкие значения средних свободных пробегов и полных поперечных сечений неупругих взаимодействий ядер ^ и ^ указывают на близкие по величине эффективные радиусы взаимодействия.
Около 7% от всех неупругих взаимодействий ядер ^ составляют периферические взаимодействия (92 события), которые содержат только заряженные фрагменты релятивистского ядра, не содержат каких-либо других вторичных заряженных частиц и в которых суммарный заряд фрагментов равен заряду фрагментирующего ядра. Из них 80 событий — это двухчастичные распады ядра ^ на один двухзарядный и один однозарядный фрагменты. Определение массы релятивистских фрагментов показало, что половина из этих событий представляют собой распад ядра ^ на а-частицу и тритон (40 событий). Число распадов на а-частицу, дейтрон и нейтрон — 30%, а на а-частицу, протон и два нейтрона — 20%. Изотопный состав распадных частиц указывает на то, что эти события связаны со структурой в виде кластеров а-частицы и тритона. Преобладание тритонов в изотопном составе однозарядных фрагментов наглядно демонстрирует доминирующее влияние тритонного кластера при
фрагментации ядра ^ в крайне периферических взаимодействиях с ядрами фотоэмульсии.
Ранее в неупругих периферических взаимодействиях ядер ^ с импульсом 4.5 А ГэВ/с в фотоэмульсии были зарегистрированы аналогичные двухчастичные распады ядра ^ на а-частицу и дейтрон, отражающие слабосвязанную двухкла-стерную структуру ядра. Таким образом, структура в виде а-частичного остова и связанных в кластер внешних нуклонов характерна
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.