ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 8, с. 1443-1449
ЯДРА
ОБРАЗОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ПРОДУКТОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИОНОВ 7и С ЯДРАМИ МЕДИ ПРИ ЭНЕРГИИ 35 МэВ/нуклон
© 2004 г. Н. А. Демёхина*, Г. С. Карапетян1), С. М. Лукьянов2), Ю. Э. Пенионжкевич2), Н. К. Скобелев2), А. Б. Якушев2)
Ереванский физический институт, Армения
Поступила в редакцию 01.09.2003 г.
Представлены значения абсолютных сечений образования ядерных продуктов взаимодействия меди с ионами 7Ы при энергии 35 МэВ/нуклон. Измерения проводились путем регистрации выходов радиоактивных ядер-остатков полупроводниковым детектором из сверхчистого германия. Зарядовые и изобарические распределения в области массовых чисел 22—69 а.е.м. использовались для получения массового выхода продуктов реакций и расчета полного сечения взаимодействия. Приведены результаты сравнения с данными из реакций 12 С + Си, а также с оценками теоретических моделей.
ВВЕДЕНИЕ
Механизм ядро-ядерных взаимодействий обусловлен в основном энергией налетающих ионов. При низких энергиях (<10 МэВ/нуклон) процессы слияния и глубоконеупругого рассеяния определяются влиянием среднего ядерного поля [1, 2]. Нуклон-нуклонные столкновения, роль которых возрастает с увеличением энергии снаряда, становятся доминирующим механизмом взаимодействия при высоких энергиях (>100 МэВ/нуклон) [3]. В области промежуточных энергий возможны проявления различных механизмов ядерных столкновений, приводящих к образованию промежуточных ядерных систем различного нуклонного состава. Основная часть экспериментальных и теоретических исследований относится к низким и высоким энергиям, область же промежуточных энергий изучена меньше.
Статистическая модель, успешно применяемая для описания распада составных ядер, образованных при слиянии [4, 5], оказывается недостаточно точной уже при энергиях, превышающих 10 МэВ/нуклон. Это обстоятельство привело к развитию дополнительных теоретических предположений, относящихся как к первой стадии взаимодействия, так и к процессу распада возбужденного промежуточного ядра [6—8]. Исследование распределений продуктов фрагментации мишени представляет один из способов изучения динамики процесса ядро-ядерных столкновений. Реакции,
'•'Ереванский государственный университет, Армения.
2)Объединенный институт ядерных исследований, Дубна,
Россия.
E-mail: nina@lx2.yerphi.am
вызванные легкими ядрами, позволяют проанализировать более простую картину взаимодействия, в которой единственным источником образования тяжелых продуктов является ядро мишени.
Энергетическая зависимость некоторых характеристик таких процессов исследовалась в реакциях, вызванных ионами 12С в мишенях Ре, Си, ЫЬ, Та и Аи при энергиях налетающего ядра до 47 МэВ/нуклон [4, 9—11]. В области более легких снарядов опубликованы результаты измерений распределений продуктов взаимодействия а-частиц с мишенями 59Со и п^Си [12, 13]. Однако экспериментальной информации пока недостаточно для проведения систематизации данных и определения влияния энергии и сорта налетающих ядер на механизм реакций.
В настоящей работе представлены результаты измерения выходов продуктов реакций, протекающих в мишени п^Си при облучении ионами 7Ы с энергией 35 МэВ/нуклон. Проводится сравнение с ранее полученными данными [9] для реакции 12С + + Си, а также с результатами модельных расчетов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
Облучение проводилось на циклотроне У-400М Объединенного института ядерных исследований (Дубна, Россия). Для измерения выходов радиоактивных продуктов реакций использовался спектрометр на базе полупроводникового детектора из сверхчистого германия с разрешением 0.2% при энергии ~1.0 МэВ. Результаты измерения включали выходы радиоактивных продуктов, обладающих ядерными характеристиками, доступными для регистрации методом наведенной активности.
Анализ 7-спектров проводился на основе спектральных и ядерных характеристик продуктов реакций с использованием программы DEIMOS [14].
Мишень представляла самоподдерживающиеся медные пластины толщиной 20 мкм. Экспозиция на
где 5 — площадь под фотопиком; N — интенсивность пучка (1/с); N — число ядер мишени (1/см2); ¿1 — время облучения; ¿2 — время экспозиции между концом облучения и началом измерения; ¿3 — время измерения; Л — постоянная распада; П — относительная интенсивность 7-переходов; к — коэффициент поглощения 7-квантов в материале мишени и детектора; е — эффективность регистрации 7-квантов ядерных переходов. При наличии вклада соседних изотопов в результате в- - или в +-распада расчет сечений проводился по сложной формуле, которая включала вероятность образования и распада радиоактивных предшественников измеряемого продукта [15]. В случае невозможности измерения выходов родительских изотопов сечения образования продуктов определялись как кумулятивные
Результаты измерений, представляющие абсолютные значения сечений различных ядерных остатков, образованных как независимым, так и кумулятивным образом, приведены в табл. 1.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
Выходы продуктов по массовым характеристикам можно разделить на три группы:
остаточные ядра в массовой области > 60 а. е. м.,
область ядер с массовыми числами 34— 60 а. е. м.,
область относительно легких фрагментов (<34 а. е. м.).
Аналогичные исследования выходов реакций 12C + ^ в диапазоне энергий 20-46 МэВ/нуклон [9] показали, что характер поведения функций возбуждения зависит от массовой области образующихся продуктов:
сечения образования ядер с массовыми числами, близкими к массе мишени, убывают с ростом энергии налетающих ионов;
выходы продуктов с массами в области 3460 а. е. м., относящиеся в основном к испарительным остаткам, слабо зависят от энергии;
пучке ^ с интенсивностью 30 нА (~1010 ядер/с) продолжалась в течение 30 мин, а процедура измерения спектров длилась более пяти месяцев. Расчет выходов продуктов, образованных в результате определенного канала взаимодействия, -независимых сечений (I), проводился по формуле
(1)
вероятность образования легких ядер (предположительно продуктов процессов фрагментации или бинарных распадов) растет с энергией реакции.
Нами проводилось сравнение выходов парциальных каналов взаимодействия, относящихся к одинаковой полной энергии в реакциях, инициированных ядрами ^ и 12C [9]. Для продуктов в массовой области 34-60 а. е. м. отношение сечений в реакциях ^ + + в среднем составило 1.18 ± 0.11 (рис. 1). Существенное различие в величине сечений наблюдалось в области продуктов с массой >60 а.е.м. В реакциях под действием ядер углерода ядра с такими массами образуются с большей вероятностью при той же полной энергии реакции. Можно предположить, что основной вклад в выходы этих реакций вносит не статистический распад равновесных состояний, а поверхностные взаимодействия с вовлечением нуклонов из области перекрытия падающего ядра с мишенью. Такие неравновесные процессы сильно зависят от числа столкновений и числа нуклонов в снаряде [16].
ЗАРЯДОВЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Метод регистрации наведенной активности позволяет определить вероятность образования элементов, ядерные характеристики которых представляют величины, доступные измерениям. Для получения полной картины выхода остаточных ядер необходимо оценить выходы неизмеряемых продуктов, используя известные законы зарядового и массового распределений. В качестве аппроксимирующей функции нами использовалось выражение, предложенное в [17]:
а(А, г) = ехр[а1 + а2А + а3А2 + а4А3 + (2)
+ (а5 + од А + а?А2)гр - гр],
= а9А + а10 А2. (3)
Первые четыре свободных параметра а1—а4 определяют форму массового распределения выходов реакции. Параметры а5—а7 используются для вычисления ширины изобарического распределения. Параметр а8 характеризует форму изобарического
5Л
а =
Кп^кеп(1 - ехр(-Л^)) ехр(-Л£2)(1 - ехр(-Л£з)):
Таблица 1. Сечения образования продуктов в реакции 7Li + па1;Си при энергии 35 МэВ/нуклон
Элемент Тип реакции а, мбн Элемент Тип реакции а, мбн
7Ве I 5.54 ±0.55 55 Со С 2.20 ±0.22
2.99 ±0.17*
22№ С 1.5 ± 0.16 56Мп С 3.00 ±0.30
4.93 ±0.40*
24№ С 1.20 ±0.12 56Со I 18.50 ± 1.90
1.13 ±0.09* 25.70 ± 1.20*
28М^ С 0.02 ±0.01 56№ I 0.068 ±0.007
0.10 ±0.02*
34т I <0.25 57Со I 51.60 ±5.20
89.30 ± 12.00*
38 § I <0.04 57№ I 1.60 ±0.16
2.28 ±0.13*
38С1 I <0.10 58 (т+д)(^0 I 77.45 ± 7.80
116.00 ± 11.00*
39С1 С <0.16 59 ре С 2.11 ±0.21
2.23 ±0.17*
41Аг С <0.20 60(т+3)Со I 16.20 ± 1.70
22.80 ± 1.80*
42 к I 0.70 ±0.09 60 Си С 3.60 ±0.43
0.69 ±0.12* 21.00 ±3.90*
43 к С 0.17 ±0.02 61Со С 4.56 ±0.63
0.16 ±0.02*
43 8с С 1.20 ±0.12 61Си С 18.20 ±2.00
74.60 ±3.10*
44 Аг I <0.05 62 гп С 3.00 ±0.30
12.40 ±0.60*
44 к С <0.15 63 гп С 8.00 ±0.88
74.30 ± 9.20*
443 Б с I 0.60 ±0.06 64 Си I 32.00 ±3.52
0.79 ±0.10*
44т § с I 1.60 ±0.17 65 N1 I <0.03
1.99 ±0.14*
4 сл я: С 0.03 ±0.003 65 гп I 21.55 ±2.20
97.20 ± 10.00*
46(т+д)^с I 2.83 ±0.30 65 Оа С 0.50 ±0.05
2.67 ±0.18*
47Са С 0.03 ±0.003 66№ I 2.00 ±0.20
47Бс I 1.15 ± 0.12 66 Си <1.70
0.79 ±0.10*
48Бс I 0.26 ±0.03 66 Оа I 1.47 ±0.15
0.17 ±0.02* 26.20 ±0.90*
48 V I 6.32 ±0.70 66 Се С <0.40
6.12 ±0.35*
48Сг I 0.10 ±0.01 67 Си С 0.25 ±0.03
0.11 ±0.01*
49Сг С 0.60 ±0.06 67 Оа I 1.91 ±0.20
1.83 ± 1.35* 20.00 ± 1.00*
51Сг С 28.00 ±2.80 67 Се С 0.40 ±0.05
27.7 ±2.80*
52зМп С 11.33 ± 1.20 68 Оа I <0.60
15.70 ±0.60*
52тМп I 1.40 ±0.15 68 Се С <1.30
2.00 ±0.13*
52 ре I 0.08 ±0.01 69т2п I 0.02 ±0.003
0.08 ±0.01*
54Мп I 44.20 ±4.42 69 Се С 0.13 ±0.02
48.20 ±4.60*
* Данные [6].
Я
102г
10
а, мбн 102^
10
30
50
70
А
10
20 22 24 26 28
Рис. 1. Отношение сечений (Я) образования продуктов реакций 12C + (20.5 МэВ/нуклон) [9] и 7Li + + п^(35 МэВ/нуклон).
распределения при данном массовом числе: а8 = 2 соответствует гауссовому распределению. Формула (3) позволяет рассчитать наиболее вероятный заряд (гр) в изобарическом распределении.
В первом приближении для фитирования нами использовались выходы реакции, рассчитанные по формуле (1) (независимые). Затем корректировались
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.