ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 7-8, с. 739-747
= ЯДРА ^^
ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ГАЛО-ЯДЕР В РЕАКЦИЯХ КВАЗИСВОБОДНОГО РАССЕЯНИЯ ПРОТОНА
ПРИ НИЗКИХ ЭНЕРГИЯХ
© 2015 г. С. В. Зуев*, А. А. Каспаров, Е. С. Конобеевский
Институт ядерных исследований Российской академии наук, Москва Поступила в редакцию 20.11.2014 г.
Рассмотрена возможность экспериментального изучения структуры гало-ядер в реакциях квазисвободного рассеяния протона на кластерах этих ядер. На примере ядра 8Не рассмотрено квазисвободное рассеяние протона на кластерах 6Не, 4Не, 4п, 2п и п в обратной кинематике. Получены угловые и энергетические распределения вторичных частиц при различном представлении кластерной структуры ядра 8Не. Наглядно показано, что существуют выделенные области в угловых и энергетических распределениях вторичных частиц, которые однозначно связаны с реакциями на определенных кластерах и соответствуют определенным кластерным конфигурациям гало-ядер. Сделаны предложения возможных экспериментов.
DOI: 10.7868/S0044002715030204
1. ВВЕДЕНИЕ
Широкое использование пучков радиоактивных ядер привело к интенсивному изучению их структуры, особенно — нейтронного гало. Однако даже для наиболее изученного ядра 6He до сих пор пространственное распределение валентных нейтронов, т.е. структура этого гало, определено не полностью. В работах [1,2] были рассмотрены две основные конфигурации его гало — динейтронная конфигурация с двумя нейтронами, расположенными компактно (Rnn ~ 2 Фм) на расстоянии от кора Rh ~ 3 Фм, и сигароподобная (cigar-like) кон-
фигурация с валентными нейтронами, расположенными с противоположных сторон кора (Кпп ~ 4— 5 Фм, Кь ~ 1—1.5 Фм). Анализ реакции передачи двух нейтронов [3—6] позволил авторам утверждать, что конфигурация "динейтрон" в 6Не дает основной вклад в сечение этой реакции. В работе [7] исследовалась реакция квазисвободного рассеяния протона на кластерах ядра 6Не. Были обнаружены события, кинематически соответствующие реакции рассеяния протона на динейтронном кластере.
/ 2
Рис. 1. Схематическое представление некоторых вариантов кластерной структуры ядра 8He с кором 4He или 6He: a — 6He + 2n (динейтрон), б — 6He + (n + n) (cigar-like), в — 4He + (2n + 2n) (динейтронный конденсат), г — 4He + 4n (тетранейтрон).
a
n
* E-mail: zuyev@inr.ru
Таблица 1. КСР и кластерная структура ядра 8He с кором 6He
Структура Спектатор Кластер КСР Конечное состояние
6Не + 2п динейтрон 6Не О ¿n О р— п 6Н е+р + 2п
6Не + 2п динейтрон О ¿n 6Не р-6 Не 6 He + p + 2n
6Н е + п + п cigar-like 7Не* 7Не* 6Не + п п р—п 6He + p + n + n
Фоновый процесс — развал 6He + p + n + n
С другой стороны, исследование радиационного захвата протона ядром 6He [8] и исследование пространственной конфигурации нейтронов гало методом нейтронной интерферометрии [9] показали, что сигароподобная конфигурация гало является доминирующей в 6He. Таким образом, даже для наиболее изученного гало-ядра 6He невозможно сделать заключительный вывод о структуре нейтронного гало — наличие и соотношение в ней ди-нейтронной и cigar-like составляющих. В [10] рассматривается структура ядер 6He и 8He. При этом для 6He рассматривается конфигурация 4He + 2n (динейтрон), а для 8He два варианта — 6He + 2n (динейтрон) и 4He + 2n + 2n (динейтронный конденсат). Для ядра 8He можно также рассмотреть конфигурации 6He + n + n (cigar-like) и 4He + 4n (тетранейтронная конфигурация).
Более сложная структура ядра 8He дает и большую возможность рассмотрения кластерной структуры ядра как комбинации различных нейтрон-нейтронных корреляций — динейтрон, ди-нейтронный конденсат и др. с различными корами (4He, 6He) (рис. 1).
Для экспериментальной проверки роли таких конфигураций в ядре 8He можно предложить исследование реакции квазисвободного рассеяния (КСР) протона на кластерах этого ядра (нейтроне, динейтроне и коре) в обратной кинематике (снаряд — 8He). При этом один из кластеров может быть рассмотрен как спектатор, регистрируемый практически под нулевым углом и со скоростью, которую он имел в ядре-снаряде, а протон (от водорода в составе мишени) будет квазисвободно рассеиваться на другом кластере.
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАЗИСВОБОДНОГО РАССЕЯНИЯ ПРОТОНА НА 8He В ОБРАТНОЙ
КИНЕМАТИКЕ 2.1. Программа для кинематического моделирования реакций квазисвободного рассеяния Для расчета кинематики реакций с 3—6 частицами в конечном состоянии нами модернизирована
программа кинематического моделирования [11]. В программе учитывается для произвольно заданных кинематических переменных (энергий и углов вылета вторичных частиц) выполнение уравнений сохранения энергии и импульса.
Поскольку в эксперименте обычно используется компланарная геометрия (детекторы вторичных частиц и ось первичного пучка находятся в одной плоскости), уравнения сохранения импульса также использовались для данной плоской геометрии:
Ei + mi + m2 = E3 + тз + Ea + (1) + m-4 + E5 + m-5 + ...,
Pi = P3 • cos 63 + P4 • cos ©4 + (2) + P5 • cos 65 + ...,
0 = P3 • sin 63 + P4 • sin 64 + (3)
+ P5 • sin 65 + ...
При моделировании энергия налетающей частицы E1 и массы участвующих в реакции частиц m1, m2, m3, m4.. .заданы условием эксперимента, энергии вылетающих из реакции частиц E3, E4, E5...выбираются случайно при условии сохранения энергии:
E3 + E4 + E5 + ... = Ei - Q, (4)
где Q — энергия реакции, а углы вылетающих из реакции частиц ©3, ©4, ©5...варьируются случайно в интервале ±180°, за исключением угла последней частицы, который рассчитывается, используя уравнение (3). В программе генерируются 60000 событий с выбранными по вышеуказанной процедуре параметрами. Для каждого события проводится проверка разности правой и левой частей уравнения (2). Если эта разность оказывалась меньше заданного малого параметра AP (точности отбора), то данное событие отбиралось как удовлетворяющее условиям сохранения.
Отобранные (первично) события отражаются в виде двумерных диаграмм типа "угол—угол", "энергия—энергия" для различных вторичных частиц. Примеры таких диаграмм показаны ниже.
Ер, МэВ
12 -
30 ЕНе, МэВ
Рис.2. Двумерная диаграмма Ер—ЕНе в координатах энергий протонов и ядер гелия для реакций развала: 1 — 8Не + р -^ 4Не + р + п + п + п + п; 2 — 8Не + р ^ 6Не + р + п + п. Энергия налетающего ядра 8Не Е\ = 40 МэВ.
Ер, МэВ 12
8 -
4 -
0
20
25
©Не, град 10
-10
2
_#МТ|||М_). I.
20
25
©р, град 40
-40
Ш2
1
30
ЕНе, МэВ
12
Ер, МэВ
©р, град
40
0
-40
2
1
Ж
у -^-гШШ
30
ЕНе, МэВ
-5
05
©Не, град
0
0
8
4
0
Рис. 3. Результаты кинематического моделирования реакции КСР протона на коре 6Не — двумерные диаграммы: а — Ер—Ене в координатах энергий протонов и ядер гелия, б — ©р—Ер в координатах углов вылета и энергий протонов, в — ©Не—ЕНе в координатах углов вылета и энергий ядер гелия, г — ©р—©Не в координатах углов вылета протонов и ядер гелия. Указаны области: 1 — область фоновых событий для реакции развала 8Не + р ^ 6Не + р + п + п, 2 — КСР р—6Не. Энергия налетающего ядра 8Не Е\ = 40 МэВ.
Ер, 12
МэВ
"■ШШЬ-
20
25
©Не, град
10
-10
1
2 2
20
25
©р.
40
-40
град
2
30
ЕНе, МэВ
Ер, МэВ
©р, „рад
40
-40
1
ж
30
ЕНе, МэВ
-5
05
©Не, град
а
1
2
8
0
4
0
4
8
2
0
0
Рис. 4. Результаты кинематического моделирования реакции КСР протона на динейтроне 2п. Двумерные диаграммы приведены в тех же координатах и для тех же условий, что и на рис. 3. Указаны области: 1 — область фоновых событий для реакции развала 8Не + р ^ 6Не + р + п + п, 2 — КСР р—2п.
В ряде случаев из этих диаграмм можно определить предельные углы и энергии для всех вторичных частиц, и соответственно сузить диапазоны, в которых разыгрываются переменные (энергии и углы). Это приводит к увеличению доли событий, удовлетворяющих уравнениям сохранения в полном массиве разыгрываемых событий. При этом оказывается возможным уменьшение задаваемого параметра АР, и таким образом достигается более точный отбор действительных событий.
Расчет событий квазисвободного рассеяния (КСР) проводился в рамках спектаторной модели. Чтобы определить кинематические области, разрешенные для КСР протона на составляющих гало-ядра 8Не, было проведено кинематическое моделирование реакции 8Не + р — р' + С + Б, где кластеры С и Б составляют гало-ядро, кластер С принимает участие в КСР, а кластер Б является спектатором. По определению спектатор не рассеивается и продолжает движение с тем же полным импульсом, который он имел в налетающем
гало-ядре 8Не. Это накладывает ограничения на угол вылета и энергию спектатора (его скорость в ядре-снаряде). Угол вылета спектатора выбирается близким к первоначальному углу ядра-снаряда 0° ± 2°, а энергия спектатора Ез берется пропорционально отношению массы спектатора шз к массе ядра-снаряда ш1 с некоторым разбросом АЕ:
Ез = (Е1 + О) ■ шз/ш1 ± АЕ. (5)
Так как в эксперименте предполагается регистрация заряженных частиц — 6Не, 4Не и протона, то наиболее интересная информация может быть получена из анализа двумерных диаграмм Ер—ЕНе, ©р—ЕР—©р и ЕНе—©Не.
2.2. Моделирование фонового процесса — демократического развала
Фоновыми процессами при исследовании вариантов структуры 8Не с кором 6Не и 4Не явля-
Ep, МэВ 12
* - • il
- - .î Ä.•Uy.'SCi
2
20
25
©He, град
10
-10
1
2 2 .. л tu«'V-1
20
25
©p, град 40
2 1
fM
f - :
0
-40
30
EHe, МэВ
8
Ep, МэВ
©p, град
40
-40
■•'itö^'ii-;;.
1
30
EHe, МэВ
-5 0 5
©He, град
a
1
8
4
0
4
2
0
0
Рис. 5. Результаты кинематического моделирования реакции КСР протона на нейтроне п (cigаr-like-конфигурация). Двумерные диаграммы приведены в тех же координатах и для тех же условий, что и на рис. 3. Указаны области: 1 — область фоновых событий для реакции развала 8Не + р ^ 6Не + р + п + п, 2 — КСР р—п.
ются реакции развала 8Не протоном — 8Не + р — — 6Не + р + п + п и 8Не + р — 4Не + р + п + п + + п + п соответственно. Кинематическое моделирование этих реакций велось соответственно для четырех и шести конечных частиц. При этом в расчете все параметры (углы вылета и энергии) берутся в пределах, разрешенных кинематикой реакции. В качестве выходных
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.