ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 9, с. 845-850
= ЯДРА ^^
ЗАРЯДОВАЯ ТОПОЛОГИЯ КОГЕРЕНТНОЙ ДИССОЦИАЦИИ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР 11C И
2015 г. Д. А. Артеменков1), В. Браднова1), А. А. Зайцев1), П. И. Зарубин1)*, И. Г. Зарубина^, Р. Р. Каттабеков1),2), Н. К. Корнегруца1), К. З. Маматкулов1),3), П. А. Рукояткин1), В. В. Русакова^, Р. Станоева4)
Поступила в редакцию 19.01.2015г.
Представлена зарядовая топология событий когерентной диссоциации ядер 11С и 12 N с энергией 1.2 А ГэВ в ядерной эмульсии и дано ее сравнение с данными по ядрам 7Be, 8'10B, 9'10С и 14N.
DOI: 10.7868/80044002715090020
1. ВВЕДЕНИЕ
Легкие ядра представляются как разнообразнейшие суперпозиции связанных состояний из более легких виртуальных ядер-основ, легчайших ядер-кластеров (а-частица, тритон, 3He, дейтрон) и нуклонов, сосуществующих в динамическом равновесии. Такое разнообразие делает группу ядер в начале таблицы изотопов "лабораторией" для изучения сосуществования и эволюции кластерных и оболочечных степеней свободы. Одним из таких ядер является ядро 11C, в силу замечательного сочетания кластерных и оболочечных особенностей основного состояния этого ядра. Изотоп 11C является связующим звеном между легкими стабильными ядрами с ярко выраженной а-частичной кластеризацией нуклонов и легкими ядрами на границе протонной стабильности, где столь же существенна кластеризация, связанная с изотопом 3He. Взаимодействие виртуальных изотопов гелия и обмен между ними нейтроном в 11C ведет к формированию наряду с конфигурацией 24He + 3He других кластерных структур. Среди них более ожидаемы конфигурации с низкими значениями энергии связи - 7Be + а (7.6 МэВ), 10B + p (8.7 МэВ), 3He + + 8Be (9.2 МэВ), и менее ожидаемы — 9Be + 2p (15.3 МэВ) и 8B + t (27.2 МэВ).
Разнообразие виртуальных кластерных конфигураций, возможных в структуре11C, делает исследование этого ядра самостоятельной проблемой.
!)Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия.
2)Физико-технический институт АН РУ, Ташкент, Узбекистан.
3)Джизакский педагогический институт, Узбекистан.
4)Юго-западный университет, Благоевград, Болгария. E-mail: zarubin@lhe.jinr.ru
Сбалансированное сосуществование этих виртуальных кластерных мод определяет не только свойства основного состояния 110, но и сам факт его связанности, важный для понимания распространенности легких изотопов. Ядерно-астрофизический синтез изотопа 11С может протекать в смеси изотопов 3Не и 4Не как через образование стабильного изотопа 7Ве, так и нестабильного 8Ве, с последующей частичной кластеризацией в пару 10В + р. Распад 11С ведет к образованию стабильного изотопа 11 В, наблюдаемого в составе космических лучей. Такой сценарий нуклеосинтеза не является признанным — изотопы 10,11 В считаются продуктами бомбардировки поверхности углеродных звезд высокоэнергичными протонами. Наблюдение каналов диссоциации ядер 11С на 7Ве + а и 3Не + 8Ве подтвердит существование в этом ядре кластерных мод, генетически связанных с его синтезом.
Представления о структуре 11С необходимы для интерпретации данных по следующему изотопу 12N и, в перспективе, 13О, в которых ядро 11С играет роль остова. В быстротекущих процессах нуклеосинтеза (в "горячих прорывных" циклах) эти три изотопа являются генетически связанными "станциями ожидания". Через них может протекать образование изотопа 12С и более тяжелых ядер путем присоединения протонов. Фундаментальные представления о релятивистской фрагментации ядра 11С необходимы для применения интенсивных пучков этих ядер в ядерной медицине.
2. ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА ЯДЕРНОЙ ЭМУЛЬСИИ
В проекте БЕККЕРЕЛЬ на нуклотроне ОИЯИ [1] кластерная структура легких ядер изучается в
процессах релятивистской фрагментации на основе метода ядерной эмульсии (ЯЭ) [2—11]. Развитие исследований и их иллюстрации представлены в обзоре [12]. Среди событий фрагментации релятивистских ядер особенно ценными для исследования кластеризации нуклонов являются события когерентной диссоциации релятивистских ядер в узкие струи фрагментов. В них отсутствуют следы как медленных фрагментов ядер из состава ЯЭ, так и заряженных мезонов. Эта особенность отражает минимальность возбуждения исследуемого релятивистского ядра при "касательном" соударении с тяжелым ядром из состава ЯЭ. Главным механизмом возбуждения когерентной диссоциации в ЯЭ является ядерное дифракционное взаимодействие [13], протекающее без передачи углового момента.
Экспериментальный метод основан на рекордном пространственном разрешении и чувствительности ЯЭ, слои которой продольно облучаются в пучках релятивистских ядер. Он уже обеспечил получение уникальных сведений относительно кластерных аспектов структуры целого семейства легких ядер, включая радиоактивные. По обстоятельствам практического порядка одно из ключевых — ядро — оказалось пропущенным. Заполнение этого пробела составляет мотивацию начала нового цикла исследований Сотрудничества БЕККЕ-РЕЛЬ.
Из-за отсутствия следов сильноионизирующих частиц события когерентной диссоциации получили краткое наименование "белые" звезды. Название "белые" звезды удачно отражает резкий "срыв" плотности ионизации в вершине взаимодействия при переходе от следа первичного ядра к узкому конусу вторичных следов. Эта особенность составляет основную трудность для электронных методов, поскольку чем больше степень диссоциации в событии, тем труднее его зарегистрировать. Напротив, такие события в ЯЭ наблюдаются и интерпретируются наиболее очевидным образом, а их распределение по каналам взаимодействий с различным составом заряженных фрагментов определяется с исчерпывающей полнотой. Это вероятностное распределение представляет собой главную наблюдаемую характеристику виртуальной кластерной структуры исследуемого ядра.
Распределения по вероятности конечных конфигураций фрагментов в "белых" звездах позволяют выявить их вклады в структуру исследуемых ядер. Предполагается, что при диссоциации конкретные конфигурации фиксируются случайным образом (приближение случайной фазы), без выборки, а сам механизм диссоциации не ведет к выборке таких состояний через обмен угловым моментом или изоспином. В целом имеющиеся результаты подтверждают предположение о том, что кластерные особенности легких ядер определяют
Таблица 1. Распределение по зарядовым каналам диссоциации ядер для "белых" звезд, рожденных ядрами 7Be с энергией 1.2 А ГэВ
Канал 7Ве [3] 7Ве [11]
2Не 41 (44%) 115(40%)
Не + 2Н 42(45%) 157(54%)
и + Н 9(10%) 14(5%)
4Н 2 (2%) 3(1%)
картину их релятивистской диссоциации. Вместе с тем обнаруживаются события диссоциации глубокосвязанных кластерных состояний, которые не могут возникать при низких значениях энергии столкновения.
Как указывалось выше, для ядра 11C возможны следующие каналы диссоциации c низкими значениями энергии связи: 7Be + а, 10B + р и + + 8Be. В экспериментальном отношении последний канал является трехтельным и может включать распады не только основного 0+, но и возбужденного 2+-состояния 8Be. Кроме того, должны проявиться каналы, соответствующие по зарядовой топологии диссоциации ядер-остовов 7Be и 10 B. Тем самым ожидаемая роль множественных каналов когерентной кластерной диссоциации 11C должна быть значительной, а применение метода ЯЭ — оправданным.
Кроме того, в методе ЯЭ должны проявиться множественные каналы, соответствующие по зарядовой топологии когерентной диссоциации в 11C ядер-остовов 7Be [3, 11] и 10B [14]. Особенностью 7Be является примерное равенство вероятности основных каналов ^ + ^ и ^ + 2H когерентной диссоциации (табл. 1). Их отношение по данным группы ФИАН составляет 1 ± 0.2 [3], а для данных группы ОИЯИ с большей статистикой 0.7 ± 0.1 [11]. Среди "белых" звезд 10B (табл. 2) лидируют трехтельные каналы 2^ + H (около 75%). События канала ^ + 3H составляют 12%. 10% событий содержат одновременно фрагменты Li и Всего в 2% событий содержатся фрагменты Be и ^ что указывает на незначительную вероятность конфигурации 9Be + р в структуре 10B. Напротив, вклад канала Be + Н в когерентную диссоциацию ^ является лидирующим и свидетельствует о существовании в ядре ^ конфигурации 7Be + + р с протонным гало. Вклад конфигураций только кластеров ^ и H оценивается на уровне 50%.
3. ОБЛУЧЕНИЕ ЭМУЛЬСИИ
В декабре 2013 г. во вторичном пучке релятивистских ядер 11С нуклотрона ОИЯИ выполнено облучение серии опытных образцов ЯЭ, произведенных цехом МИКРОН ОАО "Компания Славич" [15]. Образцы изготавливались путем полива ЯЭ слоями около 200 мкм на стеклянные подложки размером 9 х 12 см. По основным характеристикам данная ЯЭ близка к ЯЭ БР-2, которая обеспечивала чувствительность вплоть до релятивистских частиц.
Ядра 11С рождались при фрагментации ядер 12 С с энергией 1.2 А ГэВ на полиэтиленовой мишени толщиной 1.5 г см-2. Вторичный пучок ядер 11С формировался путем сепарации в магнитооптическом канале транспортировки пучка с импульсным аксептансом около 2%. При интенсивности первичного пучка 12 С порядка 107 ядер в цикл интенсивность пучка 11С составила 104, что оптимально для контролируемого облучения стопки ЯЭ. Профиль пучка формировался для возможно более равномерного облучения вдоль ее более узкой стороны.
Поток ядер, выводимый на облучаемую стопку ЯЭ, контролировался с помощью сцинтилляцион-ного монитора. Наличие сопровождающих ядер в составе основного пучка позволяет оценить возможности сепарации ядер 11С в используемом магнитооптическом канале [16]. Импульсный аксеп-танс канала — около 2%. На рис. 1 представлен спектр зарядово-цифрового преобразователя монитора при проводке ядер 12С. Наблюдается вклад более легких ядер, рожденных на производящей мишени в начале канала сепарации, с тем же отношением заряда к массовому числу, как у 12 С. "Плечо" слева от основного пика соответствует ядрам 10В, ядра Ве не проявляются (8Ве — несвязанное ядро), вклад ядер и различим, а ядра Не проявляются достаточно отчетливо.
На рис. 2 представлен аналогичный спектр при настройке канала на сепарацию ядра 11С с той же энергией на нуклон, как и в случае 12 С. Сигналы В, Ве (7Ве), и и Не различимы слабо и связаны с фрагментацией ядер 11 С. Особенно пок
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.