ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 6, с. 840-845
УДК 539.17
ФУНКЦИИ ВОЗБУЖДЕНИЯ РЕАКЦИЙ ПОЛНОГО СЛИЯНИЯ И РЕАКЦИЙ ПЕРЕДАЧИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ 6He С ЯДРАМИ 197Au
© 2007 г. Ю. Э. Пенионжкевич1, Р. А. Астабатян1, Н. А. Демёхина2, Г. Г. Гульбекян1, Р. Калпакчиева1, А. А. Кулько1, С. М. Лукьянов1, Э. Р. Маркарян1, В. А. Маслов1, Ю. А. Музычка1, Р. В. Ревенко1, Н. К. Скобелев1, Ю. Г. Соболев1, Д. А. Тестов1,
Т. К. Жолдыбаев3
E-mail: pyuer@lnr.jinr.ru
Измерены функции возбуждения реакций слияния с последующим испарением нейтронов 197Au(6He, xn) - ™Tl, где x = 2-7, а также реакций передачи нейтронов с образованием изотопов 196Au и 198Au. Наблюдалось необычно высокое сечение образования изотопа
198Au при энергиях ниже кулоновского барьера. Рассмотрены возможные механизмы образования и распада продуктов реакций передачи нуклонов.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение взаимодействия 6Не со стабильными ядрами позволяет получать информацию о структуре этого экзотического ядра. Показано, что протяженное распределение нейтронной материи в 6Не по сравнению с обычными атомными ядрами приводит к образованию в нем так называемой нейтронной "шубы". Представление о существовании в ядре 6Не "кора" в виде ядра 4Не, окруженного двумя валентными нейтронами, позволило объяснить ряд экспериментально обнаруженных особенностей взаимодействия этих ядер, таких как усиление подбарьерного слияния, большое сечение реакций передачи, узкое импульсное распределение продуктов развала этих ядер и др. Из сравнения характеристик ядерных реакций на пучках 4Не и 6Не можно сделать выводы об особенностях взаимодействия ядер с нейтронной "шубой". Естественно, что различие в поведении функций возбуждения различных каналов взаимодействия наиболее отчетливо проявляется при энергиях бомбардирующих частиц вблизи кулоновского барьера. Ожидается, что свойства таких слабосвязанных ядер, как 6Не, должны сильнее влиять на сечения реакций полного слияния и передачи нейтронов в подбарьерной области энергий.
В связи с этим нами были проведены измерения функций возбуждения реакций 197Аи(6Не, хп)201 - хпТ1, (2 < х < 7), а также реакций передачи, приводящих к образованию изотопов золота (194Аи, 196Аи, 198Аи) [1]. Так как при исследовании реакции 197Аи(6Не, 2п)201Т1 наблюдалось увеличе-
1 Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия.
2 Ереванский физический институт, Армения.
3 Институт ядерной физики, Алма-Ата, Казахстан.
ние сечения в подбарьерной области, нами также были проведены измерения функций возбуждения реакций 197Аи(4Не, хп)201 - хпТ1 (0 < х < 3) [2], в том числе канала реакции 197Аи(4Не, у)201Т1, с целью оценки возможного вклада этого канала в образование ядра 201Т1 в случае исследования сечения реакции 197Аи(6Не, 2п)201Т1. Для сравнения механизмов реакций передачи при взаимодействии ядер 6Не и 4Не с 197Аи были также измерены функции возбуждения реакций с 4Не, приводящих к образованию изотопов 196Аи и 198Аи.
ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Пучок 6Не был получен на ускорительном комплексе радиоактивных пучков DRIBs (ЛЯР ОИЯИ), представляющем собой тандем двух ускорителей: У-400М и У-400 [3]. Максимальная энергия ускоренных ионов 6Не составляла 10 МэВ/нуклон, а интенсивность достигала значений 2 • 107 частиц • с1.
Для измерения профиля и интенсивности пучка была использована специально разработанная многопроволочная пропорциональная камера [4]. Энергия ионов 6Не измерялась с использованием магнитного спектрометра МСП-144 или полупроводникового детектора, располагавшегося под углом 0° относительно оси пучка.
Все измерения были выполнены с использованием активационной методики. Всего на пучке 6Не было проведено четыре сеанса облучения (см. табл. 1).
В первом облучении стопка, состоящая из одной 50-мкм и двенадцати 13.5-мкм золотых мишеней, располагалась в реакционной камере магнитного спектрометра МСП-144. Начальная и остаточная (после прохождения стопки мишеней) энергии пучка измерялись с помощью магнитно-
Таблица 1. Начальная энергия пучка 6Не(Енач), энергия на первой физической мишени (Е1-миш), энергетический разброс пучка (ПШПВ) и интенсивность пучка на мишени
№ сеанса облучения Енач(6Не), МэВ ПШПВ, МэВ £1-миш(6НеХ МэВ ПШПВ, МэВ Интенсивность на мишени, частиц • с-1
1 60.3 ± 0.4 60.3 ± 0.4 5 • 106
2 60.9 ± 0.4 43.3 ± 0.6 2 • 106
3 61.2 ± 0.8 25.5 ± 1.1 ~107
10.3 ± 2.3
4 61.9 ± 0.7 23.3 ± 0.25 5 • 105
го спектрометра МСП-144. Энергии 6Не для каждой мишени в стопке были рассчитаны с помощью программы LISE [5], проведено сравнение полученных данных со значениями энергий, измеренных с помощью магнитного спектрометра. В данном случае энергия 6Не после прохождения последней мишени составляла 24.9 МэВ, а ее разброс ±2 МэВ. Многопроволочная пропорциональная камера позволяла следить во время эксперимента за интенсивностью пучка и его стабильностью.
В следующем сеансе начальная энергия пучка с помощью набора различных поглотителей была снижена до 43.3 МэВ. Затем для последующего облучения устанавливалась стопка из семи 13.5-мкм, четырех 5-мкм и четырех 4-мкм золотых мишеней. В этом случае энергия 6Не, падающая на каждую из мишеней, измерялась последовательно после ее добавления в стопку с помощью полупроводникового детектора. На выходе из последней мишени энергия 6Не составляла 15.2 МэВ, ее разброс ±3 МэВ.
В третьем сеансе, с целью измерения реакций передачи глубоко под кулоновским барьером (BC ~ 20.9 МэВ), начальная энергия 6Не была уменьшена до 10.3 МэВ. При этом облучалась стопка из двух 5 мкм золотых мишеней. Энергия пучка 6Не и его энергетическое распределение определялись так же, как и во втором сеансе облучения.
В четвертом сеансе для уменьшения энергетического разброса пучка, падающего на золотые мишени при низких энергиях, стопка этих мишеней была размещена в фокальной плоскости магнитного спектрометра МСП-144. Схема экспериментальной установки показана на рис. 1. В этом случае энергетический разброс пучка, падающего на первую мишень, определялся размерами мишени в фокальной плоскости МСП-144 (18 мм) и составлял ±250 кэВ. Стопка состояла из семи фольг толщиной 6.6 мкм. Начальная энергия пучка 6Не была снижена до 23.3 МэВ. Энергия и пространственное распределение пучка были измерены фокальным детектором МСП и полупроводниковыми детекторами, расположенными в
двух различных позициях фокальной плоскости. После этого сборка из золотых фольг была размещена на позиции максимума интенсивности пучка. Интенсивность пучка, падающего на стопку, измерялась расположенным за ней сцинтилля-ционным детектором (см. рис. 1).
Детали эксперимента с пучком 4Не представлены в [2], поэтому мы коснемся их вкратце. Эксперимент проводился на выведенном пучке циклотрона У-200 (ЛЯР ОИЯИ). Энергия а-частиц составляла 36 МэВ, а интенсивность - 1 мкА. В качестве мишени использована стопка из 11 золотых фольг одинаковой толщины (13.5 мкм каждая). Значения энергетических потерь для а-ча-стиц и среднее значение энергии в каждой фольге были рассчитаны с помощью программы LISE [5]. Ток пучка и интегральной поток, проходящий
Рис. 1. Схема активационного эксперимента с использованием магнитного спектрометра МСП-144. Обозначения на рисунке: 1 - реакционная камера, 2 - набор поглотителей, 3 - стопка Аи-мишеней, 4 - ППД, 5 - сцинтилляционные счетчики, 6 - ионизационная камера, 7 - фокальная плоскость МСП.
Таблица 2. Характеристики образующих изотопов
Продукт распада Период полураспада Г1/2 Еу, кэВ 1у, %
201т1 72.91 ч 167.4 10
200т1 26.1 ч 367.9 87
579.3 13.8
1205.7 29.9
199Т1 7.42 ч 247.3 9.3
198т1 5.3 ч 675.9 11
198тт1 1.87 ч 587.2 52
197т1 2.84 ч 152.2 7.3
196т1 1.84 ч 344.9 2
196тт1 1.41 ч 505.2 6
695.6 41
194Аи 38.02 ч 293.5 10.4
328.4 61
195Аи 186.09 сут 98.8 10.9
19%Аи 6.183 сут 333 22.9
355.7 86.9
196т2Аи 9.6 ч 147.7 43
188.2 37.4
198*Аи 2.696 сут 411.8 95.5
198тАи 2.3 сут 180.3 50
204.1 40.8
214.9 77
199Аи 3.139 сут 158.4 40
208.2 8.7
ся для идентификации и определения выходов продуктов реакций. На рис. 2 представлен характерный у-спектр, полученный при измерении наведенной активности в одной из мишеней. Расчет сечений образования продуктов ядерных реакций проводился по формуле
а =
5 X
ШеI„(1- е^1) е^2(1- е^3)'
где 5 - площадь под фотопиком; X - постоянная радиоактивного распада; I - интенсивность падающего потока частиц (частиц • с-1); N - число атомов мишени (ат • см-2); е - эффективность регистрации у-квантов; 1у - интенсивность измеряемого у-перехода (%); 11 - время облучения образца; ¿2 - время, прошедшее с конца облучения образца до начала измерения; 13 - время измерения образца.
В том случае, когда изотоп образовывался в основном и изомерном состояниях, и было известно сечение образования изомерного состояния, учитывался вклад от распада изомерного состояния. Независимые сечения образования таких ядер в основном состоянии рассчитывались по формуле
5
аи =
А =
Ше1 - кьгарА %
(1-е )е (1-е )
- е (1 - е р ) -
Хр - Хй (1
Хй - ХР
X
р
через стопку мишеней, измерялись с помощью цилиндра Фарадея.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
После окончания облучения в каждом из экспериментов были проведены измерения наведенной активности в облученных фольгах. Для измерений использовались четыре предварительно калиброванных по энергии и эффективности HPGе-детектора с энергетическим разрешением ~1.8 кэВ и эффективностями регистрации 4-5% для Еу = 662 кэВ. Экспериментальные у-спектры обрабатывались с помощью программы DEIMOS 32 [6]. Идентификация радиоактивных продуктов взаимодействия 4,6Не с ядрами 197Аи проводилась по характерным линиям у-переходов, а также по периодам полураспада изотопов Т1 (для реакций слияния и испарения) и изотопов Аи (для реакций передачи). В табл. 2 приведены значения энергий и интенсивности у-переходов, а также периоды полураспадов изотопов Т1 и Аи, использовавшие-
(1 - е ) -ха )
--Т2--е (1-е )
X
й
где ар, ай - сечения образования родительского (изомерного) и дочернего (основного) состояния соответственно, Хр, Хй - их постоянные распада, кЬг -коэффициент ветвления в данной схем
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.