ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2008, том 71, № 12, с. 2146-2150
ЯДРА
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ НЕЙТРОННОГО ГАЛО В РЕАКЦИИ КВАЗИСВОБОДНОГО РАССЕЯНИЯ ПРОТОНА НА ГАЛО-ЯДРЕ
© 2008 г. Е. С. Конобеевский*, Г. Е. Беловицкий, А. В. Степанов, В. П. Заварзина, С. В. Зуев
Институт ядерных исследований РАН, Москва Поступила в редакцию 21.03.2008 г.; после доработки 18.06.2008 г.
Для изучения структуры двухнейтронного гало предложен экспериментальный метод исследования нейтрон-нейтронных корреляций в реакциях, вызываемых гало-ядрами в веществе фотоэмульсии. Облучение стопок фотоэмульсий проведено на пучке радиоактивных ядер 6Не. Полученные предварительные данные по взаимодействию гало-ядра 6Не с водородом сравниваются с результатами кинематического расчета для реакции квазисвободного рассеяния протона на кластерах, составляющих гало-ядро 6Не. Для рассеяния протонов на динейтронной конфигурации ядра 6Не получена оценка доли событий квазисвободного рассеяния с "выживанием" динейтрона.
PACS:25.70.Bc, 25.60.-t
1. Появление пучков радиоактивных ядер стимулировало исследование как структуры ядер, далеких от линии стабильности, так и инициированных ими реакций. Среди большого количества новых явлений, присущих нестабильным ядрам, заметное место занимает открытие легких гало-ядер и, прежде всего, ядер с двухнейтронным гало — 6He, 11 Li, 14Be [1]. Задача детального экспериментального изучения такого двухнейтронного комплекса и, в частности, корреляции нейтронов гало (валентных нейтронов) полностью не решена до настоящего времени. Теоретический анализ результатов, полученных рядом экспериментальных групп, привел к противоречивым выводам о существовании и характере таких корреляций. В частности, было установлено, что малоугловое упругое рассеяние протонов промежуточных энергий, столь эффективное при исследовании пространственного распределения ядерного вещества в стабильных ядрах, оказалось нечувствительным к структуре периферии гало-ядер [2]. В работе [3] автору удалось выразить дифференциальное сечение неупругого рассеяния протонов на гало-ядрах в условиях инверсной кинематики при малых передачах энергии (квазиупругое рассеяние) через корреляционную функцию координат нейтронов гало. Однако область применимости этого подхода ограничена условием реализации режима квазисвободного рассеяния протонов на нейтронном гало с одновременным неразрушением нейтронного комплекса гало. Если принять [2, 3] размер гало Rh = 3 Фм в
E-mail: konobeev@al20.inr.ru
ядре 6He и оценку расстояния между валентными нейтронами в этом ядре Епп = 2 Фм, то необходимое условие [4] 1/Япп » Я » 1/Ян (где я — переданный импульс (Я = 1)) оказывается трудновыполнимым.
2. Для исследования структуры двухнейтронного гало авторами [5] был предложен экспериментальный метод изучения корреляций между валентными нейтронами путем исследования реакций, вызываемых гало-ядрами в веществе фотоэмульсии (ФЭ). Было проведено облучение ФЭ пучком радиоактивных гало-ядер 6Не с энергией порядка 3—15 МэВ/нуклон. В дальнейшем в качестве гало-снаряда предполагается использовать также ядра 8Не и При этом в качестве ядер-мишеней служат ядра элементов, входящих в состав ФЭ ^Н, 12С, 14Ч 160, 79'81Вг, 107>1(^). Таким образом, ФЭ является одновременно и мишенью, и детектором вторичных частиц. Основным преимуществом ФЭ является то, что они (при достаточных размерах) представляют собой 4п-детектор заряженных частиц, позволяющий к тому же регистрировать одновременно несколько частиц. В одном облучении могут быть исследованы различные реакции: упругое рассеяние, реакции передачи и квазисвободное рассеяние ядер-мишеней на кластерах, входящих в состав ядра-снаряда (в условиях инверсной кинематики). Изучение треков позволяет восстановить кинематику реакции, определить энергии и углы вылета частиц, получить информацию об угловых и энергетических спектрах — дифференциальных и дважды дифференциальных
2146
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ НЕЙТРОННОГО ГАЛО 2147
12 3 4
60 44 23 0
Рис. 1. Схема облучения стопки фотоэмульсий на пучке радиоактивных ядер 61—4 — Стопка последовательных фотоэмульсий. Пучок падает перпендикулярно плоскости фотоэмульсии. Цифры внизу рисунка — значения энергии 6He (Ео в МэВ) на входе в каждую фотоэмульсию.
сечениях. Угловое разрешение в эксперименте составляет порядка 1°, энергетическое разрешение для вторичных а-частиц с энергией 20 МэВ — порядка 2—3%.
Для исследования реакции передачи двух нейтронов 6He + А ^ + В проведено облучение стопок ФЭ в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (ОИЯИ, Дубна). Схема эксперимента (рис. 1) очень проста: пучок 6^ с энергией 60 МэВ падал перпендикулярно к плоскости стопки из шести ФЭ. Полная толщина стопки (2000 мкм) превышала пробег частиц пучка с такой энергией и была достаточна для остановки вторичных частиц (4^ и ядер отдачи), рождаемых в каждом слое ФЭ. Использование стопки ФЭ позволяет одновременно получить данные в широкой области энергии ядер-снарядов (гало-ядер) — 15—60 МэВ, поскольку, проникая в ФЭ, частицы пучка испытывают ионизационные потери. Вследствие этого взаимодействие с ядрами мишени происходит и при меньших энергиях. Другое преимущество использования ФЭ — возможность регистрации вторичных частиц под малыми углами (3°—5°) относительно направления первичного пучка.
Поиск событий передачи и их последующая обработка проведены на автоматизированном измерительном комплексе ПАВИКОМ, созданном в Физическом институте им. П.Н. Лебедева [6]. В этой установке изображения последовательных слоев ФЭ (с шагом по глубине несколько мкм) с помощью видеокамеры и специального интерфейса передаются в компьютер. При дальнейшей обработке в каждом слое проводится выделение фиксированных ячеек — областей потемнения с характеристиками, присущими следам от заряженных
частиц. Координаты (х,у) центров масс (ц.м.) всех областей потемнения в каждом слое г определяются и записываются. Далее происходит выделение траектории частиц X(2) и У(2) по координатам ц.м. в последовательных слоях ФЭ. Полученные траектории обрабатываются с помощью специальной программы.
Характерная траектория, соответствующая реакции квазисвободного рассеяния (КСР), состоит из следа первичной частицы (6^), излома траектории — точки взаимодействия (ТВ) и исходящих из ТВ следов вторичных частиц (4^ и ядра отдачи). После определения ТВ созданная программа вычисляет углы вылета вторичных частиц относительно направления первичной частицы, пробег первичной частицы до ТВ (соответствует энергии первичной частицы в момент взаимодействия) и пробеги вторичных частиц после взаимодействия (энергии вторичных частиц).
Как известно, простейшей пробной частицей является протон, который используется как ядро-мишень. В настоящей работе проанализированы события для реакций КСР протона на кластерах, входящих в состав гало-ядра В этом случае в выходном канале реакции заряженными частицами являются протон и изотопы гелия (р, 4 5^). При этом в определенной области их энергий пробеги данных ядер могут быть сравнимы, и треки будут представлять собой трехлучевые звезды. Пример выделенной траектории показан на рис. 2 в двух плоскостях — Х2 и У2, где 2 — это координата, перпендикулярная плоскости фотоэмульсии ХУ. К настоящему времени проведена обработка части экспериментальных данных с целью поиска трехлучевых звезд, соответствующих взаимодей-
2148
КОНОБЕЕВСКИЙ и др.
60 50
40
У 160
155
150
145
140
****
ТВ
0
20
40
60
б
ТВ
■ ^^ 2
5
7
*****
0
20
40
60
7
Рис. 2. Траектории заряженных частиц в плоскостях XZ (а) и YZ (б) фотоэмульсии при взаимодействии налетающего гало-ядра 6Не с водородом фотоэмульсии. 1 — Трек налетающего ядра 6Не; 2 — трек вторичного ядра 4Не; 3 — трек вторичного ядра 1Н; ТВ — точка взаимодействия. Энергия 6Не в ТВ — 21 МэВ. Энергии и углы вылета 4Не и 1Н равны соответственно: 15.6 и 3.8 МэВ и 0.5° и 9°.
Ер /Е0 0.3
0.2
0.1
0 0.2
* * *
* ♦ ♦ +
*
+ *
♦4
0.4
0.6
0.8 Е4не/Еп
а
3
1
1
2
Рис. 3. Диаграмма Далитца для приведенных энергий 4 Не и протона. Точки — экспериментальные данные, горизонтально (1) и вертикально (2) заштрихованные области — кинематические области, разрешенные для рассеяния на динейтроне и нейтроне соответственно, при выполнении условия сохранения спектатором (4Не,5Не) полного импульса, который он имел в налетающем гало-ядре 6Не.
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ НЕЙТРОННОГО ГАЛО
2149
ствию 6Не с водородом при энергии 16—23 МэВ (третья ФЭ в стопке).
Для надежного выделения треков в ФЭ необходимо, чтобы длина трека вторичной частицы (пробег) была не меньше определенного значения (~15—20 мкм). При этом соответствующие энергии вторичных частиц должны быть не менее 3 МэВ для 4Не и не менее 1 МэВ для протона.
При обработке экспериментальных данных выделялись события с углом вылета 4Не, близким к нулю, измерялись пробеги протона и а-частицы до остановки; по пробегам восстанавливались их энергии. На рис. 3 представлены предварительные экспериментальные данные, полученные в следующих кинематических условиях: энергия падающего ядра 6Не в л.с. в момент его столкновения с протоном составляла 16—23 МэВ, угол вылета 4Не был равен 0° ± 1°, угол вылета протона ^ 10°, нижний предел энергии регистрации а-частицы и протона составлял 3 и 1 МэВ соответственно.
3. Данные были представлены в виде двумерной диаграммы Далитца (рис. 3), где по осям отложены величины энергий 4Не и протона, деленные на энергию ядра-снаряда (Ео). Здесь же показаны результаты простых кинематических расчетов реакции 6Не + р ^ р' + С + 5, где кластеры С и 5 составляют гало-ядро: кластер С принимает участие в КСР, а кластер 5 является спектатором. В случае рассеяния протона на одном нейтроне спектатором является ядро 5Не; в случае рассеяния протона на динейтроне как спектатор выступает ядро 4Не. На рис. 3 горизонтально заштрихованная область I показывает часть диаграммы Далитца, разрешенную для рассеяния на динейтроне, а вертикально заштрихованная область 2 — разрешенную для рассеяния на нейтроне. По определению спектатор не рассеивается и продолжает движение с тем же полным импуль
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.