научная статья по теме НЕЙТРОННАЯ ПЕРИФЕРИЯ В ЛЕГКИХ ЯДРАХ Физика

Текст научной статьи на тему «НЕЙТРОННАЯ ПЕРИФЕРИЯ В ЛЕГКИХ ЯДРАХ»

ЯДРА

НЕЙТРОННАЯ ПЕРИФЕРИЯ В ЛЕГКИХ ЯДРАХ

© 2009 г. Л. И. Галанина*, Н. С. Зеленская

Научно-исследовательский институт ядерной физики Московского государственного университета,

Россия

Поступила в редакцию 25.12.2008 г.

Пространственная конфигурация легких ядер с двумя избыточными нейтронами (6Не, 10Ве и 12В) исследуется путем анализа сечений различных реакций на этих ядрах: 6Не(а, а)6Не, 9Ве(^,р)10Ве, 10В(£,р)12В. В расчетах принимались во внимание полюсные механизмы передачи динейтрона (ди-нейтронная конфигурация нейтронной периферии) и механизмы второго порядка — последовательная передача нейтронов (сигарообразная конфигурация периферии). Показано, что нейтронная периферия в этих ядрах различается кардинально: в 6Не — это гало, содержащее вклад обеих конфигураций, в 10Ве — слабо выраженное гало с вкладом практически одного нейтрона из сигарообразной конфигурации, а в 12В — динейтронная "кожа".

РАС Б: 24.10.-i

1. ВВЕДЕНИЕ

Исследование изотопов водорода и лития с большим (около 4—5) избытком нейтронов стало одной из актуальных задач прежде всего благодаря тому, что в этих ядрах обнаружено [1] существование нейтронного гало. Исследованию структуры таких ядер посвящено большое число как экспериментальных, так и теоретических работ. В то же время легкие ядра даже с двумя избыточными нейтронами с точки зрения геометрии пространственного расположения двух нейтронов и остающегося ядерного остова изучены далеко недостаточно.

Ядра 1р-оболочки с двумя избыточными нейтронами могут иметь две пространственные конфигурации, различающиеся расположением нейтронов относительно остова. Первая — динейтронная — имеет сильно сближенные нейтроны с центром масс, достаточно удаленным от остова. Вторая — сигарообразная — состоит из некоррелированных нейтронов, расположенных по разные стороны остова (см. рис. 1). Наличие таких конфигураций вместе с оценкой их относительного вклада в периферию ядра было экспериментально подтверждено в наиболее изученном нейтроноиз-быточном ядре 6Не [1].

В качестве теоретического метода, способного обнаружить каждую из двух пространственных конфигураций, нами был предложен [2] анализ угловых зависимостей сечений реакций с образованием нейтроноизбыточных ядер с учетом одно- и двухступенчатых механизмов реакций,

E-mail: galanina@nsrd.sinp.msu.ru

иллюстрируемых полюсными и четырехугольными диаграммами. Амплитуды этих механизмов вносят когерентный вклад в сечение реакции. Амплитуда одноступенчатого полюсного механизма может быть рассчитана по обобщенному методу искаженных волн (МИВОКОР) [3], а двухступенчатого механизма второго порядка [3]— путем свертки матричных элементов двух полюсных механизмов по функции Грина промежуточной системы. Учет обоих механизмов позволяет восстановить волновую функцию относительного движения избыточных нейтронов и ядра-остова и исследовать конфигурацию нейтронной периферии.

В настоящей работе пространственная структура ядер 1р-оболочки, имеющих два избыточных нейтрона (6Не, 10Ве и 12В), определяется путем анализа сечений следующих реакций: упругого а6Не-рассеяния [2], 9Ве(^,р)10Ве и 10В(^,р)12В.

2. НЕЙТРОННАЯ ПЕРИФЕРИЯ ЯДРА 6Не, проявляющаяся В УПРУГОМ

аНе-РАССЕЯНИИ

Как показано нами в [4, 5], в упругом а6Не-рассеянии вклады потенциального рассеяния и обменных механизмов передачи нейтронов (рис. 2) сопоставимы по величине и складываются когерентно, обеспечивая в результате соответствие форм расчетной и экспериментальной кривой без введения дополнительных множителей. Корректное определение вклада различных механизмов в сечение упругого а6Не-рассеяния позволяет

1753

Рис. 1. Возможные конфигурации двух избыточных нейтронов: динейтронная (а) и сигарообразная (б).

а

а

Не а

2п

}Не

>Не

5Не

а

2п

а

5Не

ч

6Не

Рис. 2. Диаграммы, иллюстрирующие различные механизмы передачи двух нейтронов в упругом а6 Нерассеянии: полюсной механизм обмена динейтроном ( а), механизм независимой разновременной передачи нейтронов (б).

п

восстановить волновую функцию относительного движения а-частицы и динейтрона, так же как нейтрона и а-частицы и нейтрона и 5Не в основном состоянии 6Не. Рассчитанные с этими функциями среднеквадратичные радиусы для каждой из конфигураций практически одинаковы и равны ^4.2 Фм, что соответствует теоретическим оценкам [6]. Наличие динейтронной кластерной конфигурации в волновой функции основного состояния 6Не является необходимым условием описания обратных максимумов сечения упругого а6Нерассеяния. Другая возможная п—а—п "сигарообразная" пространственная конфигурация 6Не реализует двухступенчатый механизм обмена нейтронами, который дает заметный вклад во всей угловой области вылета рассеянных частиц. Несмотря на различающиеся веса этих конфигураций в волновой функции ядра 6Не, они обе существенны для описания сечения упругого а6Не-рассеяния. Другими словами, нейтронная периферия ядра 6Не проявляет себя как хорошо сформированное нейтронное гало, поскольку радиус каждой конфигурации практически в 2 раза превышает радиус остова — ядра 4Не (1.67 Фм), и в 1.5 раза радиус ядра 6Не (2.9 Фм [1, 6]). Это гало является сложным образованием, на 95% состоящим из динейтронного кластера, а оставшиеся 5% приходятся на долю некоррелированных нейтронов,

Рис. 3. Схема структуры нейтронной периферии ядра 6Не. Центральный заштрихованный круг — а-частица (Я = 1.67 Фм), штриховая окружность соответствует радиусу 6Не (Я = 2.9 Фм [6]). Кривыми показаны плотности вероятности различных двухнейтрон-ных конфигураций: динейтронной а2п, Я = 4.23 Фм (сплошная жирная кривая), однонейтронной 5Неп, Я = 4.20 Фм (сплошная тонкая кривая), однонейтронной ап, Я = 4.18 Фм (штриховая).

расположенных симметрично относительно а-частицы, что хорошо согласуется с оценками [1]. Структура нейтронной периферии ядра 6Не, показанная на рис. 3, демонстрирует наличие обеих компонент гало, достаточно удаленных от остова — а-частицы.

Можно ожидать, что подобная структура ядра 6Не будет проявляться и в реакциях фрагментации этого ядра на тяжелых ядрах. Действительно, динейтронная конфигурация дает основной вклад в сечение реакций фрагментации 6Не с энергией 20—60 МэВ на фотоэмульсионных стопках [7]. Сигарообразная конфигурация, по всей вероятности, проявляется в реакциях фрагментации 6Не при ббльших энергиях (0.8 ГэВ/нуклон) [8]. Подчеркнем, что в рассмотренном случае упругого а6Нерассеяния двухнейтронное гало 6Не проявляет и динейтронную, и сигарообразную конфигурации.

3. РАСЧЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ РЕАКЦИИ 9Ве(^,р)10Ве

При анализе реакции 9Ве(^,р)10Ве будем учитывать три возможных механизма, описывающие процессы прямого взаимодействия дейтронов с ядром 9Ве (см. рис. 4): а) срыв нейтрона, б) обмен тяжелым кластером ^ и в) последовательную передачу нейтрона и динейтрона. При этом матричные элементы механизмов а) и в) складываются когерентно.

В [9] приведены результаты корреляционного экспериментального исследования реакции 9Ве(^,р)10Ве при Еа = 15.3 МэВ с образованием 10Ве в основном и первом 2+-возбужденном состояниях. Экспериментальные результаты сравнивались с расчетами в предположении механизма срыва нейтрона методом связанных каналов. Расчеты обнаружили большую чувствительность корреляционных характеристик к структуре волновых функций участвующих в реакции ядер, особенно ядра 10Ве, и продемонстрировали необходимость учета многоступенчатых механизмов реакции.

Последний вывод работы [9] не кажется удивительным, поскольку именно в экспериментах по неупругому рассеянию дейтронов на ядре 9Ве [10] был впервые обнаружен эффект, который можно трактовать как указание на проявление двухступенчатых механизмов. В дальнейшем [11 — 13] были сформулированы физические критерии реализации таких механизмов, основанные на отсутствии подобия волновых функций передаваемых виртуальных частиц.

Для механизмов, иллюстрируемых диаграммами с разнонаправленными линиями (рис. 4в), подобие волновых функций передаваемых виртуальных частиц не зависит от их энергий [12, 13]. Вклад двухступенчатого механизма в сечение реакции 9Ве(^,р)10Ве будет определяться главным образом структурными особенностями участвующих в реакции ядер: значениями переданных спинов и орбитальных моментов, приведенными ширинами в вершинах развала и т.д.

Перейдем к расчету амплитуд для отдельных механизмов, дающих вклад в сечение реакции 9Ве(^,р)10Ве. Расчет матричного элемента М^ срыва нейтрона (рис. 4а) проводился в рамках МИВОКОР [3]. Приведенные ширины нейтрона рассчитывались в модели оболочек с промежуточной связью [14]. Поскольку спин основного состояния 10Ве равен 0, в реакции 9Ве(^,р)10Ве структурный множитель в^1^ ^з/2 имеет единственное значение, равное 0.769.

Аналогично рассчитывался и матричный элемент срыва тяжелого кластера (рис. 46). Оценки

10

Ве

р 10Ве "Ы

9Ве

й 9Ве

й

10Ве р

пп

8Ве п г

/ Ч

9Ве й

Рис.4. Диаграммы, иллюстрирующие различные механизмы реакции дВе(^,р)10Ве: срыв нейтрона (а), срыв тяжелого кластера 8Ц (б), механизм последовательного подхвата нейтрона и срыва динейтрона (в).

показали, что в силу малости эффектов отдачи вклад этого механизма несуществен, и мы его учитывать не будем.

Матричный элемент двухступенчатого механизма передачи нейтронов (рис. 4в) определяется выражением

х ^ У(27ТТ)(27ТТ)(2]ТТ) х

вЛ11^2

X {ЗаМАЗ\ЗЕМв) (врЯрвя\3dSd) х х(3 - Мзфтг) в^г х

{1шгЬр - тг\Ьа0) х

х —-Ьл

-¿-рЛ

Ь Л ¡1

х< I Рьр\ш1\{0Р)1ьльрл,

¡2 I Ьр

где А = 9Ве, В = 10Ве, р = 8Ве, в и 3 — переданный спин в правой и полный переданный момент в левой половинах диаграммы рис. 4в; ¡1 (¡2) — переданные орбитальные моменты в нижней (верхней) половине этой диаграммы; I — полный переданный орбитальный момент; Ьа (Ьр) — орбитальные моменты парциальных искаженных волн в начальном (конечном) каналах реакции, а спектроскопический множитель в^ г выражается через структурные множители подхвата нейтрона и срыва динейтрона в МИВОКОР:

^ _ /2

23а + 1

х

23а + 1

х у ^ ( — -¿А+вь+32+Л2-11 х

■11-12«182

х (211 + 1)(212 + 1) х

X у/(2Зг + 1)(232 + 1)(2в1 + 1)(2в2 + 1) х

х в^131 в^32 и(8р828ав1 : вгв) х

(2)

Таблица 1. Сп

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.

Показать целиком