ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2010, том 73, № 1, с. 16-25
ЯДРА
ЯДЕРНАЯ РАДУГА В УПРУГОМ РАССЕЯНИИ 9Ве
© 2010 г. Ю. А. Глухов*, А. А. Оглоблин, К. П. Артемов , В. П. Рудаков
Российский научный центр "Курчатовский институт", Москва Поступила в редакцию 30.03.2009 г.; после доработки 29.06.2009 г.
Проведено систематическое исследование упругого рассеяния ядер 9Ве, принадлежащих к числу самых слабо связанных стабильных ядер. Были измерены дифференциальные сечения упругого рассеяния 9Ве + 16О при энергии в с.ц.м. 47.5 МэВ (пучок ядер 16О с энергией 132 МэВ). В анализ были включены имеющиеся данные при других энергиях и на соседних ядрах. В результате впервые в системах с участием 9Ве был надежно установлен сам факт радужного рассеяния, идентифицированы минимумы Эйри и с большой степенью достоверности определен ядро-ядерный потенциал.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из важнейших достижений в физике ядерных реакций за последние два десятилетия стало обнаружение рефракции в ядерной среде при прохождении в ней легких ядер. Оказалось, что, несмотря на сильное поглощение, налетающие ядра отклоняются под действием притягивающего ядерного поля. Исследование рефракционных эффектов позволило получить недоступную ранее информацию о динамике ядро-ядерных взаимодействий на малых расстояниях: ядерных потенциалах и формфакторах реакций, эффективном нуклонном взаимодействии, сжимаемости ядерной материи и пр. [1].
Наиболее ярким проявлением рефракционного поведения в столкновениях ядер друг с другом является ядерная радуга в упругом рассеянии [2] и некоторых ядерных реакциях [3]. Радужное рассеяние наблюдалось при взаимодействии ядер 3Не и альфа-частиц с мишенями во всем диапазоне массовых чисел A ядер от 6Li до 16О — вплоть до A = 40. Единственным исключением является рассеяние ядер 9Ве, в котором радужные эффекты до сих пор надежно установить не удалось. Следует отметить, что реакции с участием ядер 9Ве, включая рассеяние, вообще принадлежат к числу наименее изученных. В дифференциальных сечениях упругого рассеяния 9Ве + 16Ои 9Ве + 12С при энергии ионов 9Ве 158 МэВ [4] при углах, где по расчетам могли находиться характерные радужные минимумы (так называемые минимумы Эйри), наблюдались лишь перегибы, интерпретированные авторами как проявление "призрака" ядерной радуги. Основная особенность рефракционного поведения рассеяния — доминирование его дальней
E-mail: gloukhov@inbox.ru
компоненты — наблюдалась в системах 9Ве + 7Ь1, 13С [5, 6] при меньших энергиях в с.ц.м., однако положение минимумов Эйри и тем более их порядок определены не были. В упругом рассеянии 9Ве + 28Б1 [7] наблюдалась лишь дифракционная структура угловых распределений. Однако следует отметить, что экспериментальные условия, необходимые для наблюдения эффектов ядерной радуги (выбор энергий, углов), в упомянутых выше работах были не всегда оптимальными.
Интерес к поискам и изучению ядерной радуги в рассеянии 9Ве связан с двумя обстоятельствами. Во-первых, 9Ве наряду с 6Ь1 является одним из самых слабо связанных стабильных ядер (е = 1.67 и 1.48 МэВ соответственно). Хорошо известно (см., например, [8]), что уже при энергиях несколько десятков МэВ из-за малой энергии связи резко возрастает сечение реакции развала 6Ь1. Оно сильно влияет на характер рассеяния, приводя к появлению не только дополнительного поглощения, но к значительному увеличению реальной части динамического поляризационного потенциала (ДПП). Эффекты ДПП оказывают влияние на динамику взаимодействия именно в той области межъядерных расстояний, где существенна рефракция, и разумно ожидать, что и в рассеянии 9Ве они проявятся в полной мере. Изучение различных особенностей ДПП важно, в частности, для широко развиваемых в настоящее время работ с пучками слабосвязанных радиоактивных ядер, не обладающими, как правило, достаточно высокими качествами для подобных исследований.
Во-вторых, ядро 9Ве среди всех стабильных ядер обладает наиболее развитой альфа-кластерной структурой в основном состоянии. Вопрос, в какой мере она может повлиять на свойства ядро-ядерного потенциала на малых
расстояниях (т.е. в области ядерной радуги), является в значительной мере открытым. Появились работы (например, [9]), в которых при вычислении потенциала успешно используется взаимодействие нуклон—альфа-частица вместо традиционного эффективного нуклон-нуклонного. Наблюдение радужного упругого рассеяния 9Ве могло бы стать важным источником информации для работ в этом направлении.
Основная цель настоящей работы состояла в попытке дать ответ на вопрос: наблюдается ли в упругом рассеянии ядра 9Ве эффект ядерной радуги или оно является в этом отношении исключением из всего набора ядер от 3Не до 16О. Мы выбрали для исследования систему 9Ве + 16О исходя из того, что она уже изучалась ранее [4] и возможны некоторые сравнения. Кроме того, мы располагали неопубликованными данными по сечениям упругого рассеяния 9Ве с энергией 40 и 27 МэВ на мишени 16О [10], которые также могли быть использованы в анализе. Опираясь на наш предыдущий опыт наблюдения радужного рассеяния в системах, в которых его раньше не удавалось обнаружить (например, 16O + 14С [11]), мы пришли к выводу, что для систем типа 9Ве + 16 О оптимальная для наблюдения эффекта энергия в с.ц.м. лежит в области 50 МэВ. Поэтому эксперимент проводился при энергии ядер 16О 132 МэВ.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Экспериментальная методика, используемая при изучении рассеяния ядер 16О на легких ядрах, описана в опубликованных ранее работах, см., например, [12]. В данном разделе будут уточнены детали, связанные с измерениями на мишени 9Ве.
Использовался пучок шестизарядных ионов 16О изохронного циклотрона Российского научного центра им. И. В. Курчатова (Москва) с энергией 132 МэВ и размером пучка на мишени 2 х 3 мм. Разброс энергии пучка составлял 0.4—0.5%. Продукты реакций регистрировались тремя йЕ/йх—Е-телескопами с целью увеличения светосилы регистрирующей системы. Толщины йЕ-детекторов составляли 13, 16 и 21 мкм, Е-детекторов — 300—500 мкм. Угол между двумя передними телескопами составлял 9° в л.с., между задними — 6°.
Мишени из бериллия представляли собой самоподдерживающиеся пленки толщиной 0.23, 0.56 и 1.05 мг см-2. Для учета неоднородностей мишени и углового разброса пучка ионов использовались два монитора, расположенные на стенке камеры рассеяния на одинаковых углах по разные стороны пучка.
Точность определения угла в л.с. — 0.5°. Телесные углы телескопов были в пределах 0.2—0.4 мср. Полное угловое разрешение измерительной системы равнялось 0.6° и определялось в основном угловым разбросом пучка. Энергетическое разрешение составляло 600—800 кэВ.
Точность измерения абсолютных сечений ±10% проверялась сравнением измеренных сечений упругого рассеяния под малыми углами на тяжелых элементах с резерфордовскими.
РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 1 приведено дифференциальное сечение рассеяния 9Ве + 16О при 132 МэВ (47.5 МэВ в с.ц.м.). Поскольку при ожидаемом большом вкладе ДПП использование стандартной микроскопической фолдинг-модели теряет смысл, все расчеты велись в рамках оптической модели с шестипа-раметрическим вудс-саксоновским потенциалом. Кривые, приведенные на рис. 1, получены с тремя наборами параметров (см. таблицу).
Отчетливо наблюдаемый минимум при 78° можно идентифицировать, как радужный (минимум Эй-ри). Это подтверждается разложением сечения на ближнюю и дальнюю компоненты (рис. 2): сечение при углах свыше 30° исчерпывается дальней компонентой.
Также выполняется и другой критерий радужного рассеяния — в расчетной кривой с нулевым поглощением (когда глубина мнимой части потенциала Ш = 0) хорошо видны минимумы и максимумы Эйри различных порядков. Сопоставление кривой Ш = 0 с экспериментальными данными позволяет идентифицировать как минимум Эйри также наблюдаемую особенность в районе 45°—50°.
Удовлетворительное описание экспериментальных данных с практически одинаковым х2 было достигнуто с потенциалами Р2 и Р3 (см. таблицу). При этом минимум при 78° является минимумом Эйри соответственно 2-го или 3-го порядка (А2 или А3). Видно, что расчеты предсказывают появление минимума более низкого порядка при -120° (А2, Р3) или -135° (А1, Р2). Строго говоря, нельзя исключить и потенциал Р1, описывающий данные с х2, в 2 раза большим. В этом случае минимум при 78° был бы первого порядка (А1).
На рис. 3 и 4 приведены угловые распределения, измеренные при энергиях ядер 9Ве 40 и 27 МэВ (25.6 и 17.3 МэВ в с.ц.м. соответственно). Строго говоря, при таких низких энергиях нельзя говорить о радужном рассеянии, так как классическая функция отклонения имеет минимум при углах, значительно больших 180°, и существует орбитирование. Тем не менее структуры, аналогичные минимумам
а/ oR
Рис. 1. Угловое распределение дифференциальных сечений упругого рассеяния 9Ве + 16О при Е(16О) = 132 МэВ (Ец.м. = 47.5 МэВ). Кривые — результаты расчетов: штрихпунктирная — для потенциала Р1, сплошная — для Р2, штриховая — для Р3 (см. таблицу).
Эйри, сохраняются, и в зависимости от особенностей механизма их образования они получили название квазирадужных [13] или предрадужных [14]. В настоящей работе мы рассматриваем их наравне с обычными минимумами Эйри. Как и при большей энергии, сделать выбор между потенциалами (Р3 и Р4) невозможно. К тому же из-за худшего качества данных произвол в самой идентификации минимумов Эйри оказывается большим. Все же, по-видимому, можно утверждать, что при 80о (рис. 3) наблюдается радужный минимум, имеющий порядок А3, А4.
Получить разумную подгонку углового распределения при Е(9Ве) = 27 МэВ не удалось. Возможно, это связано с тем, что в зоне орбитирования происходит наложение интерференционных структур, отвечающих отклонению частиц на углы свыше 180о. Поэтому на рис. 4 показана только дальняя компонента, полученная с потенциалом Р4. Ее минимум приближенно соответствует наблюдаемому минимуму при 140о. На этом основании можно предположить, что он имеет рефракционное происхождение.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Таким образом, мы видим, что анализ дифференциальных сечений, измеренных в настоящей работе, не позволяет сразу сделать однозначный
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.