Квантовое и квазиклассическое описания упругого рассеяния ионов 16О на ядрах 12С и 16О в широком диапазоне энергий

Упругое рассеяние является простейшей ядерной реакцией между ядром-снарядом и ядром-мишенью и наряду с этим является важным источником информации о ядерных свойствах. Как правило, большинство ядерных реакций характеризуются той или иной степенью поглощения, связанного с убыванием потока частиц в упругом канале. В области тяжелых ионов поглощение является относительно небольшим, и проявляются преломляющие эффекты. Изучение преломляющих эффектов основывается на исследовании ядро-ядерного потенциала, в частности на малых расстояниях взаимодействия, и изучении свойств ядерной материи.

В середине 70-х годов в упругом рассеянии а-частиц было обнаружено явление, получившее название ядерной радуги [1, 2]. В работе [3] проводилась аналогия между ядерной и атмосферной радугами. Для описания ядерной радуги используются такие понятия, как функция отклонения, Эйри минимумы, угол радуги. Это явление предоставило возможность изучения ядро-ядерного взаимодействия на расстояниях меньших, чем считалось возможным ранее. Вычисляя значение угла радуги, можно определить параметры потенциала взаимодействия ядер на стадии перекрытия плотностей сталкивающихся ядер.

Для наблюдения радужных эффектов в угловых распределениях необходимо выполнение двух условий: энергия налетающей частицы должна быть достаточно большой, и необходима достаточная степень прозрачности системы, которая зависит от поглощения. Условие достаточного поглощения ограничивает выбор пар взаимодействующих ядер. Как правило, выбирают магические ядра для сталкивающихся пар: 4Яе, 160, 12С, 40Са, 208РЪ. Довольно часто используют симметричные пары: 160+160,12С+12С. Но угловые распределения упругого рассеяния симметричных систем ограничены 90° из-за координатной симметрии. Выбор ядра 160 в качестве одного из взаимодействующих ядер дает возможность получения меньшего поглощения по сравнению с другими несимметричными системами. Угловой диапазон при рассеянии несимметричных систем увеличивается вдвое. В этом случае наиболее перспективным для изучения является система 160+12С [4].

Существует достаточно большое количесто работ, посвященных анализу систем 160+12С и 160+160, как в рамках квантового подхода (оптическая модель, модель свертки), так и в рамках квазиклассического подхода. Значительного успеха в описании угловых распределений в рамках модели свертки добились авторы работ [5, 6]. Преимуществами феноменологического подхода является простота, наглядность и удобство в применении. К тому же, получаемые распределения и величины достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными. Оптическая модель впервые была сформулирована в 50-х годах прошлого века и является одним из распространенных способов изучения ядерной структуры в ядерных реакциях. Основы оптической модели были развиты Фершбахом с соавторами [7]. В ряде работ [3, 4, 6] было предложено неплохое описание экспериментальных данных по упругому рассеянию в области малых и средних углов. В более ранних работах для успешного описания данных по рассеянию тяжелых ионов в области больших углов было предложено использование оптической модели с короткодействующим отталкивающим кором [8, 9], где притягивающая часть потенциала описывает данные в области малых углов, а аномальное рассеяние в области больших углов описывается при помощи отталкивающего кора, который препятствует перекрыванию ядер на малых расстояниях. Наличие в потенциале отталкивающего кора имеет физическую причину: отталкивание на малых расстояниях является следствием принципа Паули, который налагает запрет на перекрытие волновых функций двух систем, состоящих из фермионов [8]. В работах [8, 9] были предложены различные формы потенциала кора. В работе [10] параболическая форма кора применялась для описания рассеяния 9Ве+12С, 9Бе+1бО, 6? г+285г, 6? г+40Са, иЬг+4Яе, 8#е+4#е.

С 60-х и до середины 80-х годов шло интенсивное изучение угловых распределений и функций возбуждения таких систем, как 12С+12С и Первоначально резонансы в функциях возбуждения наблюдались для системы 12С+12С в области низких и средних энергий. Позднее в функциях возбуждения системы 160+160 также была обнаружена резонансная структура, но при более высоких энергиях налетающих частиц [11]. Появился ряд работ [11,12, 13, 14, 15, 16], в которых авторы пытались исследовать резонансные структуры различными методами.

Известно, что в рамках а-частичной модели ядра и.

160 состоят из.

3-х и 4-х си-частиц соответственно. В работах [4, 17, 18, 19] предполагается, что при упругом рассеянии в области больших углов происходит процесс упругой передачи си-частицы. Описание указанного выше процесса является достаточно непростой задачей, и в связи с этим используются приближенные методы, в частности метод искаженных волн (МИВ).

Изучение свойств ядерной материи как правило сводится к определению коэффициента сжимаемости ядерной материи К, который играет важную роль в определении уравнения состояния ядерной материи. Существует два основных способа определения величины сжимаемости ядерной материи. Первый способ основан на использовании плотностной зависимости NN взаимодействий. Наиболее реалистичными являются Парижский потенциал и потенциал Рэйда с плотностной зависимостью [6]. Второй способ заключается в использовании параметра С из выражения для параболического ¿—зависимого отталкивающего кора. Коэффициент сжатия К для неограниченной ядерной материи связан с постоянной С следующим выражением: К = 9С [10].

Главная цель, которой посвящена данная работа, является всестороннее описание угловых распределений упругого рассеяния систем 16(Э-Ь12<7 и 160+160 при энергиях ?^6=132−281 МэВ и 87,2−480 МэВ соответственно. Для достижения цели решается ряд задач:

1. Определение ядро-ядерного потенциала взаимодействия систем 160+12С при энергиях £лаб=132−281 МэВ и 160+160 при энергиях Ела. в—124−480 МэВ в рамках оптической модели с отталкивающим кором.

2. Вычисление коэффициента сжимаемости К ядерной материи для рассматриваемых систем.

3. Описание резонансов, наблюдающихся в функции возбуждения системы 160+160 при углах рассеяния 6>ц.м.=49.3, 60, 69.8, 80.3, 90°.

4. Изучение ядерной радуги для уточнения потенциала на стадии перекрытия распределения плотностей сталкивающихся ядер.

5. Исследование влияния обмена а-частицей при рассеянии двух сталкивающихся ядер на угловые распределения в области больших углов рассеяния.

6. Изучение распределения а-частиц в ядре 160 в рамках а-кластерной модели.

Для изучения упругого рассеяния систем при энергиях 5.45−30 МэВ/нуклон и 160+12С при энергиях 8.25−17.56 МэВ/нуклон в данной работе используются два подхода: квантовый и квазиклассический. В частности, в квантовом используются феноменологические подходы: оптическая модель с отталкивающим кором и комбинированный метод. В настоящей работе используется параболический ¿—зависимый потенциал отталкивающего кора [9].

Введение

кора позволяет более успешно описать экспериментальные данные в области больших углов рассеяния и определить коэффициент сжимаемости ядерной материи. В работе вычисляются значения коэффициентов сжимаемости для рассматриваемых систем. В рамках данного подхода успешно описываются резонансы, наблюдающиеся в рассеянии 160+160.

Суть предлагаемого комбинированного метода описания угловых распределений упругого рассеяния систем 1бО+12С и 1бО+1бО заключается в том, что область малых и средних углов рассеяния описывается при помощи оптической модели, а область больших углов рассеяния — в рамках МИВ с нулевым радиусом действия ядерных сил. МИВ позволяет более успешно описать угловые распределения упругого рассеяния в области больших углов, учитывая процесс упругой передачи ск-частицы. В рамках комбинированного метода получено хорошее согласие с экспериментальными данными.

В рамках ск-кластерной модели в работе проводятся расчеты по определению распределения су-частиц в ядре 160.

В первой главе работы представлен литературный обзор по рассматриваемой теме. Во второй главе приведены результаты расчетов в рамках оптической модели с отталкивающим кором для систем 160+160, 160+12С в широком энергетическом диапазоне. Также представлены результаты описания функции возбуждения системы 160+160 при углах рассеяния 0ц.м.=49.3, 60, 69.8, 80.3, 90°. В третьей главе представлены результаты расчетов в рамках комбинированного метода описания, а также в рамках ск-кластерной модели ядра изучается распределение а-частиц в ядре 160.

В работе впервые дается описание угловых распределений в рамках оптической модели с ¿—зависимым параболическим отталкивающим кором для систем 160+160, 160+12С в широком энергетическом диапазоне. Применение комбинированного метода также в широкой энергетической области представленно впервые для рассматриваемых систем. Результат вычислений распределения ск-частиц в ядре 16О заключается в том, что ск-частицы распределены вблизи поверхности ядра 1бО.

Представленные в данной работе методы могут быть использованны при физической интерпретации экспериментальных данных по упругому рассеянию взаимодействующих ядер, при учете упругой передачи в области больших углов рассения и для предсказательных расчетов при проведении новых экспериментов в ОИЯИ (Дубна), в НИИЯФ МГУ, в РНЦ «Курчатовский институт» (Москва).

Результаты работы были представлены на следующих конференциях:

1. 6-я международная конференция «Ядерная и радиационная физика», Алмата, 4−7 июня, 2007.

2. LVII International conference on nuclear physics «Nuclear 2007», Fundamental problems of nuclear physics, atomic power engineering and nuclear technologies, 25−29 june, 2007.

3. 58-я Международная конференция «Ядро-2008. Проблемы фундаментальной ядерной физики. Разработка ядерно-физических методов для нанотехиологий, медицинской физики и ядерной энергетики» .

Хочу сердечно выразить благодарность за идею написания данной работы, обсуждения полученных результатов и ценные замечания научного руководителя профессора Гриднева Константина Александровича. Также выражаю благодарность за полезные замечания — Фадееву Сергею Николаевичу и Григорьеву Евгению Петровичуза предоставленные экспериментальные данные — Глухову Юрию Алексеевичу и профессору фон Оертцену. Выражаю особую признательность за переживание и готовность помочь директору отделения 100 Радиевого института (Санкт-Петербург) Кузнецову Андрею Викторовичу. Отдельные слова благодарности моей семье.

Заключение

.

В данной работе проводился анализ экспериментальных данных по упругому рассеянию систем 160+12С и 160+160 в широкой энергетической области. Изучение проводилось в рамках двух подходов: микроскопического и макроскопического. Микроскопический подход основан на оптической модели с отталкивающим параболическим /-зависимым кором.

Введение

кора позволило успешно описать экспериментальные данные в области больших углов рассеяния и определить коэффициент сжимаемости ядерной материи. Усредненные по энергиям налетающих частиц значения коэффициета сжатия для системы 160+12С составляют К = 205.6МэВ ± 14.7%, для системы 160+160 значения лежат в интервале К = 206.1МэВ ± 15.5% и согласуется с литературными данными. В рамках данного подхода успешно описаны резонансы, наблюдающиеся в рассеянии 160+160 при энергии менее 15 МэВ/нуклон. Полученные систематики Эйри минимумов и значения объемных интегралов подтверждают адекватность выбранных параметров потенциалов взаимодействия. Макроскопический подход основан на комбинированном методе описания угловых распределений: в области малых углов рассеяния расчет проводился в рамках оптической модели, область больших углов описывалась по МИВ с нулевым радиусом действия ядерных сил. В рамках макроскопического подхода предполагалось, что ядра состоят из а-частиц, и изучалась роль обмена а-частицей в области больших углов рассеяния. Было получено хорошее описание экспериментальных данных.

Полученные в данной работе результаты могут применяться при планировании и проведении экспериментов.