Ядерные реакции с тяжёлыми ионами

Под реакциями, вызванными тяжёлыми ионами, понимают ядерные реакции, стимулированные налетающими ионами тяжелее а-частицы. Интервал снарядов простирается от лёгких ионов С, О и Ne и ионов средней массы, таких как S, Ат, Са и Кг до тяжёлых типа Хе, Аи и даже U. Реакции, индуцированные тяжёлыми ионами, обладают некоторыми уникальными характеристиками, отличающими их от других реакций. Длина волны тяжёлых ионов при энергиях 5 МэВ/нуклон и выше мала по сравнению с размерами иона. Поэтому результаты взаимодействий этих ионов описывают методами классической механики.

На рис. 6 представлена совокупность различных параметров соударений и траекторий, которые встречаются в реакциях с тяжёлыми ионами.

Ядерные реакции с тяжёлыми ионами характеризуются большим числом выходных каналов. Например, при бомбардировке 232Th ионами 4°Аг с энергией 379 МэВ образуются ядра Са, Ar, S, Si, Mg и Ne. В случае ядерной реакции с тяжёлыми ионами различают реакции передачи нуклонов, реакции передачи более сложных частиц и реакции слияния (образования составного ядра). Ядерные реакции, при которых происходит передача малого числа частиц или малой части энергии, называются мягкими соударениями. Ядерные реакции, в которых происходит передача массы или энергии, называются жёсткими соударениями или глубоконеупругими передачами. Угловые распределения продуктов этих ядерных реакций резко асимметричны: лёгкие продукты вылетают преимущественно под малыми углами к ионному пучку. Энергетическое распределение продуктов

ядерных реакций имеет широкий максимум. Кинетическая энергия продуктов ядерных реакций близка к высоте выходных кулоновских барьеров и практически не зависит от энергии ионов.

Рис. 6. Схема классификации соударений в реакциях на тяжёлых ионах, основанная на параметрах воздействия.

Глубоконеупругие столкновения - новый тип ядерных реакций между сложными ядрами. Это своего рода «мягкая посадка» одного ядра на другое после торможения за счёт ядерного трения. Образующаяся при этом двойная ядерная система является начальной стадии полного слияния (сплавления) в реакциях, ведущих к синтезу сверхтяжёлых элементов.

Первоначально интерес к реакциям с тяжёлыми ионами в большой степени стимулировался работами по синтезу трансурановых элементов. Именно в экспериментах по синтезу сверхтяжёлых элементов в ЛЯР ОИЯИ (Дубна) был открыт новый механизм ядерных реакций - реакции глубоконеупругих передач.

Глубоконеупругие передачи занимают промежуточное положение между прямыми ядерными реакциями и реакциями с образованием составного ядра. Характерная особенность глубоконеупругих передач - полная диссипация кинетической энергии. При этом образуется относительно долгоживущая двойная ядерная система. За время своего существования она успевает повернуться на значительный утол, и продукты глубоконеупругих передач вылетают в области отрицательных углов. В реакциях глу'бо- конеупругих передач образуются продукты в большом диапазоне массовых чисел и атомных номеров.

Реакции с тяжёлыми ионами требуют ускорения ионов до довольно высоких энергий. В рассматриваемых здесь реакциях сначала происходит синтез составного ядра, а затем его распад, сопровождающийся испусканием частиц и квантов. Довольно часто составное ядро делится, так что синтез сменяется делением. В случае тяжёлых ионов во взаимодействие вовлекаются большие массы, во входном канале реализуются очень большие угловые моменты, а длина волны де Бройля А мала по сравнению с характерными размерами области взаимодействия ядер. Например, в реакции U + U при энергии налетающего иона ~7 МэВ на нуклон орбитальный угловой момент достигает 6ooh, а Л«4-10'‘з см. Ядра обмениваются нуклонами, энергией и изменяют форму.

При анализе ядерных реакций с тяжёлыми ядрами в отдельную группу выделяют реакции квазиделения. Они являются переходными между глубоконеупругими столкновениями и реакциями слияния. Для продуктов квазиделения характерны полная релаксация кинетической энергии и типичные для деления угловые распределения. Однако в отличие от реакций слияния, которые проходят стадию составного ядра, форма системы не успевает стать равновесной до момента распада на два фрагмента.

Эффективное сечение ядерной реакцией с тяжёлыми ионами:

где Го=1,4(А11/з+Л21/3), Ео - потенциальный кулоновский барьер, Ei-энергия тяжёлого иона.

Энергетическая зависимость эффективных сечений для ядерных реакций с участием тяжёлых ионов носит, как правило, нерезонансный характер. Исключение составляет упругое рассеяние. В энергетической зависимости эффективного сечения упругого рассеяния ,2С на 12С, ,4N на *4N, ,60 на 14N и др. в интервале энергии Е0~5-5-35 МэВ наблюдаются резонансы с шириной в несколько МэВ и более тонкая структура.

В результате жёстких соударений образуется много новых нуклидов. В таких ядерных реакциях могут возникать составные ядра с большими энергиями возбуждения (~юо МэВ) и угловыми моментами -50. Ядер- ные реакции с образованием составного ядра служат для синтеза трансурановых элементов (слияние ядер мишеней из РЬ и Bi с ионами 4°Ar, 5«Ti, 540,

55Mn, s«Fe). Например, с помощью ядерной реакции 204РЬ (?»лг,2п) mFm был осуществлён синтез фермия.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >