ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2019, том 82, № 4, с. 312-319

ЯДРА

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ЛЕГКИХ СЛАБОСВЯЗАННЫХ ЯДЕР

НА ПРОТЕКАНИЕ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ

Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия

Поступила в редакцию 25.12.2018 г.; после доработки 25.12.2018 г.; принята к публикации 25.12.2018 г.

Обобщены результаты экспериментов по изучению реакций слияния и передачи на пучках слабосвя-

занных (³He) и кластерных (⁶Li,⁷Li) ядер, а также ядер c гало-структурой (⁶He и⁸Не) с ядрами

легких и тяжелых элементов. Выявлены особенности поведения сечений образования испарительных

ядер-остатков и продуктов реакций передачи при энергии вблизи барьера. Поведение сечений реакций

передачи нуклонов и кластеров приводит к различному заселению одночастичных и коллективных

состояний в мишенеподобных ядрах. В работе рассмотрено влияние различных каналов ядерных

реакций с легкими ядрами на заселение изомерных состояний195mHg и197mHg(13/2⁺),198mTl и

196mTl(7⁺),196mAu и198mAu(12^-). Дано объяснение изменения значений изомерных отношений

(σ_m/σ_g) для продуктов реакций, образовавшихся в реакциях слияния с испарением частиц и в

реакциях передачи нуклонов и кластеров.

DOI: 10.1134/S0044002719040184

1. ВВЕДЕНИЕ

⁸Be. Кластерная структура атомных ядер проявля-

ется в различных ядерных реакциях [2, 3].

Исследования реакций с участием легких атом-

Исследование ядерных реакций с легкими яд-

ных ядер, начавшиеся на заре ядерной физики, до

рами крайне важно для астрофизики, когда рас-

сих пор представляют особый интерес. В реакциях

сматриваются проблемы нуклеосинтеза. Для этого

с легкими ядрами наиболее ярко проявляется кла-

необходимо знать значения сечений слияния вза-

стерная структура ядер-снарядов и оболочечная

имодействующих ядер и сечений передачи отдель-

структура образующихся ядер. В легких ядрах с

ных нуклонов, что позволяет точнее представить

большим отношением N/Z обнаружен нейтронный

сценарий образования новых более тяжелых ядер.

поверхностный слабосвязанный слой (⁶He,⁸He,

В настоящей работе проведен анализ получен-

¹¹Be, 11Li и др.) [1]. При этом плотность рас-

ных ранее в экспериментах сечений реакций слия-

пределения периферийных нейтронов существенно

ния и реакций передачи на пучках легких слабосвя-

меньше плотности распределения нейтронов внут-

занных ядер (³Не), стабильных кластерных ядер

ри кора. Нейтронное облако, окружающее кор,

(6Li), а также на пучках экзотических радиоактив-

простирается на значительно б ´ольшие расстояния,

ных ядер с гало-структурой (⁶Не и др.) при энергии

чем радиус ядра, определяемый соотношением R =

бомбардирующих частиц вблизи кулоновского ба-

= r₀A1/3. Основные условия, которые необходи-

рьера.

мы, чтобы ожидать в легких ядрах проявления

Целью настоящей работы является изучение

ядерного гало — малые энергии отделения нейтро-

влияния структуры ядер-снарядов на механизмы

на B_n (протона B_p) или двух нейтронов B2n (двух

реакций слияния и передачи при взаимодействии с

протонов B2p) и большие значения радиусов ядер

легкими и тяжелыми ядрами мишеней и на возбуж-

по сравнению с соседними ядрами. Целый ряд

дение образовавшихся ядер, приводящее к заселе-

экспериментальных фактов подтверждает, что нук-

нию в них высокоспиновых и изомерных состояний.

лоны, формирующие ядерное гало, слабо влияют на

кор ядра.

2. РЕАКЦИИ НА ЛЕГКИХ ЯДРАХ

Ядра Li и Be с N ≈ Z имеют ярко выраженную

кластерную структуру. Эта структура четко прояв-

В ядерных реакциях на относительно легких яд-

ляется в виде кластеров α + d и α + t в ядрах⁶Li и

рах в качестве ядра-мишени было выбрано практи-

⁷Li, а также как α + α в случае несвязанного ядра

чески сферическое ядро скандия-45. Ряд нуклидов

в этой области масс можно получать в ядерных

^*E-mail: skobelev@jinr.ru

реакциях в основном и изомерном состояниях. С

312

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ЛЕГКИХ СЛАБОСВЯЗАННЫХ ЯДЕР

313

точки зрения изучения и заселения возбужденных

σ, мбн

состояний⁴⁴Sc является интересным ядром вблизи

оболочек Z = 20, N = 20 и 28, имеющим изомер-

ное состояние. Периоды полураспада и интенсив-

10²

ности γ-переходов в ядрах44mSc(6⁺) в44gSc(2⁺)

удобны для измерений.

В [4, 5] были измерены функции возбуждения

⁴⁴Sc при образовании его в основном и изомерном

состояниях в реакциях на пучках дейтронов [4] и α-

10¹

частиц [5]. В реакциях с дейтронами⁴⁵Sc(d, t)⁴⁴Sc

для этого изотопа получено изомерное отношение

(ИО) σ_m/σ_g, меньшее единицы. ИО для⁴⁴Sc, по-

лученного в реакциях слияния на пучках протонов

и α-частиц [5, 6], имеют более высокие значения

(∼1.5-2), чем в реакциях (γ, p) и (d, α).

10⁰

На рис. 1 представлены функции возбуждения

изотопов Sc в реакции⁴⁵Sc +³He в зависимо-

сти от энергии бомбардирующих частиц³Не [7,

E_лаб, МэВ

8]. Опираясь на экспериментальные данные по

функциям возбуждения с образованием изотопов

Рис.

1. Функции возбуждения продуктов реакций:

⁴³Sc,44(g+m)Sc и⁴⁶Sc, было показано, что реакция

⁴⁵Sc(³He, 2p)46Sc

(■),

⁴⁵Sc(³He, αn)⁴³Sc

(▴) и

⁴⁵Sc(³He, α)⁴⁴Sc (•). Кривые: расчеты функции воз-

⁴⁵Sc(³He, α)⁴⁴Sc приводила к образованию44gSc и

буждения для этих же реакций по коду ALICE-MP для

44mSc, а⁴⁶Sc образовывался в реакции⁴⁵Sc(³He,

нуклидов:⁴⁶Sc (сплошная),⁴³Sc (штрихпунктирная),

2p)⁴⁶Sc. Обе эти реакции за счет положительно-

⁴⁴Sc (штриховая).

го значения Q хорошо проявляются при энергии

³He ниже кулоновского барьера. В случае пере-

дачи нейтрона ядру мишени функция возбуждения

Таким образом, из анализа экспериментальных

для⁴⁶Sc (с малым Q_gg ∼ 1.6 МэВ) имеет пове-

результатов по образованию изомера⁴⁴Sc в раз-

дение, характерное для реакций передачи одного

личных реакциях можно заключить, что для⁴⁴Sc

нейтрона на сильносвязанных стабильных ядрах.

значения ИО и его поведение от энергии бомбар-

Несколько необычно ведет себя функция возбуж-

дирующих частиц сильно зависят от механизмов

дения, когда образуется⁴⁴Sc в реакции подхвата

ядерных реакций (реакции, протекающие через об-

разование составного ядра или прямые реакции

(³He, α). Несмотря на большое положительное

передачи).

Q (+9.254 МэВ) для этой реакции наблюдается

четкий максимум функции возбуждения вблизи ку-

лоновского барьера. Конкуренция с каналом (³He,

3. РЕАКЦИИ НА ТЯЖЕЛЫХ ЯДРАХ

αn), приводящая к образованию⁴³Sc, проявляется

при энергии выше кулоновского барьера.

3.1. Реакции слияния

На рис. 2а представлены функции возбуждения

Перейдем к рассмотрению образования атом-

для канала реакции⁴⁵Sc(³He, α)⁴⁴Sc с образова-

ных ядер в основном и изомерном состояниях

нием⁴⁴Sc в основном44gSc(J = 2⁺) и изомерном

вблизи оболочек Z = 82 и N = 126. В качестве

44mSc(J = 6⁺) состояниях.

ядер-мишеней были выбраны изотопы золота и

платины. В случае реакций с тяжелыми ядрами

На рис. 2б приведена зависимость ИО от энер-

на пучках слабосвязанных ядер, например, для

гии бомбардирующих частиц³Не [7, 8]. Рост ИО в

реакции¹⁹⁷Au +³He, образовавшееся при слиянии

области энергий при приближении к кулоновскому

составное ядро имеет большое положительное Q,

барьеру указывает на то, что с ростом энергии³Не

равное 10.84 МэВ.

высоколежащее состояние заселяется с большей

вероятностью. При энергии выше кулоновского

Изотоп¹⁹⁸Tl был получен в реакции¹⁹⁷Au(³He,

барьера ИО для⁴⁴Sc выполаживается, что связано

2n)¹⁹⁸Tl в основном (2^-) и изомерном (7⁺) состоя-

с необычным заселением основного и возбужден-

ниях [10-12]. ИО для этого изотопа (рис. 3) по зна-

ных одночастичных состояний⁴⁴Sc в этой реак-

чению мало отличается от ИО, полученного в реак-

ции [9].

ции при бомбардировке золота α-частицами [13].

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№4

2019

314

СКОБЕЛЕВ

σ, мбн

буждения для образования

¹⁹⁸Tl в реакциях

слияния¹⁹⁷Au(⁶He, 5n)¹⁹⁸Tl [14]. Значение ИО

несколько менялось с ростом энергии бомбарди-

рующих частиц, достигая максимального значения

при энергии в районе 45 МэВ, в целом оставаясь

больше единицы во всем интервале исследуемой

энергии (рис. 4). Для¹⁹⁶Tl, образовавшегося в

результате слияния⁶Не с¹⁹⁷Au и последующего

испарения семи нейтронов, ИО было измерено при

двух значениях энергии и имело близкие значения

к ИО для ¹⁹⁸Tl.

Из полученных нами данных по ИО для ядер

σ_m/σ_g × 10

¹⁹⁸Tl и¹⁹⁶Tl, образовавшихся в результате слияния

⁶Не с¹⁹⁷Au, можно сделать вывод, что в этих

реакциях не наблюдается существенного различия

в заселении изомерных состояний по сравнению

с реакциями на³Не и α-частицах, несмотря на

E_лаб, МэВ

б ольшую энергию возбуждения образовавшегося

составного ядра [12].

Рис. 2. Функции возбуждения (а) продуктов реакции

При повышении энергии бомбардирующих ча-

⁴⁵Sc(³He, α)⁴⁴Sc и ИО (б) для⁴⁴Sc как функции

стиц⁶He также наблюдалось заселение основного

энергии³He. Точки: ■ —44g Sc (2⁺), • —44mSc (6⁺),

и изомерного состояний в ядре¹⁹⁵Hg (рис. 5),

▴ — σm/σg. Вертикальная стрелка— энергия куло-

новского барьера.

которое синтезировано в реакции

¹⁹⁷Au(⁶He,

p7n)¹⁹⁵Hg

[13]. ИО для

¹⁹⁵Hg также имеет

относительно большое значение, характерное для

Реакции слияния были изучены на радиоак-

реакций слияния-испарения.

тивном пучке⁶Не, полученном на ускорительном

комплексе ОИЯИ DRIBs. В реакции¹⁹⁷Au(⁶He,

3.2. Реакции передачи нуклонов и кластеров

xn)203-xnTl были измерены сечения реакций сли-

яния с образованием изотопов от²⁰¹Tl до¹⁹⁶Tl.

Впервые реакции передачи наблюдались и были

детально изучены в реакциях на пучках ядер дей-

При энергии выше кулоновского барьера функ-

тронов, имеющих малую энергию связи нуклонов.

ции возбуждения реакций с испарением от четырех

до семи нейтронов достаточно хорошо совпадают с

Было показано, что передача нейтрона в реакци-

расчетными по программе ALICE-MP c одномер-

ях A(d,p)A + 1 предпочтительна для комбинации

ным барьером взаимодействия ядер.

ядер с высоким значением Q-реакции. С получени-

ем радиоактивных пучков ядер с гало-структурой

В эксперименте были измерены функции воз-

σ_m/σ_g

10⁰

10^-1

10^-2

10^-3

E_лаб, МэВ

Рис. 3. Зависимость ИО в реакции¹⁹⁷Au +³He от

Рис. 4. Зависимость изомерных отношений в реакции

энергии³He для нуклидов:¹⁹⁷Hg (•),¹⁹⁸Tl (♦),¹⁹⁶Au

¹⁹⁷Au +⁶He от энергии⁶He для нуклидов¹⁹⁸Tl (•),

(■ [13]) и¹⁹⁸Au (▴ [13]).

¹⁹⁸Au (■) и¹⁹⁶Au (▴).

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№4

2019

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ЛЕГКИХ СЛАБОСВЯЗАННЫХ ЯДЕР

315

и других слабосвязанных ядер было продолжено

σ, мбн

изучение реакций передачи нуклонов и кластеров,

300

включая реакции срыва и подхвата.

В ядерных реакциях с легкими ядрами нуклоны,

200

объединенные в виртуальные кластеры, образу-

ют подструктуры в определенных состояниях ядер

[2, 3]. Эти подструктуры участвуют в реакциях,

100

приводя к их испусканию при развале ядра или

захвату другим ядром.

Перейдем к анализу реакций передачи с лег-

кими слабосвязанными ядрами на тяжелых ядрах

мишени. При энергии³Не, близкой к кулоновско-

му барьеру, были измерены функции возбуждения

σ_m/σ_g

реакции¹⁹⁷Au(³He, t)¹⁹⁷Hg с образованием¹⁹⁷Hg

в основном и изомерном состояниях. В работах [10,

1.5

12] приведены функции возбуждения и изомерные

1.0

отношения в зависимости от энергии³Не. Значения

ИО для¹⁹⁷Hg (рис. 3) представляют слабо меняю-

100

120

щуюся функцию (0.11-0.14).

E_лаб, МэВ

На рис. 6 приведены функции возбуждения

Рис. 5. Зависимость сечения образования изотопа

для образования изотопов золота¹⁹⁴Au,¹⁹⁶Au

¹⁹⁵Hg (а) и ИО для¹⁹⁵Hg (б) в реакции⁶He +¹⁹⁷Au от

и¹⁹⁸Au [14, 15], полученные в реакции¹⁹⁷Au +

энергии⁶He. Точки:195g Hg(1/2^-) (□),195mHg(13/2⁺)

+⁶He на ускорительном комплексе DRIBs [16].

(■), σm/σg (•).

В этой реакции с большим сечением идет пере-

дача нейтрона с ядра⁶He ядру мишени, достигая

σ, мбн

на кулоновском барьере максимального значения

10⁴

∼1.2 бн. Передача двух нейтронов ядру мишени

с образованием¹⁹⁹Au в основном или изомерном

состояниях нами не наблюдалась.

10³

Реакции передачи одного нуклона (как срыва,

так и подхвата) в реакции¹⁹⁷Au +⁶Не исследо-

вались в широком диапазоне энергий бомбарди-

10²

рующих частиц⁶Не [14, 15]. При более высокой

энергии⁶Не наблюдался срыв трех нейтронов с

10¹

ядра-мишени, хотя со значительно более низким

сечением. Полученное значение ИО для 196Au

(рис. 4) во всем измеренном диапазоне энергий

10⁰

слабо меняется с ростом энергии.

Измерение сечений образования¹⁹⁸Au в основ-

ном и изомерном состояниях в реакции¹⁹⁷Au +⁶Не

10^-1

позволило для этого изотопа определить σ_m/σ_g

E_лаб, МэВ

(рис. 4). Видно, что заселение в¹⁹⁸Au изомерного

состояния по сравнению с заселением основного

Рис. 6. Экспериментальные функции возбуждения в

состояния значительно менее вероятно. С ростом

реакции¹⁹⁷Au +⁶Не для изотопов Au:¹⁹⁴Au (△),

энергии налетающих частиц вероятность заселения

¹⁹⁶Au (■) и¹⁹⁸Au (◦).

более высоковозбужденных состояний естественно

будет увеличиваться, а вместе с этим расти и ИО,

оставаясь по значению меньше ИО, полученного

что не может сказаться на заселении высоколежа-

щих изомерных состояний (12^-) в образовавшемся

для¹⁹⁶Au.

ядре¹⁹⁸Au.

Малое значение ИО можно объяснить тем, что

нейтрон, переданный легким ядром тяжелому ядру

Следует отметить, что ИО для¹⁹⁶Au и¹⁹⁸Au [15],

мишени Au, заселяет в нем низколежащие состо-

измеренные в реакции¹⁹⁷Au +³He (рис. 3), имеют

яния, подобные состояниям ядра-снаряда [17, 18],

близкие значения и аналогичную зависимость от

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№4

2019

316

СКОБЕЛЕВ

σ, мбн

нуклонов и кластеров, который достигает своего

10³

максимального значения на кулоновском барьере

или вблизи него, что несомненно указывает на

периферический характер этих реакций.

Как было показано [19-21], реакция передачи

10²

дейтрона с ядра⁶Li на тяжелых ядрах с боль-

шой вероятностью идет при энергии вблизи ку-

лоновского барьера реакции. Как и в реакциях с

дейтронами на изотопах платины, идет заселение

изомерных состояний¹⁹⁸Au, причем в реакции с

10¹

⁶Li ИО для¹⁹⁸Au достигает несколько большей

величины ∼10-1 [21]. В реакциях²⁰⁹Bi +6,7Li [22]

было измерено ИО при захвате из⁶Li и⁷Li как

α-частицы, так и d или t, соответственно с образо-

10⁰

ванием изомеров²¹²At и²¹¹Po. В этой работе было

показано, что ИО при захвате из Li α-частицы

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

имеет пологий вид с изменением энергии Li и в

E_с.ц.м./B_с.ц.м.

максимуме (≥1) близко по значению ИО, получен-

ному в реакциях с α-частицами. В случае захвата

Рис. 7. Функция возбуждения для образования изо-

топа¹⁹⁹Au в реакции¹⁹⁸Pt +⁶Li. Точки: • — наши

из⁷Li трития и образования изомера211mPo ИО

данные в реакции с⁶Li [19], △ — литературные данные

имеет относительно малое значение (∼10-1), кото-

в реакции с дейтронами (см. [19] и ссылки в ней).

рое практически не меняется с ростом энергии⁷Li.

энергии с ИО, полученными для этих же ядер в

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

реакции¹⁹⁷Au +⁶He (рис. 4).

Если сравнивать сечения реакций с переда-

При изучении реакций на пучках⁶Li с изото-

чей нуклонов и кластеров на стабильных плотно

пами платины помимо реакций слияния нами бы-

упакованных и слабосвязанных ядрах, особенно

ли идентифицированы продукты реакций передачи

радиоактивных ядрах, можно заключить, что сече-

нуклонов [19, 20]. Наиболее интересным оказалось

ния реакций передачи больше для слабосвязанных

поведение функций возбуждения реакций передачи

ядер, особенно при энергии ниже кулоновского

в реакциях с⁶Li с образованием изотопов золо-

барьера, хотя для слабосвязанных ядер-снарядов

та. На рис. 7 представлена функция возбуждения

развал является все же доминирующим процессом.

ядра¹⁹⁹Au в реакции¹⁹⁸Pt +⁶Li, имеющая мак-

Это видно и из приведенных в настоящей работе

симум вблизи кулоновского барьера. Сравнимые

результатов по сечениям реакций передачи¹⁹⁷Au +

по величине значения сечений образования изо-

+⁴He и¹⁹⁷Au +3,6He с образованием изотопов

топов¹⁹⁹Au в реакции взаимодействия изотопов

¹⁹⁶Au и¹⁹⁸Au.

платины с дейтронами и⁶Li указывают, что в

Особенности реакций передачи на слабосвязан-

этих реакциях происходит неупругий развал⁶Li,

ных радиоактивных и стабильных ядрах, а также

приводящий к захвату ядром-мишенью дейтрона

ядрах с гало-структурой при энергии снарядов

из⁶Li. Подобное поведение функций возбуждения

вблизи кулоновского барьера можно понять, если

для этой же реакции с такими же значениями

обратиться к более ранним работам по изучению

реакций передачи на пучках стабильных ядер

сечений образования¹⁹⁹Au при захвате дейтрона

¹²C и16,18О при энергиях 3-6 МэВ/нуклон [23],

из⁶Li впоследствии наблюдалось в работе [21].

Реакции передачи нейтрона в этой же реакции

а также

¹¹B,

¹²C и 14N при энергиях выше

имеют сечение на порядок ниже. Из сравнения

10 МэВ/нуклон [24]. В этих работах были исследо-

сечений реакций с ядрами⁶Li и дейтроном [20],

ваны реакции, связанные с передачей различного

числа нуклонов, измерены спектры детектируе-

приведенных на рис. 7, можно сделать вывод, что

мых ионов-остатков, соответствующих широкому

в ядерных реакциях вблизи кулоновского барьера

спектру энергий возбуждения в мишенеподобных

виртуальный дейтронный кластер внутри ядра⁶Li

ядрах. Результаты исследований показали, что в

проявляет себя как квазисвободный дейтрон.

каждом энергетическом спектре ионов в выходном

Итак, в реакциях с участием ядер с гало (⁶He)

канале наблюдается несколько сильных пиков,

и ядер с ярко выраженной кластерной структу-

а сечения реакций демонстрируют особенности,

рой (⁶Li) наблюдается глубокоподбарьерный срыв

присущие прямым реакциям. Высокая степень

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№4

2019

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ЛЕГКИХ СЛАБОСВЯЗАННЫХ ЯДЕР

317

селективности энергетических пиков и их интен-

в образовавшихся продуктах реакции с положи-

сивности в различных каналах реакции указывают

тельным значением Q_gg (для основного состояния)

на взаимосвязь механизмов реакции со структурой

по-разному заселяются основное и возбужденное

сильнозаселенных состояний в ядрах [23,

24].

состояния с энергией в Q-окне, причем в случае

Обнаружено, что в рамках оболочечной модели

передачи кластера в основном заселяются возбуж-

высокоспиновые состояния доминируют в конфи-

денные состояния [9, 25].

гурациях с кластерной структурой [24], а сечения

При бомбардировке ядер с массой A = 40-90

реакций передачи зависят от Q-реакции.

ионами¹²C и16,18O с энергией 3-6 МэВ/нуклон

Возвращаясь к результатам цитируемых здесь

[23] и

¹¹B,

¹²C и 14N с энергией около

работ, можно заключить, что при энергии бом-

МэВ/нуклон

[24] исследованы реакции, свя-

бардирующих частиц вблизи кулоновского барьера

занные с передачей различного числа нуклонов

сечения реакций передачи сильно зависят от Q-

(от одного до четырех), и измерены спектры

реакции. Интересно также рассмотреть и понять

детектируемых ионов, соответствующих широкому

поведение изомерных отношений, измеренных для

спектру энергий возбуждения в ядрах-мишенях.

ядер-продуктов реакций передачи. Чтобы детально

Изучение большого числа однонуклонных и мно-

рассматривать выходы продуктов отдельных ка-

гонуклонных реакций передачи, инициированных

налов реакций и понять поведение ИО для ряда

тяжелыми ионами в указанном диапазоне энергий,

наблюдаемых ядер, образовавшихся в основном и

изомерном состояниях, полезно оценить энергии

показало

[23,

24], что механизм таких реак-

ций соответствует механизму прямой передачи.

возбуждения остаточных ядер в различных каналах

Энергетические спектры легких остатков реакции

реакции. Точные значения энергии возбуждения

получить трудно, но можно провести относительно

обнаруживают необычные особенности заселе-

простые оценки.

ния возбужденных состояний в ядрах-мишенях,

а сечения реакций сильно зависят от энергии

В случае передачи одного или нескольких ней-

ускоренных ионов, Q-реакции и величины углового

тронов для оценки максимальной энергии возбуж-

момента. В этих реакциях наблюдается взаимо-

дения (E_воз) использовалось предположение, что

связь механизмов реакций и выделенной струк-

E_воз ≈ Q_gg + n(E_i(цм)/A),

туры сильнозаселенных возбужденных состояний

в ядрах-мишенях: в реакциях однонуклонных

где Q_gg — Q-реакции с передачей одного или

передач в ядрах-мишенях заселяются в основном

нескольких нейтронов, (E_i(цм)/A) — кинетиче-

одночастичные состояния, а с ростом энергии

ская энергия ядра-снаряда на нуклон в системе

снарядов заселяются и другие высоковозбужден-

центра масс, n — число переданных нейтронов.

ные состояния. Реакции передачи двух нуклонов

и дейтронов приводят к заселению состояний с

При передаче заряженной частицы

большими спинами, характерные для вытянутой

E_воз ≈ E_eff = Q_gg - Q_opt,

конфигурации. Наконец, в реакциях передачи

α-частиц заселяются коллективные состояния,

где Q_gg - Q-реакции с передачей заряженной ча-

включая, в частности, состояния 3- и другие

стицы, Q_opt связано с перестройкой структуры ядра

высокоспиновые состояния.

в связи с изменением кулоновской энергии:

[

]

Эти свойства можно распространить на взаимо-

Z_fz_f

действие в реакциях со слабосвязанными ядрами

Q_opt = E_i

-1 ,

Z_iz_i

с положительным значением Q-реакции при более

низких энергиях. Такое взаимодействие можно по-

где E_i — энергия ядра-снаряда в системе центра

нять, используя квазиклассическую модель реак-

масс, Z_i, z_i (Z_f , z_f ) — атомные номера ядер в

ции [24], в которой предполагается, что происходит

начальном (конечном) каналах реакций [17, 18].

передача нуклонов вблизи поверхности ядра, ко-

При передаче нуклонов в основном заселяются

гда снаряд и мишень взаимодействуют между со-

состояния в области Q-реакции (Q-окно) [17, 18].

бой. Модель, развитая для реакций на стабильных

В реакциях однонуклонной передачи заселяются

сильносвязанных ядрах, подразумевает довольно

основное и известные одночастичные состояния.

простую зависимость сечения от энергии пучка,

Сечения реакций передачи нуклона или кластера в

Q-реакции и углового момента, переданного нук-

реакциях с ядрами-снарядами, имеющими струк-

лонами. Это предположение находится в согласии

туру гало, и слабосвязанными ядрами достигают

с экспериментами, которые указывают на выбор

обычно максимального значения при энергии вбли-

высокоспиновых состояний в реакциях с более

зи кулоновского барьера реакций. При взаимо-

большой энергией бомбардирующих частиц, их за-

действии легких ядер таких, как³Не, с ядрами

селение зависит также от Q-реакции. Очень важна

области Z ∼ 20 с передачей нуклона и дейтрона

зависимость заселения высокоспиновых состояний

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№4

2019

318

СКОБЕЛЕВ

от структуры взаимодействующих ядер. Для ре-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

акций многонуклонных передач естественно пола-

N. Keeley, R. Raabe, N. Alamanos, and J. L. Sida,

гать, что они протекают путем передачи группы

Prog. Part. Nucl. Phys. 59, 579 (2007) и ссылки в

коррелированных нуклонов (кластеров).

ней.

C. Beck, arXiv: 1604.02281; C. Beck, Clusters in

Если считать, что волновые функции для высо-

Nuclei, Vol. 3 (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,

коспиновых состояний ядер в кластерной модели

2014).

можно рассматривать как j-j-связанные оболо-

S. M. Lukyanov, M. N. Harakeh, M. A. Naumenko,

чечные конфигурации, то деформированные состо-

Yi Xu, W. H. Trzaska, V. Burjan, V. Kroha, J. Mrazek,

яния будут являться доминирующими. В результате

V. Glagolev,

S. Piskoˇrzh, E. I. Voskoboynik,

реакции многонуклонных передач предпочтительно

S. V. Khlebnikov, Yu. E. Penionzhkevich,

протекают за счет передачи кластеров, поскольку

N. K. Skobelev, Yu. G. Sobolev, G. P. Tyurin, et

такой механизм может объяснить наблюдаемые се-

al., WJNST 5, 265 (2015).

чения реакций и использоваться для описания за-

A. Mocoroa, H. Vignau, H. C. Caracoche, and

селенности четко выделенных наблюдаемых состо-

S. J. Nassiff, JIC 27, 1719 (1965); A. Hermanne,

яний [24]. В этом случае сильнее будут заселяться

R. Adam Rebeles, F. Tarkanyi, S. Takacs,

те конечные состояния, которые формируются при

M. P. Takacs, J. Csikai, and A. Ignatyuk, Nucl.

большем перекрытии волновой функции основного

Instrum. Methods B 270, 106 (2012).

состояния ядра с волновой функцией кластера.

K. L. Chen and J. M. Miller, Phys. Rev. 134, B1269

(1964); T. Matsuo, J. M. Matuszek, Jr., N. D. Dudey,

and T. T. Sugihara, Phys. Rev. 139, B886 (1965).

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Е. А. Богила, В. И. Гаврилюк, В. А. Желтоножский,

Изв. АН СССР. Cер. физ. 55, 921 (1991)

[Bull.

Различное заселение возбужденных состояний

Acad. Sci. USSR. Phys. 55, 48 (1991)].

в реакциях слияния и реакциях передачи есте-

Н. К. Скобелев, А. А. Кулько, Ю. Э. Пенионж-

ственно отражается на заселении и изомерных

кевич, Е. И. Воскобойник, В. Крога, В. Бурьян,

состояний атомных ядер. Сравнение эксперимен-

З. Гонс, Я. Мразек, Ш. Пискорж, Е. Шимечкова,

тальных значений ИО (σ_m/σ_g), полученных в раз-

Письма в ЭЧАЯ 10, 671 (2013) [Phys. Part. Nucl.

ных реакциях, показывает, что имеется большое

Lett. 10, 410 (2013)].

различие в значениях и поведении ИО для реакций

Н. К. Скобелев, А. А. Кулько, Ю. Э. Пенионж-

кевич, Е. И. Воскобойник, В. Крога, В. Бурьян,

слияния и прямых реакций.

З. Гонс, Я. Мразек, Ш. Пискорж, Е. Шимечкова,

Реакции слияния обычно характеризуются бо-

Изв. РАН. Cер. физ. 77, 877 (2013)

[Bull. Russ.

лее высокими ИО, изменяющимися с энергией и

Acad. Sci. Phys. 77, 795 (2013)].

типом частиц-снарядов. Поведение функций воз-

M. N. Rao, J. Rapaport, T. A. Belote, and

буждения и ИО для продуктов реакций слияния с

W. E. Dorenbusch, Nucl. Phys. A 151, 351 (1970).

испарением нейтронов можно объяснить в рамках

10.

Е. И. Воскобойник, Н. К. Скобелев, Ю. Э. Пени-

моделей ядерных реакций, протекающих через со-

онжкевич, В. Крога, В. Бурьян, З. Гонс, Я. Мра-

ставное ядро.

зек, Ш. Пискорж, Е. Шимечкова, А. Куглер, Изв.

РАН. Сер. физ. 78, 543 (2014)

[Bull. Russ. Acad.

Прямые реакции, протекающие с передачей

Sci. Phys. 78, 361 (2014)].

нейтронов ядру-мишени или налетающей частице

11.

Н. К. Скобелев, ЯФ 78, 696 (2015) [Phys. At. Nucl.

(механизмы срыва и подхвата), обычно имеют

78, 652 (2015)].

более низкие значения ИО. Это связано с осо-

12.

Н. К. Скобелев, Ю. Э. Пенионжкевич, Е. И. Вос-

бенностями заселения возбужденных состояний

кобойник, В. Крога, В. Бурьян, З. Гонс, Я. Мразек,

в различных каналах реакций. В подбарьерной

Ш. Пискорж, Е. Шимечкова, А. Куглер, Письма в

области и вблизи кулоновского барьера в реакциях

ЭЧАЯ 11, 198 (2014) [Phys. Part. Nucl. Lett. 11, 114

срыва ИО растет с увеличением энергии бомбар-

(2014)].

дирующих частиц. ИО для ядер, образовавшихся

13.

N. Chakravarty, P. K. Sarkar, and S. Ghosh, Phys.

в реакциях подхвата, практически не зависит от

Rev. C 45, 1171 (1992).

энергии бомбардирующих частиц в области выше

14.

A. A. Kulko, N. A. Demekhina, R. Kalpakchieva,

кулоновского барьера.

N. N. Kolesnikov, V. G. Lukashik, Yu. E. Penion-

zhkevich, D. N. Rassadov, and N. K. Skobelev,

В зарядово-обменных реакциях на пучках сла-

J. Phys. G 34, 2297 (2007).

босвязанных ядер ИО практически не меняется с

15.

Н. К. Скобелев, ЯФ 79, 347 (2016) [Phys. At. Nucl.

увеличением энергии. В таких реакциях при энер-

79, 534 (2016)].

гиях вблизи кулоновского барьера, по-видимому,

16.

Yu. Ts. Oganessian and G. G. Gulbekian, in

достигается область зарядово-обменных резонан-

Proceedings of the International Conference

сов и происходит заселение возбужденных состо-

“Nuclear Shells-50 Years”, Dubna, Russia, 1999,

яний ядра-мишени, включая и изомерные состоя-

Ed. by Yu. Ts. Oganessian and R. Kalpakchieva

ния.

(World Sci., Singapore, 2000), p. 61.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№4

2019

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ЛЕГКИХ СЛАБОСВЯЗАННЫХ ЯДЕР

319

17.

R. A. Broglia and A. Winther, Heavy Ion Reactions,

T. Ichikawa, S. Bhattacharyya, A. Chatterjee,

Lecture Notes, Vol. 1 (Addison-Wesley, Redwood

S. Kailas, K. Mahata, V. V. Parkar, R. G. Pillay, and

City, USA, 1991), p. 349.

P. C. Rout, Phys. Rev. Lett. 103, 232702 (2009).

18.

W. R. McMurray, T. W. Conlon, B. W. Hooton, and

22. L. R. Gasques, M. Dasgupta, D. J. Hinde, T. Peatey,

M. Ivanovich, Nucl. Phys. A 265, 517 (1976).

A. Diaz-Torres, and J. O. Newton, Phys. Rev. C 74,

19.

Н. К. Скобелев, Н. А. Демехина, Р. Калпакчиева,

064615 (2006).

А. А. Кулько, С. М. Лукьянов, Ю. А. Музычка,

Ю. Э. Пенионжкевич, Т. В. Чувильская, Письма в

23. P. R. Christensen, V. I. Manko, F. D. Becchetti, and

ЭЧАЯ 6, 342 (2009) [Phys. Part. Nucl. Lett. 6, 208

R. J. Nickles, Nucl. Phys. A 207, 33 (1973).

(2009)].

20.

Yu. E. Penionzhkevich, S. M. Lukyanov,

24. N. Anyas-Weiss, J. C. Cornell, P. S. Fisher,

R. A. Astabatyan, N. A. Demekhina, M. P. Ivanov,

P. N. Hudson, A. Menchaca-Rocha, D. J. Millener,

R. Kalpakchieva, A. A. Kulko, E. R. Markaryan,

A. D. Panagiotou, D. K. Scott, D. Strottman,

V. A. Maslov, Yu. A. Muzychka, R. V. Revenko,

D. M. Brink, B. Buck, P. J. Ellis, and T. Engeland,

N. K. Skobelev, V. I. Smirnov, and Yu. G. Sobolev,

Phys. Rept. 12, 201 (1974).

J. Phys. G 36, 025104 (2009).

25. R. W. Barnard and G. D. Jones, Nucl. Phys. A 111,

21.

A. Shrivastava, A. Navin, A. Lemasson,

K. Ramachandran, V. Nanal, M. Rejmund, K. Hagino,

17 (1968).

INFLUENCE OF STRUCTURE OF LIGHT WEAKLY BOUND NUCLEI

ON COURSE OF NUCLEAR REACTIONS

N. K. Skobelev

Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia

Experiments on studying fusion and transfer reactions with beams of weakly bound (³He) and cluster

(⁶Li,⁷Li) nuclei as well as nuclei with a halo structure (⁶He and⁸He) with nuclei of light and heavy

elements are generalized. The features of the behavior of the cross sections for the formation of evaporation

residues and products of transfer reactions at energy near the Coulomb barrier are revealed. The behavior

of the cross sections for the transfer of nucleons and clusters leads to different populations of single-

particle and collective states of target-like nuclei. The paper analyzes the influence of various channels

of nuclear reactions with light nuclei on the population of the isomeric states of the nuclei195mHg and

197mHg(13/2⁺),198mTl and196mTl(7⁺),196mAu and198mAu(12^-). An explanation is given to the changes

in the values of isomeric ratios (σ_m/σ_g) for the products of nuclear reactions formed in fusion-evaporation

reactions and in reactions of transfer of individual nucleons and clusters.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№4

2019