ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2022, том 85, № 2, с. 104-112

ЯДРА

БЫСТРЫЕ ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ В РЕАКЦИИ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ⁵⁶Fe С ЯДРАМИ Be, Ta И U

ПРИ ЭНЕРГИИ 400 МэВ

В. А. Маслов¹⁾, В. В. Самарин^1),3), Д. Азнабаев¹⁾, И. В. Бутусов¹⁾,

Т. Исатаев¹⁾, К. Мендибаев¹⁾, С. С. Стукалов¹⁾, А. В. Шахов^1),3)

Поступила в редакцию 22.09.2021 г.; после доработки 18.10.2021 г.; принята к публикации 18.10.2021 г.

С помощью установки магнитного анализатора высокого разрешения (МАВР) на пучках⁵⁶Fe с

энергией 400 МэВ на мишенях²³⁸U,¹⁸¹Ta и⁹Be измерены энергетические спектры альфа-частиц

под углом 0^◦. Были измерены также энергетические спектры заряженных частиц от Li до Ne.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что основным процессом в реакции

является эмиссия альфа-частиц. C относительно высоким выходом наблюдаются частицы с высокими

энергиями, вплоть до энергий вблизи так называемого кинематического предела для двухтельной

реакции. Чувствительность экспериментальной методики с использованием магнитного анализатора

позволила спуститься по сечению на 6-8 порядков ниже по отношению к максимуму спектра.

Показана зависимость сечения образования легких частиц от их энергии связи в мишени. Анализ

полученных экспериментальных данных проведен с использованием модели движущихся источников.

DOI: 10.31857/S0044002722020064

1. ВВЕДЕНИЕ

на первой стадии реакции до установления стати-

стического равновесия в оставшихся ядрах. После

Взаимодействие двух сложных ядер может со-

вылета неравновесных частиц остаются возбуж-

провождаться вылетом альфа-частиц с относи-

денные компаунд-ядра с некоторым распределе-

тельно большим сечением (до 1 барна) и других за-

нием по Z, A и энергии возбуждения. На второй,

ряженных частиц. В энергетических спектрах этих

собственно испарительной стадии происходит де-

частиц наблюдается несколько компонент. Одна из

возбуждение компаунд-ядер, образовавшихся на

них — это испарительные частицы, другая компо-

первой стадии.

нента — высокоэнергетические частицы с угловым

распределением, имеющим максимум при нулевом

Остаток ядра-снаряда вместе с ядром-мишенью

угле [1].

либо образует составное ядро, либо образует

двойную ядерную систему, которая после пере-

Измерения таких энергетических спектров под

распределения массы, энергии и углового мо-

разными углами показали, что наблюдается значи-

мента распадается на продукты, характерные

тельное увеличение выхода высокоэнергетических

для реакции глубоко неупругого столкновения

альфа-частиц по сравнению с тем, что ожидается

тяжелых ионов. Вопрос об источниках эмиссии

из расчетов по испарительной модели распада со-

легких частиц подробно обсуждался в работах

ставного ядра [2, 3], причем угловое распределе-

[7, 8], при этом все эксперименты по изучению

ние альфа-частиц имеет сильную направленность

вылета быстрых заряженных частиц проводились

вперед [4]. Кроме альфа-частиц в таких процессах

могут вылетать и более тяжелые заряженные ча-

в реакциях с тяжелыми ионами ²²Ne и ⁴⁰Ar.

стицы (изотопы лития, бериллия) [5, 6] с энергиями,

Важную информацию о механизме образования

отличными от испарительных. В работе [7] было

быстрых заряженных частиц могут дать измерения

показано, что вылет быстрых частиц происходит

их энергетических спектров и сечения их обра-

зования в зависимости от мишени и бомбардиру-

¹⁾Объединенный институт ядерных исследований, Дубна,

ющей частицы. Настоящая работа предпринята с

Россия.

целью получения информации о механизме вылета

²⁾Национальный исследовательский ядерный университет

“МИФИ”, Москва, Россия.

быстрых альфа-частиц и легких ядер в реакциях

³⁾Государственный университет “Дубна”, Дубна, Россия.

ионов⁵⁶Fe с мишенями Be, Ta и U. Для измере-

^*E-mail: pyuer@mail.ru

ния энергетических спектров легких заряженных

104

БЫСТРЫЕ ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ

105

частиц использовался магнитный анализатор вы-

системой, состоящей из четырех полупроводнико-

сокого разрешения (установки МАВР) [9].

вых телескопов. Находящаяся в фокальной плос-

кости спектрометра детекторная система позволя-

ла регистрировать и идентифицировать продукты

2. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА

ядерных реакций по заряду Z и массовому числу

A, по потере энергии ΔE и полной энергии E.

Эксперимент проводился на пучках ионов⁵⁶Fe

Для регистрации высокоэнергичных легких заря-

с энергией 400 МэВ на циклотроне У-400 ЛЯР

женных частиц использовалось четыре полупро-

ОИЯИ. Для формирования профиля пучка ис-

водниковых кремниевых телескопа с толщинами

пользовалась магнитная оптика циклотрона У-400,

детекторов ΔE₁, ΔE₂, E, равными 100, 700 и

дополненная системой диафрагм, профиль пучка

3200 мкм. Толщины детекторов подбирались таким

контролировался с помощью двух профилометров.

образом, чтобы обеспечить идентификацию легких

Размер пучка ионов⁵⁶Fe на мишени составлял

заряженных частиц в энергетическом диапазоне

5 × 5 мм при интенсивности 100 нА. В экспе-

30-120 МэВ.

рименте использовались мишени²³⁸U толщиной

На рис. 1 представлены примеры идентифика-

1 мкм,¹⁸¹Ta толщиной 2 мкм и⁹Be толщиной

ционных матриц легких ядер. В эксперименте реги-

10 мкм. Угловое разрешение регистрирующих де-

стрировались ионы с зарядом, равным заряду ядра.

текторов с учетом расходимости пучка на мишени

Моделирование с помощью программы LISE++

составляло ±0.8^◦. С целью разделения продуктов

показало, что только такие ионы образуются для

реакции и ядер пучка под передними углами ис-

элементов от лития до азота. Для элементов от

пользовался магнитный анализатор высокого раз-

кислорода до неона, кроме них, образуются еще

решения (МАВР) с длиной фокальной плоскости

и (не полностью ободранные) ионы со значениями

1.5 м, что позволяло разделять по позиции быстрые

зарядов, меньшими атомного номера ядра. Вклад

заряженные частицы и ядра пучка. Энергетиче-

этих не полностью ободранных ионов составляет

ский диапазон продуктов реакции, которые могли

всего несколько процентов, и он учитывался при

быть зарегистрированы анализатором, составлял

подсчете выходов ядер.

E_max/E_min = 5.2 при энергетическом разрешении

Для защиты детекторов от рассеянных ионов

ΔE/E = 5 × 10-4. Анализатор обладал хорошей

пучка перед каждым телескопом была установлена

линейной зависимостью дисперсии и разрешения

алюминиевая фольга толщиной 80 мкм. Толщина

по всей длине (1500 мм) фокальной плоскости.

фольги выбиралась таким образом, чтобы ядра

Угол отклонения частиц в анализаторе составлял

⁵⁶Fe с энергией 400 МэВ полностью останавли-

110.7^◦. Такая система анализа и регистрации ча-

вались в алюминиевой фольге перед кремниевыми

стиц позволяла проводить измерения энергетиче-

детекторами. В эксперименте использовалось че-

ских спектров легких заряженных частиц в диапа-

тыре телескопа, что позволяло одновременно ре-

зоне энергий 30-110 МэВ. Использование уста-

гистрировать легкие заряженные частицы четырех

новки МАВР для регистрации легких заряженных

значений энергии. В каждый телескоп попадали

частиц позволяло проводить эксперименты под пе-

только частицы с определенной магнитной жест-

редними углами с пучками ионов⁵⁶Fe высокой

костью, определяемой положением телескопа на

интенсивности (до 5 × 10¹² с-1) и, таким образом,

фокальной плоскости анализатора. Интенсивность

измерять энергетические спектры частиц вплоть до

пучка ионов на мишени определялась с помощью

измерения тока с изолированной мишени, который

энергий, выход которых составлял 10-5-10-6 от

максимального значения.

нормировался на показания цилиндра Фарадея,

расположенного в реакционной камере.

Регистрация продуктов реакции в фокальной

плоскости анализатора осуществлялась с помо-

щью полупроводниковых стриповых детекторов.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Местоположение продуктов в фокальной плоско-

Для реакций на мишенях²³⁸U,¹⁸¹Ta,⁹Be с пуч-

сти и соответствующие им ионные заряды (Q_i)

сравнивались со значениями, рассчитанными с по-

ком ядер⁵⁶Fe при энергии в лабораторной системе

мощью программы LISE [10]. Образующиеся в ре-

E_lab = 400 МэВ были измерены энергетические

акции легкие заряженные частицы фокусировались

спектры альфа-частиц под углом вылета 0^◦ (см.

после вылета из мишени дублетом квадрупольных

рис. 2). Верхние границы спектров на мишенях

линз на входe в магнитный анализатор, что поз-

²³⁸U,¹⁸¹Ta,⁹Be составили 115, 107 и 121 МэВ

воляло увеличить захватываемый телесный угол

соответственно. В результате по сечениям удалось

анализатора до 10 мср. Cфокусированные продук-

измерить выход продуктов на 5 порядков меньше

ты реакций попадали в магнит спектрометра, где

от максимального выхода. Альфа-частицы с энер-

отделялись от первичного пучка и идентифици-

гиями ниже 40 МэВ не регистрировались из-за

ровались в его фокальной плоскости детекторной

больших толщин детекторов.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№2

2022

106

ПЕНИОНЖКЕВИЧ и др.

ΔE₂ (каналы)

ΔE₁ (каналы)

1200

4000

3500

1000

3000

²¹Ne

²⁰F

800

²⁰Ne

2500

¹⁹F

¹⁸O

600

2000

¹⁸F

¹⁷O

1500

¹⁶O

400

¹⁵N

¹⁵O

1000

¹⁴N

¹³C

¹³N

¹²C

200

¹¹B

¹¹C

500

¹⁰B

⁹Be

⁴He

⁷Be

200

400

600

800

1000

1200

1400

200

400

600

800 1000 1200 1400 1600 1800

ΔE₂ (каналы)

ΔE₁ (каналы)

Рис. 1. Экспериментальные матрицы легких ядер от бериллия до неона (a), альфа-частиц и тритонов (б) для реакции

⁵⁶Fe +²³⁸U при энергии 400 МэВ.

Для реакции на мишени²³⁸U под углом вы-

частиц, потом (с ростом атомного номера) выход

лета 0^◦ были измерены энергетические спектры

ядер увеличивался до углерода (на порядок боль-

заряженных частиц ядер от Li до Ne (см. рис. 3,

ше, чем лития), а потом опять снижался до Ne.

4). Как следует из полученных результатов, ядер

Ядра тяжелее Ne измерить не удалось из-за тол-

щин детекторов, поскольку более тяжелые частицы

Li было почти на 3 порядка меньше, чем альфа-

останавливались в первом детекторе полупровод-

никового телескопа ΔE₁.

Таким образом, из полученных эксперименталь-

dσ/dΩdE, отн. ед.

ных результатов следует:

— Сечения образования высокоэнергетических

10²

альфа-частиц достигают величины половины пол-

ного сечения реакции, что предполагает зависи-

мость механизма их образования от других каналов

10⁰

реакции.

— Положение максимума в энергетическом

распределении под передними углами смещается

10^-2

в сторону энергии, соответствующей скорости

×10^-2

налетающего иона. Максимальный выход альфа-

частиц соответствует скорости бомбардирующего

иона. С относительно большой вероятностью в

10^-4

реакции образуются α-частицы со скоростями, в

несколько раз превышающими скорость бомбар-

дирующих ионов. В реакциях с тяжелыми ионами

10^-6

с заметным сечением идет испускание и более

100

120

140

тяжелых ядер.

E_lab, МэВ

— Дифференциальные сечения образования

Рис. 2. Энергетические спектры альфа-частиц, из-

альфа-частиц зависят от Z ядра мишени (сечение

меренные под углом 0^◦ в реакции на мишенях²³⁸U

на 238U существенно больше по сравнению с

(кружки),¹⁸¹Ta (квадраты),⁹Be (треугольники) с пуч-

мишенью¹⁸¹Ta).

ком ядер⁵⁶Fe с энергией в лабораторной системе

Нами был проведен анализ экспериментальных

E_lab = 400 МэВ. Спектральфа-частиц, полученныйна

спектров альфа-частиц с точки зрения определе-

мишени⁹Be, умножен на 10-2.

ния источников их образования.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№2

2022

БЫСТРЫЕ ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ

107

dσ/dΩdE, отн. ед.

10¹

×10

10⁰

×5

10^-1

10^-2

10^-3

10^-4

×5

10¹

10⁰

10^-1

10^-2

10^-3

10^-4

120

160

200

240

120

160

200

240

E_lab, МэВ

Рис. 3. Энергетические спектры легких ядер, измеренные под углом 0^◦ для реакции на мишени²³⁸U с пучком ядер

⁵⁶Fe с энергией в лабораторной системе E_lab = 400 МэВ: a —⁶Li (кружки),⁷Li (треугольники); б —¹⁰B (кружки),¹¹B

(треугольники); в —⁹Be (кружки),¹⁰Be (треугольники); г —¹²C (кружки),¹³C (треугольники),¹⁴C (квадраты).

4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

называемая эмпирическая модель движущихся ис-

ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИ

точников [11]. Она предполагает существование

ДВИЖУЩИХСЯ ИСТОЧНИКОВ

нескольких источников испускания альфа-частиц.

В этой эмпирической модели предполагается,

Интерес представляет анализ эксперименталь-

что из i-го источника, движущегося в направлении

ных данных с точки зрения механизма образо-

пучка ядер-снарядов со скоростью v_i, альфа-

вания альфа-частиц в изученных нами реакциях.

частицы испаряются изотропно. Внутри источ-

В работе [11] было показано, что в формировании

ника для кинетических энергий альфа-частиц

энергетического спектра альфа-частиц участвуют

ε_α = mv2α/2 (v_α — скорость альфа-частицы) имеет

несколько процессов, в частности: 1 — испарение

место больцмановское распределение, соответ-

из составного ядра, 2 — неполное слияние, 3 —

ствующее некоторой температуре T_i. Полага-

развал бомбардирующего ядра в неупругих про-

ется, что кинетическая энергия вылетевшей из

цессах, 4— упругий развал (фрагментация). На

неподвижного источника альфа-частицы равна

рис. 5 схематически изображен спектр альфа-

E_C + mv2α/2, параметр E_C называют кулонов-

частиц для реакции²²Ne +¹⁸¹Ta, взятый из работы

ской энергией альфа-частицы. Дифференциальное

[11]. Возможный относительный вклад различных

сечение вылета альфа-частиц вычислялось по

процессов (1-4) условно показан соответствую-

формуле

щими кривыми.

∑

√

dσ

Нас интересовала высокоэнергетическая часть

= f(E) = N_i

E-E_C ×

(1)

dΩdE

спектра, которую предположительно можно объ-

(

√

)

яснить тремя каналами (2-4) реакций.

E-E_C +E_i -2

E_i(E - E_C)

Для количественного описания энергетическо-

× exp

T_i

го спектра альфа-частиц была использована так

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№2

2022

108

ПЕНИОНЖКЕВИЧ и др.

dσ/dΩdE, отн. ед.

10¹

×10

×5

10⁰

10^-1

10^-2

×0.5

×0.1

10^-3

×0.1

10^-4

10¹

×5

×10

10⁰

10^-1

10^-2

10^-3

×0.5

10^-4

120

160

200

240

120

160

200

240

E_lab, МэВ

Рис. 4. Энергетические спектры ядер, измеренные под углом 0^◦, полученные в реакции на мишени²³⁸U с пучком ядер

⁵⁶Fe с энергией в лабораторной системе E_lab = 400 МэВ: a —¹⁴N (кружки),¹⁵N (треугольники),¹⁶N (квадраты); б —

¹⁸F (кружки),¹⁹F (треугольники),²⁰F (квадраты),²¹F (звезды); в —¹⁶O (кружки),¹⁷O (треугольники),¹⁸O (квадраты);

г —²¹Ne (кружки), ²²Ne (треугольники).

где N_i — нормировочные коэффициенты, E —

равной высоте кулоновского барьера B_α для си-

энергия вылетевшей альфа-частицы в лаборатор-

стемы “тяжелый фрагмент” +⁴He E_C = B_α. На

ной системе, E_i = m_αv2i/2, T_i — температуры дви-

рис. 7 представлены результаты описания спек-

жущихся источников (в единицах МэВ). Значения

тра альфа-частиц для реакций⁵⁶Fe +²³⁸U,⁵⁶Fe +

параметров E_i, T_i, N_i, E_C могут быть опреде-

+¹⁸¹Ta. Двух источников оказалось достаточно,

лены из условия минимума среднеквадратичного

чтобы удовлетворительно описать весь измерен-

отклонения теоретических значений f_theor(E_α,k) от

ный в эксперименте спектр. Полученные значения

экспериментальных f_exp(E_α,k)

температур и скоростей двух движущихся источ-

∑

ников представлены в табл. 1. Для реакций⁵⁶Fe +

χ² =

{lg [f_theor(E_α,k)] - lg [f_exp(E_α,k)]}².

(2)

+²³⁸U,⁵⁶Fe +¹⁸¹Ta скорости источников выше

скорости компаунд-ядер, но ниже скорости ядер-

пучка⁵⁶Fe. Для реакции⁵⁶Fe +⁹Be скорость ис-

Спектр, полученный для реакции⁵⁶Fe +⁹Be,

точника меньше скорости компаунд-ядра и ско-

удалось описать одним источником (рис. 6), значе-

рости ядер-пучка⁵⁶Fe. Разное число источников

ния параметров приведены в табл. 1.

и различные отношения их скоростей к скорости

ядер-пучка⁵⁶Fe указывают на различие механиз-

Для реакций⁵⁶Fe +²³⁸U,⁵⁶Fe +¹⁸¹Ta в экс-

мов образования альфа-частиц в реакциях: с тя-

перименте не были определены положения мак-

симумов спектров, что затрудняло однозначное

желыми мишенями⁵⁶Fe +²³⁸U,⁵⁶Fe +¹⁸¹Ta и в

определение значения кулоновской энергии альфа-

реакции⁵⁶Fe +⁹Be с легкой мишенью. Для реак-

частицы E_C. Поэтому эта энергия принималась

ции⁵⁶Fe +⁹Be значение параметра E_C = 44 МэВ

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№2

2022

БЫСТРЫЕ ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ

109

d²σ/dΩdE, отн. ед.

пучок

θ ≈ 0⁰

100

120

Е, МэВ

Рис. 5. Схематическое изображение энергетического спектра альфа-частиц и предполагаемого вклада четырех механиз-

мов их образования при энергии пучка 20 МэВ/нуклон: 1 — испарение из составного ядра, 2 — неполное слияние, 3 —

развал бомбардирующего ядра в неупругих процессах, 4 — упругий развал (фрагментация). Штриховая кривая — сумма

всех испарительных частиц (из составного ядра и из конечных ядер, образующихся в процессах 2 и 3) [11]. Стрелка

обозначает энергию альфа-частиц, соответствующую скорости пучка.

d²σ/dΩdE, отн. ед.

10¹

10^-1

10^-3

10^-5

100

120

140

160

E_α,lab, МэВ

Рис. 6. Энергетический спектр альфа-частиц, измеренный под углом 0^◦ в реакциях на мишени⁹Be с пучками ядер

⁵⁶Fe с энергиями в лабораторной системе 400 МэВ. Сплошная кривая — результат аппроксимации спектром одного

“движущегося источника”.

оказалось значительно выше высоты кулоновского

5. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

барьера B_α = 8.8 МэВ для системы⁶¹Ni +⁴He.

РЕАКЦИЙ С ЭМИССИЕЙ БЫСТРЫХ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Поэтому источник альфа-частиц не может быть

сопоставлен с компаунд-ядром. Более оправданно

Было показано, что в реакциях с тяжелыми

связать его с развалом ядра-мишени⁹Be с высво-

ионами при энергиях 10-20 МэВ/нуклон с относи-

бождением двух альфа-частиц.

тельно большим сечением испускаются α-частицы,

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№2

2022

110

ПЕНИОНЖКЕВИЧ и др.

d²σ/dΩdE, отн. ед.

10³

10¹

²⁹⁰Lv⁺⁴⁵

10^-1

10^-3

⁵⁶Fe⁺²⁶

10^-5

100

120

140

160

E_α,lab, МэВ

Вакуум

⁴He

d²σ/dΩdE, отн. ед.

10³

10¹

10^-1

⁵⁶Fe⁺²⁶

10^-3

⁴He

10^-5

100

120

140

160

E_α,lab, МэВ

Рис. 7. Аппроксимация

(сплошные кривые) экспе-

²⁹⁰Lv⁺⁸

риментальных энергетических спектров альфа-частиц

Газонаполненная

(кружки) при использовании модели двух “движу-

мода

щихся источников” для реакций

⁵⁶Fe +²³⁸U (a),

⁵⁶Fe +¹⁸¹Ta (б). Штриховые кривые — вклады перво-

Рис. 8. Схема проведения эксперимента по одновре-

го “источника”, штрихпунктирные— вклады второго

менной регистрации быстрой альфа-частицы и состав-

“источника”, параметры приведены в табл. 1.

ного ядра²⁹⁰Lv на установке МАВР в двух вариантах:

при регистрации продуктов в вакууме (a) и при газо-

вом наполнении (б). Указаны траектории для альфа-

частиц, ионов пучка и тяжелых ядер.

а также ядра лития и бериллия с энергией близкой

к максимально возможной в двухтельном процессе

(вблизи так называемого кинематического барье-

²³⁸U =²⁹⁰Lv +⁴He для разных участков энер-

ра реакции). Если после испускания этих частиц

гетического спектра (см. табл. 2). С ростом энер-

происходит слияние остаточных ядер, то оставше-

гии альфа-частицы энергия возбуждения состав-

еся тяжелое ядро слабо возбуждено и обладает

ного ядра снижается вплоть до малых значений,

практически только вращательной энергией [11].

а кинетическая энергия составного ядра остается

Этот кумулятивный процесс может быть исполь-

достаточной для их регистрации.

зован для синтеза “холодных” экзотических ядер,

Вылет быстрых заряженных частиц с наиболь-

в том числе ядер тяжелых элементов. Рассчита-

шей вероятностью происходит под углом 0^◦ по на-

на энергия возбуждения и кинетическая энергия

правлению бомбардирующего пучка. Поэтому при

ядра остатка²⁹⁰Lv полученного в реакции⁵⁶Fe +

проведении экспериментов по регистрации ядер

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№2

2022

БЫСТРЫЕ ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ

111

Таблица 1. Характеристики источников, с помощью которых описываются экспериментальные энергетические

спектры альфа-частиц: E_C — кулоновская энергия альфа-частицы, E₁ = m_αv²¹/2, E₂ = m_αv²²/2, T₁, T₂ — темпе-

ратуры движущихся источников, N₁, N₂ — нормировочные коэффициенты, v_beam — скорость ядер-снарядов⁵⁶Fe с

энергией 400 МэВ в лабораторной системе, v_comp — скорость компаунд-ядра в лабораторной системе

E₁ =

E₂ =

v₁

v₂

Реакция

= m_αv²¹/2,

= m_αv²²/2,

T₁, МэВ T₂, МэВ E_C, МэВ N₁

N₂

v_beam v_comp v_beam

МэВ

⁵⁶Fe +⁹Be

3.90

4.50

44.0

1.78

0.37

0.43

⁵⁶Fe +²³⁸U

21.72

11.82

2.0

0.57

27.1

22.0

95.47

0.87

4.58

0.64

⁵⁶Fe +¹⁸¹Ta

9.37

10.04

3.32

1.11

23.7

5.0

27.52

0.57

3.0

0.59

отдачи и быстрых легких частиц, сопровождающих

6. ВЫВОДЫ

эти реакции необходимо разделять продукты реак-

С помощью установки МАВР на пучках ⁵⁶Fe с

ции, а также ядра первичного пучка, что в принципе

энергией 400 МэВ на мишенях²³⁸U,¹⁸¹Ta и⁹Be

позволяет делать магнитный анализатор МАВР.

измерены энергетические спектры альфа-частиц

Предлагаемая схема эксперимента по получе-

под углом 0^◦. Были измерены также энергетические

нию ядер¹⁹⁰Lv представлена на рис. 8 в двух

спектры заряженных частиц от Li до Ne. Получен-

вариантах: при регистрации продуктов в вакууме

ные экспериментальные данные свидетельствуют о

(a) и при газонаполненной моде (б). В фокальной

том, что основным процессом в реакции являет-

плоскости предполагается измерять совпадения

ся эмиссия альфа-частиц. Чувствительность экс-

ядра отдачи и альфа-частицы. На рис. 8 показаны

периментальной методики с использованием маг-

траектории для альфа-частиц, ионов пучка и тяже-

нитного анализатора позволила измерить выходы

лых ядер. Использование магнитного спектрометра

продуктов по сечению, на 5 порядков меньшие

МАВР и пучков циклотрона У-400R в будущем

по отношению к максимуму спектра. Показана

может явиться эффективным методом для проведе-

зависимость сечения образования легких частиц

ния подобных исследований. Такие эксперименты

от Z мишени. Проведен анализ полученных экс-

можно использовать для изучения другого кана-

периментальных данных с использованием модели

ла реакции с вылетом быстрых частиц — деления

движущихся источников. Анализ показал наличие

тяжелого ядра-остатка, дополнив действующую

различных источников образования альфа-частиц

установку двумя высоко эффективными детектора-

в реакциях с тяжелыми мишенями (²³⁸U,¹⁸¹Ta)

ми осколков деления.

Be), что указы-

по сравнению с легкой мишенью (⁹

вает на различие механизмов образования альфа-

Таблица 2. Зависимость кинетических энергий²⁹⁰Lv

частиц в реакциях с этими мишенями.

и⁴He от энергии возбуждения²⁹⁰Lv, получаемого в ре-

Настоящая работа выполнена при поддержке

акции⁵⁶Fe +²³⁸U =²⁹⁰Lv +⁴He при энергии налетаю-

грантов Полномочных представителей в ОИЯИ

щего иона⁵⁶Fe, равной 400 МэВ

Чехии и Польши.

Мы благодарны также К. Борче, А.Г. Попеко,

Энергия возбуж- Кинетическая Кинетическая

Г.Г. Кульбакину, И.В. Колесову за полезные об-

дения²⁹⁰Lv

энергия²⁹⁰Lv

энергия⁴He

суждения результатов работы и помощь в проведе-

нии некоторых расчетов.

62.5

57.2

61.1

68.6

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

59.9

79.8

1. C. Borcea, E. Gierlik, A. M. Kalinin, R. Kalpakchieva,

58.8

90.9

Yu. Ts. Oganessian, T. Pawlat, Yu. E. Penionzhkevich,

and A. V. Rykhlyuk, Nucl. Phys. A 391, 520 (1982).

57.8

101.9

2. Ю. Э. Пенионжкевич, Э. Герлик, В. В. Каманин,

56.8

112.9

К. Борча, ЭЧАЯ 17, 165 (1986).

3. Б. И. Пустыльник, ЭЧАЯ 31, 273 (2000).

55.9

123.8

4. M. Rajagopalan, D. Logan, J. W. Ball, M. Kaplan,

55.1

134.6

H. Delagrange, M. F. Rivet, J. M. Alexander,

L. C. Vaz, and M. S. Zisman, Phys. Rev. C 25, 2417

54.3

145.4

(1982).

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№2

2022

112

ПЕНИОНЖКЕВИЧ и др.

Chr. V. Christov, I. J. Petkov, and I. I. Delchev, Report

9. V. A. Maslov, V. I. Kazacha, I. V. KoIesov,

IC/82/211,Trieste (1982).

S. M. Lukyanov, V. N. Melnikov, N. F. Osipov,

R. Ost, N. E. Sanderson, S. Mordechai,

Yu. E. Penionzhkevich, N. K. Skobelev, Yu. G. So-

J. B. A. England, B. R. Fulton, J. M. Nelson,

bolev, and E. I. Voskoboinik, J. Phys.: Conf. Ser. 724,

and G. C. Morrison, Nucl. Phys. A 265, 142 (1976).

012033 (2016).

Э. Бетак, В. Д. Тонеев, ЭЧАЯ 12, 1432 (1981).

Ю. Э. Пенионжкевич, Международная школа-

10. https://lise.nscl.msu.edu

семинар по физике тяжелых ионов, Алушта,

11. В. И. Загребаев, Ю. Э. Пенионжкевич, ЭЧАЯ 24,

14-21 апреля 1983, Препринт Д7-83-644, ОИЯИ

(Дубна, 1983), c. 279.

295 (1993).

ENERGETIC CHARGED PARTICLES EMITTED IN THE REACTION

OF⁵⁶Fe IONS WITH Be, Ta, AND U NUCLEI AT ENERGY 400 MeV

Yu. E. Penionzhkevich^1),2), S. M. Lukyanov¹⁾, V. A. Maslov¹⁾, V. V. Samarin^1),3),

D. Aznabayev¹⁾, I. V. Butusov¹⁾, T. Issatayev¹⁾, K. Mendibayev¹⁾,

S. S. Stukalov¹⁾, A. V. Shakhov¹⁾

¹⁾Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia

²⁾National Research Nuclear University “MEPhI”, Moscow, Russia

³⁾Dubna State University, Dubna, Russia

Using a high-resolution magnetic analyzer (MAVR setup), the energy spectra of alpha particles were

measured at angle of 0^◦ in the reaction of⁵⁶Fe ions at energy 400 MeV with the²³⁸U,¹⁸¹Ta, and

⁹Be targets. The energy spectra of charged particles from Li to Ne were also measured. The obtained

experimental data indicate the main process in the reaction as the emission of alpha particles observed,

up to energies near the so-called kinematic limit for two-body reaction with a relatively high yield. Using

magnetic analyzer, we are able to observe events at the value of the cross section by 6-8 orders lower

with respect to the maximum of the spectrum. The dependence of alpha-particles’ production against their

binding energy in the target is described. The analysis of the obtained experimental data was carried out

using a model of moving sources.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№2

2022