ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2022, том 85, № 5, с. 339-346

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

ПОИСК ПРОЦЕССОВ ПЕРЕЗАРЯДКИ НУКЛОНОВ

В ФРАГМЕНТАЦИИ ИОНОВ УГЛЕРОДА ПРИ ЭНЕРГИИ

300 МэВ/НУКЛОН

С. А. Булычёв¹⁾, И. А. Духовской¹⁾, А. П. Крутенкова¹⁾, В. В. Куликов¹⁾,

М. А. Мартемьянов¹⁾, М. А. Мацюк¹⁾, Е. Н. Турдакина¹⁾

Поступила в редакцию 23.04.2022 г.; после доработки 26.05.2022 г.; принята к публикации 28.05.2022 г.

В статье представлены результаты поиска процессов перезарядки нуклонов при фрагментации

ионов углерода. Экспериментальные данные были получены на установке ФРАГМ и многоцелевом

ускорительном комплексе ИТЭФ-ТВН при энергии пучка 300 МэВ/нуклон на тонкой бериллиевой

мишени. Экспериментальная установка, расположенная под углом 3.5^◦ по отношению к пучку ионов,

обладала годоскопической системой, что позволило обеспечить точность измерения импульса в 0.4%.

Были измерены дифференциальные сечения выхода изотопов¹¹Ве и¹²В, образующихся в результате

однократной перезарядки нуклонов, в зависимости от их импульса. Экспериментальные данные

были сопоставлены с теоретическими предсказаниями двух моделей ион-ионного взаимодействия:

бинарного (BC) и внутриядерного (INCL) каскадов. Измерение процессов перезарядки нуклонов в

данной области энергий выполнено впервые.

DOI: 10.31857/S0044002722050075

1. ВВЕДЕНИЕ

фрагментов на фоне других, образующихся без

перезарядки нуклонов с большим сечением, тре-

Одним из основных направлений в современной

буется высокое импульсное разрешение, что бы-

ядерной физике является изучение фундаменталь-

ло возможно осуществить в рамках эксперимента

ных основ механизмов ядро-ядерных взаимодей-

ФРАГМ. При фрагментации ионов углерода¹²С,

ствий, причем существенное внимание уделяет-

в результате однократной перезарядки нуклонов,

ся вопросам феноменологически точного описания

могут образовываться три долгоживущих изотопа:

этих процессов, необходимого в прикладных об-

¹¹Ве (7 нейтронов),¹²В (7 нейтронов) и¹²N (7 про-

ластях, таких как тяжелоионная терапия, расчеты

тонов). Имеется всего несколько экспериментов,

радиационной защиты и формирования пучков ра-

выполненных в диапазоне энергий 1-2 ГэВ/нуклон

диоактивных ионов [1]. Одним из слабоизученных

и только для изобарических переходов. Подоб-

явлений на этом направлении предстает процесс

ные измерения в области энергий в несколько

фрагментации ядер, идущий с перезарядкой нукло-

сот МэВ/нуклон были выполнены впервые. Осо-

нов, который приводит к увеличению числа прото-

бенностью нашего эксперимента является то, что

нов либо нейтронов, в фрагменте по сравнению с

измеряются импульсные спектры всех долгоживу-

налетающим ядром. Процессы перезарядки нукло-

щих фрагментов, как образующихся с перезаряд-

нов несут информацию о роли мезонных степеней

кой нуклонов, так и без. Сравнение этих спектров

свободы в ядерных силах, модификации барионных

позволяет выявить особенности термализации нук-

резонансов в ядерной материи, нейтронном радиусе

лонов в процессах фрагментации с перезарядкой

ядер, механизмах термализации в ядро-ядерных

нуклонов. Это особенно важно для образования

столкновениях. С экспериментальной точки зре-

¹¹Ве, которое происходит при неизобарической

ния, регистрация перезарядки нуклонов возможна

перезарядке нуклонов, которая чувствительна к

только в обратной кинематике, где такие фрагмен-

модификации мезонных взаимодействий в ядерной

ты вылетают почти под нулевым углом и имеют

материи. Также представляет интерес сравнение

импульс на нуклон, близкий к импульсу на нуклон

выходов при фрагментации ионов углерода в изо-

налетающего ядра. При этом для выделения таких

топы¹²В и¹²N, являющихся зеркальными относи-

¹⁾НИЦ “Курчатовский институт”, Москва, Россия.

тельно замены протона на нейтрон в ядре углерода.

^*E-mail: annkull316@mail.ru

Выходы этих фрагментов близки, что справедливо

339

340

КУЛИКОВСКАЯ и др.

при углах рождения фрагментов, близких к нуле-

ориентированный под углом в 3.5^◦ по отношению

вому. Установка ФРАГМ регистрирует ионы под

к пучку ускорителя [10]. Первая ступень установки

углом, отличным от нулевого, при этом вклад в

состояла из дублета квадрупольных линз Q1 и Q2,

выходы фрагментов могут давать также возбуж-

отклоняющего магнита BM1, системы коллимато-

денные состояния, распады которых сильно раз-

ров и полевой ахроматизирующей квадрупольной

личаются в ядрах¹²В и¹²N. Это может привести

линзы Q3, расположенной в первом фокусе ка-

к сильному подавлению выхода¹²N. Все выше-

нала на расстоянии 26 м от внутренней мишени

упомянутые эффекты будут являться критически-

ускорителя. Вторая ступень предназначалась для

ми тестами теоретических моделей, что позволит

фокусировки пучка в область расположения сцин-

выявить достоинства и недостатки этих моделей и

тилляционных счетчиков (С2 и С3) и включала

указать пути их совершенствования [2, 3].

в себя дублет квадрупольных линз (Q4 и Q5) и

Несмотря на то что первые работы по процес-

поворотный магнит BM2. В первом фокусе был

сам фрагментации, идущие с перезарядкой нук-

установлен годоскоп H1 и два сцинтилляцион-

лонов, появились в 80-е годы прошлого века [4],

ных счетчика CF1 и CF2. Годоскоп состоял из

экспериментальных данных к настоящему моменту

двадцати вертикальных и восьми горизонтальных

крайне мало. Это связано с трудностями иденти-

элементов размером 20 × 1 × 1 см и предназна-

фикации этих процессов в области тяжелых ядер

чался как для измерения профиля пучка, так и

и малостью сечения в области легких ядер. Тем

для уточнения импульса фрагмента с учетом фо-

не менее экспериментальные данные по ним важ-

кусирующих свойств магнито-оптического канала.

ны для оценки роли мезонных обменов, нуклон-

Сцинтилляционные счетчики в каждом фокусе ис-

нуклонных корреляций и модификации барион-

пользовались для амплитудных и времяпролетных

ных резонансов в ядерной среде, изучению спин-

измерений. Каждый счетчик просматривался двумя

изоспиновых ядерных возбуждений, в том числе

ФЭУ с противоположных сторон для компенсации

Гамов-Теллеровских. Кроме того, механизм заря-

их геометрических размеров при времяпролетных

дового обмена между нуклонами является перспек-

измерениях. Внутренняя мишень ускорителя была

тивным методом для синтезирования ядер, далеких

изготовлена из 50-мкм бериллиевой фольги, что

от стабильности, и гиперядер [5]. Создание круп-

позволяло одновременно иметь как высокую све-

ных тяжелоионных научных центров, как GSI в

тимость за счет многократного прохождения ионов

через мишень, так и малые размеры источника

Германии и Riken в Японии, позволило несколь-

ко расширить базу данных по зарядообменным

для полного использования высокого импульсно-

процессам. Однако это коснулось только обла-

го разрешения канала. В качестве монитора ис-

сти средних и тяжелых ядер при энергиях около

пользовался телескоп из трех сцинтилляционных

счетчиков, направленный на мишень, под углом

1 ГэВ/нуклон [6]. В работах GSI на установке

в 2^◦ по отношению к пучку ускорителя. Тригге-

FRS было показано, что при фрагментации¹¹²Sn

ром служило совпадение сигналов со счетчиков

и²⁰⁸Pb под нулевым углом в результате изобариче-

первого и второго фокуса. По сигналу триггера

ского зарядового обмена наблюдается образование

необходимая информация считывалась с помощью

изотопов¹¹²Ir и²⁰⁸Bi соответственно. Сечение вы-

системы САМАС. Измерение импульсных спек-

хода этих изотопов оказалось довольно большим

тров фрагментов проводилось путем сканирования

и сравнимым с сечениями реакций фрагментации,

по жесткости магнито-оптического канала с шагом

идущими без зарядового обмена. В отличие от экс-

в 50 МэВ/с.

перимента, имеется большое число работ по теоре-

тическим аспектам как однократной, так и двойной

перезарядки нуклонов в процессах фрагментации

3. ЗАРЯДОВО-ОБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

ядер [7].

В МОДЕЛЯХ ЯДРО-ЯДЕРНЫХ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Одной из целей эксперимента ФРАГМ является

ФРАГМ

тестирование различных моделей ион-ионных вза-

Эксперимент ФРАГМ, проведенный на базе

имодействий, в том числе с точки зрения описания

многоцелевого ускорительного комплекса ИТЭФ-

зарядово-обменных реакций. Были исследованы

ТВН (Тера-Ваттный Накопитель) в Институте тео-

следующие модели: бинарного каскада (BC) [11],

ретической и экспериментальной физики (НИЦ

внутриядерного каскада (INCL) [12], квантовая

“Курчатовский институт”), был направлен на ис-

молекулярно-динамическая (QMD) [13] и кварк-

следование механизмов ядро-ядерных взаимодей-

глюонная струнная (LAQGSM03.03) [14]. Послед-

ствий [8, 9]. Экспериментальная установка по-

няя модель является основной частью транспорт-

казана на рис. 1 и представляет собой двухсту-

ного кода MCNP6, поддерживаемого и обновля-

пенчатый магнито-оптический канал длиной 42 м,

емого LANL, США. В настоящей работе были

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№5

2022

ПОИСК ПРОЦЕССОВ ПЕРЕЗАРЯДКИ НУКЛОНОВ

341

Отклоняющие магниты: BM1, BM2

Квадрупольные линзы: Q1-Q5

CF2

BM2

Счетчики: СF1, H1, СF2, C2, C3

CF1

Коллиматоры

BM1

3.5°

Мишень

Главное кольцо ИТЭФ-ТВН

Монитор

Рис. 1. Схема экспериментальной установки ФРАГМ.

проанализированы импульсные спектры долгожи-

настройках магнито-оптического канала по жест-

вущих изотопов бериллия (⁷Be,⁹Be,¹⁰Be), бора

кости. Временные измерения определены таким

(⁸B,¹⁰B,¹¹B), в том числе фрагменты, возникшие

образом, что ионы с большей массой имеют мень-

шую величину в каналах TDC. Представленная

в процессе перезарядки нуклонов (¹¹Be, ¹²B, ¹²N).

методика позволяет хорошо выделять фрагменты,

Все модели дают сопоставимые выходы вышеупо-

мянутых долгоживущих изотопов, однако только

импульсные распределения которых имеют зна-

чительные ширины, превышающие шаг измерения

две (BC и INCL) претендуют на описание выхо-

да ионов, образовавшихся в зарядово-обменных

в несколько раз. На первом этапе ионы выде-

реакциях. На рис. 2 приведена зависимость им-

ляются по амплитуде сигнала с QDC (функция

заряда фрагмента). Проекция отобранных данных

пульса (p) от угла вылета фрагмента (θ) для¹²B.

на ось времени пролета позволяет выделить ис-

Видно, что данные корреляционные распределения

существенным образом отличаются друг от друга.

комый фрагмент, а число зарегистрированных со-

бытий определяется суммой событий в распре-

Модель BC предсказывает наибольший выход¹²B

делении. Относительные выходы фрагментов вы-

при углах в области углового захвата установки

числялись нормировкой числа отобранных ионов

ФРАГМ, в то время как выход для INCL в данной

области существенным образом подавлен. Кроме

на показания монитора с учетом эффективности

их регистрации. Для определения эффективно-

того, формы спектров в рамках модели BC для¹²B

сти регистрации ионов была использована про-

и¹²N близки.

грамма моделирования магнито-оптического кана-

ла установки ФРАГМ на базе программного па-

4. МЕТОДИКА ОТБОРА

кета Geant4 (версия 4.10.07) [15]. Код программы

ЗАРЯДОВО-ОБМЕННЫХ РЕАКЦИЙ

включал точное описание геометрических пара-

В данной главе дается описание методики иден-

метров элементов магнито-оптического канала и

тификации изотопов бериллия и бора. Измерения

сцинтилляционных счетчиков, измеренные карты

были проведены при сканировании по жесткости

магнитных полей отклоняющих магнитов и квад-

магнито-оптического канала от 0.9 до 2.8 ГэВ/c c

рупольных линз. Для учета взаимодействия ионов

шагом в 50 МэВ/c. Отбор фрагментов производит-

с веществом был использован набор физических

ся по корреляционным распределениям времени

процессов QGS_BIC, где в качестве описания

пролета (TDC) и амплитуды сигнала с зарядово-

процессов неупругого взаимодействия использу-

цифрового преобразователя (QDC) при различных

ется модель бинарного каскада (BC). Магнитные

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№5

2022

342

КУЛИКОВСКАЯ и др.

p, ГэВ/с

10.0

600

250

9.5

500

9.5

200

400

150

9.0

300

100

200

9.5

100

8.0

θ, град

Рис. 2. Зависимость импульса¹²B (p) от угла вылета фрагмента (θ) для двух моделей ион-ионного взаимодействия: BC

(a) и INCL (б). Вертикальные линии показывают угловой захват установки ФРАГМ.

поля и градиенты квадрупольных линз задавались

в соответствии с настройкой канала на определен-

В случае зарядово-обменных реакций, идущих

ную жесткость.

с существенно меньшими сечениями, необходимо

Для получения абсолютных величин диффе-

анализировать профиль пучка фрагментов в фо-

ренциальных сечений d²σ/dpdΩ в моделях была

кальной плоскости первого фокуса для каждой на-

проведена нормировка на полное сечение взаи-

стройки магнито-оптического канала. Для поиска

модействия ионов углерода с берилиевой мише-

¹¹Be сканировалась область по жесткости от 2.0 до

нью. Величина сечения была вычислена в модели

2.25 ГэВ/c, в случае¹²B — от 1.75 до 1.95 ГэВ/c.

LAQGSM, σ_tot = 772.8 мбн при кинетической энер-

Алгоритм выделения¹²B представлен на рис. 4:

гии 300 МэВ/нуклон, что также хорошо согласу-

показано корреляционное распределение времени

ется с энергонезависимым приближением полного

пролета от амплитуды сигнала при жесткости в

сечения в пределах 0.5% [16]. Для получения аб-

1.85 ГэВ/c (а), распределение по номеру сработав-

солютных дифференциальных сечений относитель-

шей ячейки годоскопического счетчика (б) и проек-

ные данные наших измерений нормировались на

ция на ось времени (в) после выделения сигнала по

предсказания модели ВС в максимуме фрагмента-

корреляционной зависимости. Распределение (б)

ционного пика выхода изотопа⁴He, которые с точ-

получено при отборе по каналам TDC от 425 до

ностью 20% совпадают с предсказаниями и других

445. Сигнал от¹²B четко прослеживается на рас-

вышеупомянутых моделей. Дифференциальные се-

пределении по номеру ячейки годоскопа; фоновые

чения выхода для шести изотопов бора и бериллия

события дает¹¹B. Видно, что каждая настройка по

приведены на рис. 3, данные приводятся в срав-

жесткости дает примерно десять добавочных точек,

нении с аналогичными спектрами, полученными в

каждая из которых уточняет импульс фрагмента

рамках моделей BC и INCL. Измеренные сечения

до 0.4%. В дальнейшем для получения дифферен-

перекрывают до пяти порядков величины, при-

циального сечения как функции импульса фраг-

чем импульсное распределение каждого фрагмента

мента, ближайшие по импульсу точки из разных

имеет форму, близкую к гауссовой, где максимум

настроек канала суммируются. Для суммирования

в импульсе на нуклон близок к величине импульса

точек¹¹Be был выбран шаг по жесткости равный

на нуклон налетающего ядра углерода. Данные,

20 МэВ, для¹²B — 10 МэВ.

полученные в рамках модели BC, хорошо согла-

суются с экспериментом по среднему значению и

ширине распределения. Различие по величине се-

5. СРАВНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

чения ожидаемо, поскольку предсказания моделей

И МОДЕЛЬНЫХ ДАННЫХ

ион-ионных взаимодействий сильно различаются,

причем разница возрастает с увеличением массы

На рис. 5 приведены дифференциальные се-

фрагмента, что также связано с различиями в уг-

чения выходов¹¹Be и¹²B в зависимости от им-

ловых зависимостях выхода фрагментов в моделях.

пульса фрагмента, экспериментальные результаты

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№5

2022

ПОИСК ПРОЦЕССОВ ПЕРЕЗАРЯДКИ НУКЛОНОВ

343

d²σ/(dpdΩ), мбн/(МэВ/с ср)

10¹

INCL

⁷Be

⁹Be

¹⁰Be

10⁰

ФРАГМ

10^-1

10^-2

10^-3

10^-4

10^-5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

p, ГэВ/с

d²σ/(dpdΩ), мбн/(МэВ/с ср)

10²

¹¹B

10¹

¹⁰B

INCL

ФРАГМ

10⁰

⁸B

10^-1

10^-2

10^-3

10^-4

10^-5

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

p, ГэВ/с

Рис. 3. Дифференциальные сечения выходов ионов бериллия и бора в зависимости от импульса фрагмента.

приведены в сравнении с данными, полученными

пульсных распределений фрагментов бора и бе-

в рамках моделей BC и INCL. Эксперименталь-

риллия может быть использована статистическая

ная форма спектра близка к модели BC, однако,

модель, предложенная А. Гольдхабером [17, 18].

как уже было отмечено, модельные и экспери-

Статистическая модель широко используется при

ментальные существенно расходятся по величине

описании ядро-ядерных взаимодействий и связы-

сечения в максимуме. Поиск сигнала от фрагмента

вает фрагментацию налетающего иона с внутри-

ядерным движением нуклонов, точнее, с импульсом

¹²N был проведен при настройке канала от 1.25

Ферми. Модель базируется на двух основных пред-

до 1.45 ГэВ/c. Распределение отобранного сигнала

положениях: импульсные распределения в системе

по годоскопическому счетчику не дало четко выра-

покоя налетающего ядра имеют гауссову форму;

женного пика. В рамках модели BC выходы¹²B и

дисперсии этих распределений определяются так

¹²N идентичны. Однако установка ФРАГМ имеет

называемым параболическим законом

угол регистрации, отличный от нулевого, при этом

A_F (A_P - A_F )

основной вклад в рождение¹²N будут давать воз-

σ²

=σ₀

(1)

(A_P - 1)

бужденные состояния, которые все без исключения

имеют ширину порядка 100 кэВ и распадаются в

где A_P и A_F — массовые числа налетающего яд-

мишени ускорителя в основном по каналу¹¹C +

ра и фрагмента, σ₀ = P2F /5, P_F — импульс Ферми

+ p, что приводит к существенному подавлению

[19]. В случае ядра углерода σ₀ = 103 МэВ [20].

регистрации изотопа¹²N. Для оценки формы им-

Следует отметить, что для сравнения эксперимен-

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№5

2022

344

КУЛИКОВСКАЯ и др.

Каналы TDC

480

¹²B

¹¹B

470

⁹Bе

460

¹¹B

450

N (годоскоп)

440

10³

¹¹B

¹⁰Bе

¹²B

10²

430

10¹

420

10⁰

600

650

700

750

800

850

420

430

440

450

460

Каналы QDC

Каналы TDC

Рис. 4. Алгоритм выделения¹²B при жесткости канала в 1.8 ГэВ/c: корреляционное распределение времени пролета

(TDC) и амплитуды сигнала (QDC) (а); распределения по номеру ячейки годоскопического счетчика (б) и по каналам

TDC (в), полученные по отобранным событиям из выделенной области корреляционного распределения. Наклонные

линии на (а) соответствуют границам отбора изотопа¹²B; на распределении по каналам TDC сигнал от¹²B задан

фитирующей функцией, обозначенной красным цветом.

d²σ/(dpdΩ), мбн/(МэВ/с ср)

ФРАГМ

10⁰

ФРАГМ

¹¹Be

10^-1

INCL

10^-2

-2

10^-3

10^-4

10^-5

-4

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

8.8

9.0

9.2

9.4

9.6

9.8

10.0

p, ГэВ/с

Рис. 5. Дважды дифференциальные сечения выходов изотопов¹¹Be и¹²B в зависимости от их импульса.

тальных данных с предсказаниями моделей необ-

измеренное значение ширины σ в системе покоя

ходимо ввести две поправки на ширину распреде-

налетающего ядра углерода, оно же приведенное

лений, вычисленных в системе покоя налетающе-

к нулевому углу σ_||, данные эксперимента при 2.1

го ядра. Первая поправка связана с импульсным

ГэВ/нуклон σэксп.|| [20] и теоретическое значение,

разрешением установки, которая составляет 1.5%

по импульсу в случае измерений без использо-

вычисленное в приближении статистической моде-

вания годоскопа, и 0.5% для зарядово-обменных

ли σтеор.||. Значения σ_|| находятся в хорошем со-

реакций, полученных с использованием годоскопа.

гласии с ширинами, полученными в рамках стати-

Следующая поправка связана с приведением экс-

периментальной ширины к нулевому углу. Данный

стической модели. Теоретическая ширина для¹²B

пересчет проведен в рамках модели BC, попра-

равна нулю, но как наш, так и эксперимент [20]

вочный коэффициент различен для разных фраг-

дают, хотя и малые, но согласующиеся конечные

ментов. В табл. 1 для каждого изотопа приведено

величины.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№5

2022

ПОИСК ПРОЦЕССОВ ПЕРЕЗАРЯДКИ НУКЛОНОВ

345

Таблица 1. Параметры гауссовской аппроксимации импульсных распределений изотопов бериллия и бора: σ —

измеренные в эксперименте ФРАГМ, σ_|| — приведенные к нулевому углу, σэксп|| — данные [20], σтеор|| — вычисленные

в соответствии с параболическим законом Гольдхабера

Изотоп

σ, МэВ/c

σ_||, МэВ/c

σэксп||, МэВ/c

σтеор||, МэВ/c

⁷Be

202.7 ± 1.8

167.9 ± 5.6

145 ± 2

183.7

⁹Be

178.5 ± 1.6

136.6 ± 6.6

133 ± 3

161.4

¹⁰Be

207.5 ± 0.6

131.3 ± 5.5

129 ± 4

138.9

¹¹Be

148.0 ± 7.9

111.4 ± 13.1

155 ± 40

103.0

⁸B

213.4 ± 3.3

180.2 ± 5.8

151 ± 16

175.7

¹⁰B

206.4 ± 3.6

132.9 ± 6.1

134 ± 3

138.9

¹¹B

162.0 ± 2.0

100.1 ± 7.4

106 ± 4

103.0

¹²B

91.4 ± 3.0

54.8 ± 4.4

63 ± 9

0.0

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

эксперимента ФРАГМ за большой вклад в прове-

дение измерений.

В рамках эксперимента ФРАГМ на тяжело-

ионном ускорительном комплексе ИТЭФ был

проведен целенаправленный высоко статисти-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

чески обеспеченный поиск зарядово-обменных

M. De Napoli, C. Agodi, G. Battistoni,

процессов во фрагментации ионов¹²C при энер-

A. A. Blancato, G. P. Cirrone, G. Cuttone,

гии 300 МэВ/нуклон. Удалось измерить выходы

F. Giacoppo, M. C. Morone, D. Nicolosi, L. Pandola,

фрагментов¹¹Be и¹²B, образующихся в результате

V. Patera, G. Raciti, E. Rapisarda, F. Romano,

однократной перезарядки нуклонов. Полученные

D. Sardina, A. Sarti, A. Sciubba, V. Scuderi,

сечения более чем на два порядка меньше се-

C. Sfienti, S. Tropea, et al., Phys. Med. Biol. 57,

7651 (2012).

чений выхода других изотопов этих элементов,

B. M. Abramov, P. N. Alexeev, Yu. A. Borodin,

образующихся без зарядового обмена. Поиск

S. A. Bulychjov, I. A. Dukhovskoy, K. K. Gudima,

¹²N, изотопа, зеркального к¹²B, не дал положи-

A. I. Khanov, A. P. Krutenkova, V. V. Kulikov,

тельного результата, что может быть связано с

M. A. Martemianov, S. G. Mashnik, M. A. Matsyuk,

известным эффектом доминирования образования

and E. N. Turdakina, EPJ Web Conf. 138, 03002

короткоживущих возбужденных состояний 12N,

(2017).

распадающихся по каналу¹¹C + p, в области углов

Б. М. Абрамов, П. Н. Алексеев, Ю. А. Бородин,

регистрации установки ФРАГМ. Проведенное

С. А. Булычев, И. А. Духовской, А. П. Крутенкова,

сравнение полученных данных с предсказаниями

В. В. Куликов, М. А. Мартемьянов, М. А. Мацюк,

нескольких моделей ион-ионных взаимодействий

С. Г. Машник, Е. Н. Турдакина, А. И. Ханов, ЯФ

показало, что только некоторые используют меха-

78, 403 (2015) [B. M. Abramov, P. N. Alekseev,

низмы, приводящие к образованию фрагментов с

Yu. A. Borodin, S. A. Bulychjov, I. A. Dukhovskoi,

числом протонов или нейтронов большим, чем во

A. P. Krutenkova, V. V. Kulikov, M. A. Martemianov,

M. A. Matsyuk, S. G. Mashnik, E. N. Turdakina, and

фрагментирующем ядре. Среди них можно отме-

A. I. Khanov, Phys. At. Nucl. 78, 373 (2015)].

тить INCL и BC, но и предсказания этих моделей

М. Roy-Stephan, Nucl. Phys. A 482, 373 (1988).

далеки от хорошего описания экспериментальных

T. R. Saito, H. Ekawa, and M. Nakagawa, Eur. Phys.

данных. Так модель BC неплохо воспроизводит

J. A 57, 159 (2021).

формы импульсных спектров этих фрагментов,

J. L. Rodriguez-S ´anchez, J. Benlliure, I. Vida ˝na,

но сильно переоценивает сечения их выхода.

H. Lenske, C. Scheidenberger, J. Vargas, H. Alvarez-

Полученные результаты расширяют базу данных

Pol, J. Atkinson, T. Aumann, Y. Ayyad, S. Beceiro-

по слабоизученным процессам фрагментации ядер,

Novo, K. Boretzky, M. Caama ˝no, E. Casarejos,

идущим с перезарядкой нуклонов, и предоставляют

D. Cortina-Gil, P. Diaz Fern ´andez, et al., Phys. Lett.

новый материал для тестирования моделей ион-

B 807, 135565 (2020).

ионных взаимодействий.

H. Lenske, F. Cappuzzello, M. Cavallaro, and

Авторы благодарны персоналу ускорительного

M. Colonna, Prog. Part. Nucl. Phys. 109, 103716

комплекса ИТЭФ-ТВН и техническому персоналу

(2019).

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№5

2022

346

КУЛИКОВСКАЯ и др.

Н. Н. Алексеев, Д. Г. Кошкарев, Б. Ю. Шарков,

12. D. Mancusi, A. Boudard, J. Cugnon, J.-C. David,

Письма в ЖЭТФ 77, 149 (2003) [N. N. Alexeev,

P. Kaitaniemi, and S. Leray, Phys. Rev. C 90, 054602

D. G. Koshkarev, and B. Yu. Sharkov, JETP Lett. 77,

(2014).

123 (2003)].

13. T. Pal Singh and S. Gautam, arXiv: 1110.6687v1

Н. Н. Алексеев, Г. Н. Акимов, П. Н. Алексеев,

[nucl-th].

В. Н. Балануца, Б. И. Булыкин, Б. А. Волков,

С. В. Гапоненко, В. В. Гачурин, Ю. М. Горячев,

14. S. G. Mashnik, Eur. Phys. J. Plus 126, 49 (2011).

В. Н. Евтихович, А. С. Журавлев, В. П. Заводов,

15. S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako, J. Apostolakis,

В. С. Завражнов, П. Р. Зенкевич, Н. Е. Иванов,

H. Araujo, P. Arce, M. Asai, D. Axen, S. Banerjee,

М. М. Кац и др., Письма в ЭЧАЯ 120, 78 (2004)

G. Barrand, F. Behner, L. Bellagamba, J. Boudreau,

[N. N. Alekseev, G. N. Akimov, P. N. Alekseev,

L. Broglia, A. Brunengo, H. Burkhardt, et al., Nucl.

V. N. Balanutsa, B. I. Bulykin, B. A. Volkov,

Instrum. Methods A 506, 250 (2003).

S. V. Gaponenko, V. V. Gachurin, Yu. M. Goryachev,

V. N. Evtikhovich, A. S. Zhuravlev, V. P. Zavodov,

16. L. Sihver, C. H. Tsao, R. Silberberg, T. Kanai, and

V. S. Zavrazhnov, P. R. Zenkevich, N. E. Ivanov,

A. F. Barghouty, Phys. Rev. C 47, 1225 (1993).

M. M. Kats, et al., Part. Nucl. Lett. 120, 78 (2004)].

17. A. S. Goldhaber, Phys. Lett. B 53, 306 (1974).

10.

Б. М. Абрамов, П. Н. Алексеев, Ю. А. Бородин,

С. А. Булычев, И. А. Духовский, А. П. Крутенкова,

18. W. A. Friedman, Phys. Rev. C 27, 569 (1983).

В. В. Куликов, М. А. Мартемьянов, М. А. Мацюк,

19. B. M. Abramov, P. N. Alekseev, Yu. A. Borodin,

Е. Н. Турдакина, А. И. Ханов, Письма в ЖЭТФ

S. A. Bulychjov, I. A. Dukhovskoy, A. I. Khanov,

97, 509 (2013) [B. M. Abramov, P. N. Alekseev,

A. P. Krutenkova, V. V. Kulikov, M. A. Martemianov,

Yu. A. Borodin, S. A. Bulychjov, I. A. Dukhovskoy,

M. A. Matsyuk, and E. N. Turdakina, J. Phys.: Conf.

A. P. Krutenkova, V. V. Kulikov, M. A. Martemianov,

Ser. 798, 012077 (2017).

M. A. Matsyuk, E. N. Turdakina, and A. I. Khanov,

JETP Lett. 97, 439 (2013)].

20. D. E. Greiner, P. J. Lindstrom, H. H. Heckman,

11.

G. Folger, V. N. Ivanchenko, and J. P. Wellisch, Eur.

B. Cork, and F. S. Bieser, Phys. Rev. Lett. 35, 152

Phys. J. A 21, 407 (2004).

(1975).

SEARCH FOR NUCLEON CHARGE EXCHANGE PROCESSES

IN THE CARBON IONS FRAGMENTATION

AT AN ENERGY 300 MeV/NUCLEON

A. A. Kulikovskaya¹⁾, B. M. Abramov¹⁾, Yu. A. Borodin¹⁾, S. A. Bulychjov¹⁾,

I. A. Dukhovskoy¹⁾, A. P. Krutenkova¹⁾, V. V. Kulikov¹⁾, M. A. Martemianov¹⁾,

M. A. Matsyuk¹⁾, E. N. Turdakina¹⁾

¹⁾NRC “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia

The article presents the results of a search for nucleon charge exchange processes at the fragmentation of

carbon ions. Experimental data were obtained at the FRAGM facility and the ITEP-TWAC multi-purpose

accelerator complex at a beam energy of 300 MeV/nucleon on a thin beryllium target. The experimental

setup, located at an angle of 3.5^◦ with respect to the ion beam, has a hodoscope system, which made

possible to ensure the momentum measurement accuracy of 0.4%. The differential cross sections for the

yield of¹¹Be and¹²B were measured as functions of the fragment momentum, these ions are formed as a

result of a single charge exchange of nucleons. Experimental data were compared with predictions of two

models of ion-ion interaction: binary (BC) and intranuclear (INCL) cascades. The measurement of nucleon

charge exchange processes at this energy range was performed for the first time.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№5

2022