Известия РАН. Серия физическая, 2019, T. 83, № 4, стр. 479-481

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время изучение кластерной структуры атомных ядер является одной из важнейших проблем ядерной физики. Исследование кластеризации легких ядер (например, ⁹Be, ⁷Li) способствует более глубокому пониманию структуры ядерной материи и механизма ядерных реакций на этих ядрах (см. например [1]). Данные исследования имеют также большое практическое значение. Например, кластерную структуру ядра ⁹Be необходимо учитывать при расчетах реакции ⁹Be(γ, n), используемой для получения нейтронов в фотонейтронных источниках. К настоящему моменту получен большой массив экспериментальных данных для ядра ⁹Be, но их детальный анализ указывает на противоречивость информации о вкладах различных кластерных конфигураций ядра ⁹Be [1]. Для получения новых данных о кластерной структуре легких ядер предлагается исследование реакции квазисвободного рассеяния (КСР) частиц на кластерах ядра ⁷Li. При этом в качестве ядер-снарядов, вызывающих реакцию КСР, использованы протоны, дейтроны и α-частицы. Использование различных ядер-снарядов позволит обеспечить высокую точность измерений и однозначность определения кластерной структуры ядер.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКЦИИ КВАЗИСВОБОДНОГО РАССЕЯНИЯ

В настоящей работе для определения вклада различных конфигураций в структуру легких ядер проведено моделирование реакции КСР дейтронов и альфа-частиц на кластерах ядра ⁷Li. При этом в качестве рассеянной частицы будет рассматриваться частица-снаряд.

В работе [2] рассматривалась реакция КСР дейтронов с энергией 15 МэВ на различных кластерах ядра ⁹Be, при этом один из кластеров рассматривался как ядро, на котором рассеивается дейтрон, а оставшийся кластер рассматривался как спектатор, имеющий в выходном канале реакции малую долю передаваемого импульса. Моделирование рассматриваемых реакций проводилось с помощью программы кинематического моделирования, предназначенной для изучения реакций с тремя и более частицами в конечном состоянии [3]. В результате моделирования была получена двумерная диаграмма, отражающая зависимость энергии рассеянного дейтрона от угла его вылета. Было показано, что рассеяние дейтрона на нейтронном кластере в случае структур n + ⁸Be и n + ⁴He + ⁴He практически неразличимы на двумерной диаграмме E_d–θ_d. Для решения этой проблемы в [2] был предложен эксклюзивный эксперимент с регистрацией помимо дейтрона второй частицы – нейтрона.

Трудности с выделением вкладов от различных конфигураций возникают и в случае рассеяния дейтронов на кластерах ядра ⁷Li. Проведем рассмотрение кластерных конфигураций ядра ⁷Li и рассеяния различных частиц на кластерах (табл. 1 и 2). Возможными кластерными конфигурациями ядра ⁷Li являются: (⁴He + t), (⁵He + d), (⁶He + p), (⁶Li + n).

На рис. 1 показана моделированная диаграмма E_d–θ_d для реакции КСР дейтрона для различных кластерных конфигураций ядра ⁷Li.

Рис. 1.

Двумерная диаграмма E_d–θ_d: 1–4 – события, соответствующие реакциям 1–4 табл. 1.

Данная диаграмма показывает, что при малых углах вылета дейтрона различимы кластерные структуры (⁴He + t), (⁶Li + n) и суммарная конфигурация (⁵He + d) и (⁶He + p). Для разделения вкладов (⁵He + d) и (⁶He + p) можно использовать квазисвободное рассеяние α-частиц с энергией 30 МэВ на кластерах ядра ⁷Li (табл. 2). На рис. 2 показана моделированная диаграмма E_α–θ_α реакций КСР α-частиц для различных кластерных конфигураций ядра ⁷Li. Видно, что в диапазоне углов рассеяния (40°–60°) можно разделить вклады от кластерных структур, соответствующие случаям 3 и 4 табл. 2, т.е. кластерные конфигурации (⁵He + d) и (⁶He + p).

Рис. 2.

Двумерная диаграмма E_α–θ_α: 1–4 – события, соответствующие, реакциям 1–4 табл. 2.

Рассмотрим энергетические спектры α-частиц (рис. 3 и 4), рассеянных на кластерах 1–4, при двух углах рассеяния (20° и 50°). Спектр, соответствующий углу рассеяния 50°, показывает возможность разделения вкладов от рассеяния на кластерах ⁶He и ⁵He соответствующих конфигурациям (⁵He + d) и (⁶He + p), в отличие от спектра при рассеянии на угол 20°, который позволяет разделять только вклады от конфигураций (⁴He + t), (⁶Li + n) и от суммарной конфигурации (⁵He + d) и (⁶He + p). Таким образом, использование различных ядер-снарядов и регистрация их под определенными углами позволит обеспечить однозначное определение кластерной структуры ядер.

Рис. 3.

Энергетические спектры α-частиц при рассеянии на кластерах, соответствующие реакциям 1–4 табл. 2 в случае угла рассеяния 20°.

Рис. 4.

Спектры α-частиц при рассеянии на кластерах, соответствующих реакциям 1–4 табл. 2 в случае угла рассеяния 50°.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной работе рассмотрена возможность изучения кластерных структур легких ядер – ⁷Li в реакции квазисвободного рассеяния дейтронов и альфа-частиц. Одна из главных трудностей исследования кластерных структур ядер в инклюзивной реакции КСР – проблема разделения вкладов отдельных структур, когда области событий, соответствующих двум разным структурам, перекрываются на диаграммах угол–энергия рассеянной частицы. Один из методов решения данной проблемы представлен в работе [2] – эксклюзивный эксперимент с регистрацией двух рассеянных частиц. В настоящей работе предложен другой метод определения вклада различных конфигураций в кластерную структуру ядра, основанный на использовании различных ядер-снарядов, с последующим сравнением энергетических спектров вторичных частиц для различных углов рассеяния. Результаты кинематического моделирования реакций квазисвободного рассеяния позволяют надеяться на успешное применение этого метода в случае изучения кластерной структуры ядра ⁷Li.