Аномальное рассеяние назад и квазимолекулярная структура ядер тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

I. Введение

ГЛАВА I. МОДЕЛИ АНОМАЛЬНОГО РАССЕЯНИЯ НАЗАД (АРН)

§ I. Квазиклассические объяснения. Глори эффект

§ 2. Оптическая модель с 2 -зависящей мнимой частью . J

§ 3. Обменный процесс

§ 4. Фолдинг модель

§ 5. Модель полюсов Редже (метод полюсов Редже). зо

ГЛАВА 2. ОТТАЛКИВАТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНВДАЛ

§ I. Нелинейное уравнение Шредингера и аномальное рассеяние назад

§ 2. Исследование эффекта короткодействующего отталкивания в упругом рассеянии тяжелых ионов

§ 3. Сжимаемость ядерного вещества и АРН

ГЛАВА 3. МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ ПОДХОД К АРН

§ I. Солитарный потенциал и АРН

§ 2. Практическая реализация идеи солитарного потенциала.

ГЛАВА 1У. МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ ПОДХОД К АРН

§ I. Метод резонирующих групп и модель ортогональных условий

§ 2. Метод ортогональных условий и АРН.

§ 3. Спектроскопический фактор и АРН

Выводы

Ядерные реакции под действием тяжелых ионов и с* -частиц отличаются большим своеобразием, для последовательного описания которых требуется знание потенциала взаимодействия налетающих ионов с ядрами-мишенями, который в свою очередь, может быть определен из анализа данных по упругому рассеянию. Изучение упругого рассеяния представляет и значительный самостоятельный интерес. Это связано, во-первых, с тем, что оптические потенциалы для тяжелых ионов и -частиц отличаются от потенциалов для рассеяния нуклонов. Во-вторых, кластерная структура некоторых ядер может привести к усилению таких эффектов, которые обычно при рассеянии нуклонов слабо проявляются в упругом рассеянии ядер.

Имеющиеся экспериментальные данные по упругому рассеянию ряда тяжелых ионов и -частиц показываютtчто угловые распределения имеют аномальное рассеяние назад (АРН) - рост сечения под большими углами. АРН особенно ярко проявляется при рассеянии ©с -частиц и легких ионов на легких ядрах. Оказывается, что стандартная оптическая модель с сильным поглощением не способна описать АРН. Потребовалось введение ряда механизмов реакции, которые ослабляют поглощение в районе поверхности ядра. В ряде объяснений APHfl] предполагалось, что при соприкосновении ядер образуется квазимолекулярное промежуточное состояние с соответствующей ротационной структурой. Ядерная квазимолекула это конфигурация из двух или нескольких ядер, находящихся в состоянии взаимоного движения или же связанных вместе посредством нескольких валентных нуклонов.

Таким образом АРН превратилось в инструмент исследования ядер, их квазимолекулярных и кластерных свойств, а также в инструмент исследования ион-ионного потенциала.

В настоящее время существует целый ряд моделей АРН. И нет ни одной модели, которая бы передавала все основные черты проявления АРН - энергетическую и изотопическую зависимости. Новые модели появляются и в последнее время. Это говорит об актуальности этой проблемы. Например, модель радарного рассеяния, которая строится на анологии радарного рассеяния электромагнитных волн и резонансного взаимодействия тяжелых ионов £2]

Модели, объясняющие АРН, можно подразделить на макроскопические и микроскопические. Макроскопические модели помогают понять общие черты АРН, а микроскопические модели, помогают связать структуру ядра и АРН.

Цель настоящего исследования состояла с одной стороны в том, что на основе макроскопического подхода сформулировать со-литонный потенциал - потенциал квазимолекулярного типа с отталкивающим остовом для объяснения АРН. Дело в том, что при рассег* Q янии ос -частиц и легких ионов, таких как °Ц и Be возможен механизм сжатия ядерного вещества в поверхностном слое носящий, отталкивательный характер и который приводит к ослаблению ядерного потенциала.

Совсем недавно японскими теоретиками было показано,

6 Q что потенциал взаимодействия ионов U и с ядрами должен обязательно содержать отталкивательную часть. С другой стороны, цель настоящего исследования состояла в том, чтобы на основе микроскопического подхода - упрощенной версии метода резонирующих групп (МРГ) - метода ортогональных условий (МОУ) получить ион-ядерный потенциал, описывающий, как квазимолекулярные свойства ядер, так и рассеяние. Здесь следует сказать, что буквально на днях появилась работа одного из ведущих японских теоретиков - Хориучи [4] о том, что МОУ является хорошим приближением для легких ядер и позволяет сформулировать локальный потенциал взаимодействия с* -частиц и легких ионов с легкими ядрами. Это еще раз говорит об актуальности настоящих исследований.

Научная новизна и практическая ценность. Новизна настоящего исследования заключается в применении солитонных потенциалов, зависящих от четности и учитывающих механизм сжатия ядерного вещества в поверхностном слое к объяснению АРН, а также в применении метода ортогональных условий (МОУ) для объяснения квазимолекулярных свойств легких ядер и для получения эффективного ион-ядерного потенциала. Практическая же ценность заключается в предсказательных возможностях данного подхода.

Результаты этой работы могут быть использованы в Институте атомной энергии им.И.В.Курчатова, в Объединенном Институте ядерных исследований, в Московском Государственном университете им.М.В.Ломоносова, в Институте ядерных исследований АН УССР и др.

Для защиты выдвигаются следующие основные результаты, полученные в диссертации:

1. Описание рассеяния ос -частиц, легких ионов на легких ядрах с помощью солитонного потенциала, зависящего от четности.

2. Применение МОУ для описания квазимолекулярных свойств легких ядер и для получения эффективного ядерного потенциала, объясняющего АРН.

3. Установление связи между прямыми реакциями ос -передачи и АРН - с* -частиц.

Теперь остановимся кратко на содержании диссертации.

В первой главе рассматриваются некоторые модели аномального рассеяния назад, такие как глори эффект, оптическая модель с £ -зависящей мнимой частью, обменный процесс, модель свертки и модель полюсов Редже. Отмечается, что ни одна модель не описывает полностью всю картину АРН.

Вторая глава посвящена отталкивательному потенциалу, возникающему при взаимодействии тяжелых и легких ионов с ядрами как эффект принципа Паули. Здесь же рассмотрен отталкивательный потенциал и с позиций ядерной гидродинамики с учетом эффектов сжимаемости ядерного вещества. В последнем подходе отталкивательный потенциал получается естественным образом из нелинейного уравнения Шредингера. Основной вывод этой главы - АРН может успешно моделироваться отталкивательным потенциалом. Этот вывод служит основанием для макроскопического подхода к АРН,рассмотренному в третьей главе. Здесь формулируется солитарный потенциал, зависящий от четности и демонстрируется его практическая реализация. С этой целью рассчитывается рассеяние ионов

6 9 li с энергией 30.б МэВ и ионов Be с энергией 20 МэВ на

12 ядре С и ос -частиц с энергией в интервале от 25.4 МэВ до

Tfi

30. . МэВ на ядре 0. Наблюдается удовлетворительное согласие с экспериментом и получаются физически обоснованные значения коэффициентов сжимаемости ядерного вещества.

Четвертая глава посвящена микроскопическому подходу к АРН, т.е. такому подходу, когда на основе нуклон-нуклонных взаимодействий удается описать различную совокупность экспериментальных данных, а именно: положения уровней, их ширины и АРН. Таким хорошо себя зарекомендовавшим микроскопическим подходом является метод резонирующих групп (МРГ) и его упрощенная версия - метод ортогональных условий (МОУ). В этой главе на основе МОУ исслетс тр дуются кластерные состояния легких ядер 0 и С, а также рассеяние на них ос -частиц. Показано, что с помощью МОУ можно получить эффективные локальные потенциалы, зависящие от четности и описывающие положения и ширины кластерных уровней легких ядер, а также АРН.

В заключении этой главы рассматривается кластерный спектроскопический фактор, который формулируется корректным образом в МЕТ. Показано, что АРН - может служить инструментом для получения кластерных спектроскопических факторов, несущих в себе информацию о кластерной структуре ядер.

В выводах и в заключении подводятся итоги проведенным исследованиям и обсуждаются перспективы будущих исследований.

Основные результаты настоящей работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных Совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра в 1983-1984г.г., на Всесоюзной конференции по теории систем нескольких частиц с сильным взаимодействием в 1983г., на международных совещаниях в Бредфорде и Гренобле в 1984г., а также на научных семинарах НИШ Ленгосуни-верситета им.А.А.Заданова.

В заключении автор считает своим приятным долгом выразить благодарность / доктору физико-математических наук Гридневу К.А. за научное руководство и помощь в работе, а также кандидату физико-математических наук В.Б.Субботину за помощь в работе и плодотворные дискуссии, а также мл.научному сотруднику НИИФ ЛГУ Кангрополю Ю.В. за помощь и консультации при работе с ЭВМ.

РАБОТЫ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНО ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДОССЕРТАВДИ

1. К.А.Гриднев, А.Г.Иванов, С.Саад, В.М.Семенов. Безотражательные потенциалы и аномальное обратное рассеяние. - Тезисы докладов ХХХШ совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Москва, 1983, стр.437.

2. К.А.Гриднев, А.Г.Иванов, В.М.Семенов, С.Саад. Процессы глубоконеупругих передач в реакциях тяжелых ионов и нелинейные эволюционные уравнения. - Всесоюзная конференция по теории систем нескольких частиц с сильным взаимодействием. Тезисы докладов. Ленинград, 1983, стр.116.

3. С.Саад, В.Б.Субботин, К.А.Гриднев, В.М.Семенов. Метод ортогональных условий и аномальное обратное рассеяние. - Тезисы докладов ХХХ1У совещания по ядерной спектроскопии и структуры атомного ядра. Алма-Ата, 1984, стр.459.

E.F.Hefter, K.A.Gridnev, S.S&ad, V.M.Sema'onov, Y.B. Subbotin,Energy Storage in Compressed Nuclear Matter, Conf. on Nuclear Structure, University of Bradford, England,11-13 Apr.1984, P.504.

5. E.F.Hefter, K.A.Gridnev, S.Saad, V.H.Semjonov, V.B. Subbotin,Energy Storage in Compressed Nuclear Matter, Contribution to the Workshop on Semiclassical Methods in Nuclear Physics, Institut des Sciences, Grenoble, Prance,5-8 March, 1984.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведенное исследование говорит о том, что аномальное рассеяние назад (АРН) может служить хорошим инструментом исследования кластерных или квазимолекулярных состояний легких ядер.

Сравнение расчетных и экспериментальных угловых распределеа. g ний упругого рассеяния с*: -частиц, ионов Li ^ Be на легких ядрах свидетельствует о возможности интерпретации АРН с помощью солитонного отталкивательного потенциала, полученного на основании исследования механизма сжатия ядерного вещества в поверхностном слое, а также о возможности интерпретации АРН в рамках метода ортогональных условий. Основная помеха на пути интерпретации АРН - это корректный учет принципа Паули или эффектов антисимметризации. В макроскопическом подходе к АРН эффекты антисимметризации можно учесть феноменологически путем введения отталкивательного кора. В микроскопическом подходе к АРН эффекты антисимметризации можно учесть корректным образом в методе резонирующих групп (МРГ) или в его упрощенной версии - методе ортогональных условий (МОУ). Оба эти подхода - микроскопический и макроскопический и были реализованы в настоящем исследовании. Кроме этого, в настоящем исследовании проведено сравнение спектроскопических факторов, полученных из АРН из прямых реакций альфа-передачи. Это сравнение говорит о связи АРН и квазимолекулярных состояний легких ядер.

Следующий шаг на пути исследования АРН и использования АРН в качестве инструмента исследования квазимолекулярных состояний - это применение метода резонирующих групп (МРГ). Это, видимо, можно будет осуществить на базе нового поколения вычислительных машин, т.к. расчеты в рамках МРГ являются очень трудоемкими .

1. К.А.Гриднев, A.A.Orлоблин. ЭЧАЯ, 1975, т.6,стр.393-434,

2. В.М.Струтинский, Изв. АНСССР, сер.физ.т.47,стр.П,1983.

3. Y.Sakuragi, M.Tahiro, M.Bwaimura^ Prog? Theor^ Phys.r V.701983),P.1047 " V vr;;

4. H.Horiuchi, Prog. Theori Hays. V.7I Cl984),P.535

5. Erog. OHieor. Phys. Suppl.,68,(£980)

6. E.W.Fordfe.<x ,AmU Phys.,V.7,(1959),P.2597» H»C«Bryant, E.Jarmie, Ann* Phys^fV#47j(l968),P#l278, Ван Де Хюлст. Рассеяние света малыми частицами. Пер.с нем.

7. М., Изд-во, инстр. лит.,1961. 9* A.Bobrowska,A.Budzanowski, K.Grotowski, b.Jarczyk, S.Micek, H.Niewodniczanski, A.Strzalkowski, Z.Wrobel, Hucl. Phys .V. AI26,(I9$9), P.36I

8. A.Budzanowski, A.Dudek, R.Dymarzt K.Grotowski, L.Jarczyk, H.Niewodniczanski, A.Strzalkowski, Fuel. Phys., V.AI26,1969), P.369

9. K.A.Chatwin, J.S.Eck, D.Robson, Phys. Rev. С V. 1(1970),P.795

10. J.M.Temmer, Phys. Lett. V.1(1962), P.10

11. W.Yon Oertzen, Kucl. Phys. АГ48 (1970), P.529

12. W.Von Oertzen "Международная конференция по физике тяжелых ионов", Дубна, II-I7 февраля 1971,г.Дубна,1971,с.350.

13. G.Baur, C.K.Gelbke, Nucl. Phys. A204 (1973), P.I38

14. D.Agassi, U.S.Wall, Phys. Eev. С 1.7 (1973), P. 1368

15. G.Hoble, H.Goelho, Phys. Rev. G V.3 (1971)» P.1340

16. Б.И.Кузнецов,И.П.Чернов,Р.Е.Овсянникова "Обратное рассеяние-частиц на 12С и 130". Ядерная физика,тЛ8,1973,с.950.

17. Н.С.Зеленская,И.Б.Теплов,П.А.1Сщенко "Ядерная физика,т.33, вып.5,1981.

18. TJ.C.Voos, W.Yon Oertzen, R.Back, Hucl. Phys., V.AI55» (1969), P. 207

19. G.W.Qreenless, G.J.I^le, Y.C.lang, Phys. Rev., ¥.171(1968), P.III5

20. Bikash Sinha, Phys. Reports, 20C,(I975), P.I

21. G.R.Satchler, W.G.Love, Phys. Lett.550 (1979), P.I83

22. B#2UGeorgiev, R.S.Mackintosh, Hucl. Phys. A307CX978), P.377

23. F.A.Brieve, B.a.Gfeorgiev, Nucl. Phys. A308(I978), P.27

24. Z.MaJka, H.J.Gils, H.Rebel, % fur Physik in press.

25. A.A.Gowley, H.S.Wall, Phys. Rev. C, Y. 17(1978), P.I32228. w.G.Love,Workshop on microscopic optical potentials, Hamburg Sept.25. 27,(1978)

26. J.Fleckner, U.Mosel, Hucl. Phys. A 277,(1977),* P470

27. J.Cook, K.W.Kemper, M.F .Vineyard, Phys. Rev. С V.26,(1982), P.486

28. H.Lohner, H.Eichhoff, D.Frekers,G.Gaul, K.Poppensieker, R. Santo, Z.Physik Ж28б,(1978), P.99

29. O.M.Князьков. Ядерная физика,т.33,вып.5,(1981),с.I176.

30. P.A.Cherdeufesev, I.P.Chernov,G*A.Vershining, Phys, Lett., V.558,(1975), P.167

31. Г.А.Вершинин,П.А.Черданцев, Ядерная физика,т.19,вып.5,1974.35. y.y.Paskevich, Nucl. Phys. Al69,(l97I^»P-2?5 AI97,(I972),p.631

32. G.D• Addev,P.A.Cherdantsev, I.A.G^malya, Phys.Lett. В35(1973, P.32I

33. R.Lipperheide, H.Fiedeldey, H.Hafcerzettl, K.Naidoo, Phys.bett. V.82B, (X979)» P.39

34. M.S.Husseini, M.P.Pato, Phys. Rev.G , 'V.25,(1982), P.I896

35. T-d Chan, R.J.Puigh, W.L.Lynch, H.Y.Isang, J.G.Cramer, Phys. Rev. G,Y.25,(I982>, P.85044i" Y.Kondo, S.Hagata, S.Qhkubo, О.Шаплтпига, Prog. Theor. Phys. V.53,(I975), Р.Ю06

36. J. J .Griffin, K.E.Kan, Rev. Mod. Phjpf, Y* 48,(1976), P. 467

37. R.Tamagaki, J.Hiura, Prog, ilieor. Phys. Y.52,(1972), P.25

38. D.S.Delion, £.A.Gridnev, E.P.Eefter, Y.M.Sem^jonov, J. Phys. G4 Kucl. Phys. ¥.4,(1978), P. 125

39. К.А.Гриднев,H.3.Дарвиш,К.Микулаш,В.M.Семенов,В.Б.Субботин, и Э.Ф.Хефтер. Изв.АН СССР,т.44, 3, 1980,с.649.о

40. К.А.Гриднев,К.Микулаш,В.М.Семенов и Э.Ф.Хефтер, Изв. АН СССР,т.45, I, I981,с.134.

41. Я.Б.Зельдович. ЖЭТФ,1959,т.37,с.569

42. D.A.Bromley е.a., Phys. Rev. ¥Л23,(Ж961)>, р.878

43. G.Micbaud, Phys. Rev.C, ¥.8,(1973)7 р.'525

44. A»I«Baz< е.а. , Z.Pbys. Y.A280,(I977), P.I7I

45. A.I.Ba®, Y.Z.Goldberg, N.Z.Darwisch, lUA.Gridaev, Y.M.Sen^bnov E.P#Hefter, Lett. Nuov. Cim. ¥.18,(1977), P.227mm mm ' 1 1 1" <" »' "' i * ' J* , i "

46. H.Z.Darwisck, K.A.Gridnev, E.F.Hefter, TbM.Sentfonov, Lett,

47. Nuov. Cim. ¥.42 A, (1977), P.§03 56. В.Н.Брагин,"Автореферат диссертации на соискание ученойстепени кандидата физ.-мат.наук" Москва,1983.57. s.Ayik, В.БсЬшашш, w.ksrerlberg» Z.Ebysik, v.A277,(I976),P.299

48. J.K#De, D.H.E.GrosstH.Kalinovski, Z.Physik, ¥.a277,(i976),P.385 G.H.Goritz, TJ.Mosel, Z.Physik,, ¥.a277,(i976),P.243

49. К.А.Гриднев, и др. Изд. АН СССР,т.42, II,1978,с.2361.59. h.prslicb, Ргос. phys. soc. 7.87,(1966)^ Р.ЗЗО60* J.Randrup, W.j.Swiatecki, C.F.Olsang-,"Lowrence Berkeley Laboratory Report11 IBL-3603,(I974)

50. G.R.Sathber, Hucl. Phys. ¥.27,9,(1977;, P.493

51. П.Е.Ходгсон."Оптическая модель упругого рассеяния".Атом, изд.Москва,1966.

52. D.S.DeiUon,K.A.Gridnev,E^F.Befter,V.M*Senjonaf , Z.Physik A- Atoms and Kuclei Y.297,(I98o), P. 115

53. J.B.Hatowitz, e.T.Chulick, M.N.Hamboodtri, Phys. Rev. С ¥.6 (197Э, P.2I33

54. J.C.C., Symp. on heavy- ion elastic scattering Recheslen, N.X.Ocmober (1977)

55. B.Buck, a.a.Pilt, Hucl. Phys. ¥.A280,(X977)i P. 133 a.a.Pilt, Phys. Lett. ¥.73B,(I978), P^74

56. Ю.Н.Елдышев, В.К.Лукьянов,Ю.С.Поль, Препринт, 0ИЯИ,с.63Ю, ^ 1972.68. в .buck, C.M.Dover, J.P.Vary, Phys. rev^C ¥.11,(1975), P.I803

57. V.Bargmann, Phys. Rev. Y.75,(1949), P.30I

58. J.A.Wheeler, Phys. Ее v. ¥.52,(1937), P. 1083,1X07 71» J.P.Elliott, Proc. Roy. Soc. Y.A245,(X958a), P.I28

59. J.P.Elliott, Proc. Hoy. Soc. Y.A245,(1958b), P.562

60. H.Horiuchi, Prog. Theor. Phys. SuppU,No. 62, (1977), P.90 74# К.Вильдермут,Я.Тан. Единая теория ядра,M.,Мир, 1980.

61. В.Г.Неудачин,Ю.Ф.Смирнов,"Нуклонные ассоциации в легкихядрах",М.,Наука,1969.

62. A.Arime,"In Clustering Aspects of Fuclear Structure and Huclear Reactions" Winnipeg, ed. W«{D*H»Yan Oers At al. (1978), P.I77» M.be Mere, Y.C.Iang, D.R.Thompson, Phys. Rev. С Y. X4,(.I976) P. 23

63. S.Saito, Prog. {Eheor. Phys. Y.4I,(I969), P.705

64. B.P.Beyman, A. Borlx, Hucl. Phys. Y.5,(1958), P.536

65. I.Pliessbach, H.Walliser, Rucl. Phys. Y.A377,(1982), P.848i # К. A. Гридне в, В . "M. Семено в, К. Микулаш, В. Б. Субб отин, Е. Ф. Хефтер, Изв. АН СССР, сер.физ.,11,с.2320,1980.

66. Ш-.Matsuse, ffl.Zamimura, Prog.TheorlFhf*.',Y.45f(l975)» P. 1765

67. K.Ikeda, N.Takigawa, H.Horiuchi, Prog. Theor. Phys. Suppl. . Extra Number,(1968), P.464

68. G.J.Clark, D.J.Sullivan, P.B.Treacy, Sucl. Phys. v.aiio, • (1968), P.481

69. Y.B•Subbotin, V.M.Semjonov, K.JUGridnev, e.F.Hefter, Phys. Rev. С Y.28,(I983), P.I6I8

70. J.John,J.P.Aldridge,R.H.Davis, Phys. Rev^ Y. 181,CI969),P• 1455

71. A.S.Rinat Reiner, Phys. Lett. Y.38B,(I972), P.28I

72. В.Е.Еунаков. "Материалы Шестой зимней школы по теории ядра и физике высоких энергий". АН СССР,Ленинград, с56,1971.