Влияние входного канала на процессы слияния-деления и квазиделения в реакциях с тяжелыми ионами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

15-2009-20

На правах рукописи УДК 593.172.17

0034Б2546

КНЯЖЕВА Галина Николаевна

ВЛИЯНИЕ ВХОДНОГО КАНАЛА НА ПРОЦЕССЫ СЛИЯНИЯ-ДЕЛЕНИЯ И КВАЗИДЕЛЕНИЯ В РЕАКЦИЯХ С ТЯЖЕЛЫМИ ИОНАМИ

Специальность: 01.04.16 — физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 £ озз

Дубна 2009

003462546

Работа выполнена в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флёрова Объединённого института ядерных исследований, Дубна

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, М.Г. Иткис

профессор

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Г.М. Тер-Акопьян

профессор

доктор физико-математических наук, Ю.В. Пятков

профессор

Ведущая организация: Радиевый институт

им. В.Г. Хлопина, Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится ЧЬ Ш 2009 г. в часов на

заседании диссертационного совета Д 720.001.06 Объединенного института ядерных исследований по адресу:

141980, г.Дубна, Московская обл., Объединенный институт ядерных исследований.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ. Автореферат разослан "¿Яуе^раМ2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета: ___---^

Попеко А.Г.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из важных проблем современной ядерной физики является исследование свойств атомных ядер в экстремальных состояниях. Синтез новых сверхтяжелых элементов и изучение их свойств занимает центральное место в этой проблеме. Для синтеза новых элементов используют реакции с тяжелыми ионами. Коренная перестройка большого числа нуклонов в таких системах ведет к различным каналам реакции: от передачи нескольких нуклонов, до полного слияния двух ядер. Однако, для предсказания вероятности образования сверхтяжелого ядра в таких реакциях необходимо более глубокое понимание механизма взаимодействия двух сложных ядер.

Выживаемость ядра по отношению к конкурирующему процессу деления зависит от высоты барьера деления, целиком определяемой для сверхтяжелых ядер эффектом ядерных оболочек. Приближение к замкнутым оболочкам должно приводить к росту барьера деления и, следовательно, к увеличению выживаемости ядра. Недавние успехи в синтезе новых элементов с Ъ=\ 12-118, полученных в реакциях с актинидными мишенями ши, 244Ри, 245Ст,24^ с ионами нейтропно-избыточного 48Са, подтверждают возможность существования «острова стабильности» вблизи протонных оболочек с Ъ= 114, 120, 122 и нейтронной оболочки с N=184. Одним из путей получения новых сверхтяжелых элементов с 2>118 является переход к более тяжелым налетающим ионам 50Т1,54Сг, 58Ее.

Однако, в реакциях с тяжелыми ионами, ведущих к образованию тяжелых и сверхтяжелых систем, процессы глубоко-неупругого рассеяния и квазиделения являются доминирующими каналами, в то время как вероятность образования составного ядра экстремально мала. Это связано с тем, что квазиделение подавляет процесс образования составного ядра.

Как известно, конкуренция между процессами полного слияния и квазиделения, главным образом, определяется контактной конфигурацией двойной ядерной системы, образованной взаимодействующими ядрами, где свойства входного канала, такие как массовая асимметрия, энергия взаимодействия, вносимый в систему угловой момент, деформация ядер, играют главенствующую роль.

Важно отметить, что процесс квазиделения экспериментально сложно отделить от реакций глубоко-неупругого рассеяния и процесса слияния-деления. Поэтому необходимо проводить эксперименты с измерением как можно большего числа наблюдаемых характеристик взаимодействия двух ядер, а именно, измерять массово-энергетические и угловые распределения фрагментов деления, а также изучать сопутствующую эмиссию легких частиц.

На сегодняшний день для описания процессов, протекающих в реакциях с тяжелыми ионами, существует несколько теоретических моделей, в рамках которых можно рассчитать динамику взаимодействия тяжелых ядер, оценить вероятности различных каналов реакции для таких систем. Однако, предсказания этих моделей сильно расходятся друг с другом и с экспериментальными данными.

Основной целью работы являлось исследование влияния свойств входного канала реакции на конкуренцию процессов слияния и квазиделения. В данной работе анализировалось влияние статической деформации ядра мишени, а также массовой асимметрии входного канала на динамику взаимодействия тяжелых ядер. Для такого рода исследований потребовалось усовершенствовать установку для измерения характеристик бинарных фрагментов реакции, что позволило извлекать информацию об угловых и массово-энергетических распределениях фрагментов, с высокой точностью разделять процессы слияния-деления и квазиделения и измерять сечения этих процессов.

На защиту выносятся следующие положения и результаты: 1. Модернизация установки для измерения характеристик бинарных фрагментов реакции, состоящей го двуплечевого времяпролетного спектрометра КОРСЕТ и ТоР-Е телескопов, и применение экспериментальной методики для определения массовых и энергетических распределений бинарных фрагментов реакции, а также их дифференциальных сечений под различными углами.

2. Результата измерений энергетических потерь фрагментов спонтанного

деления 252СГ, а также тяжелых ионов 48Са, 84Кг, шХе, 197Аи в различных материалах, а также созданная на основе полученных данных полуэмпирическая формула для расчета потерь энергии фрагментов при прохождении через различные среды.

3. Результаты измерений массово-энергетических распределений бинарных фрагментов, образующихся в следующих системах: 48Са+144Зт—>192РЬ, 40Са+1548т—+194РЬ, 48Са+,54Бт-202РЬ, 160+|8б\¥—<-202РЬ в широком диапазоне энергий возбуждения составных ядер от 30 до 100 МэВ, также массово - угловых распределений фрагментов реакций 48Са+,548т->202РЬ и 48Са+1448т-*192РЬ при двух энергиях ионов 48Са (вблизи Кулоновского барьера). Исследование массово-энергетических и угловых распределений для реакций 48Са+1448ш—>■ 192РЬ, 40Са+1548ш—>194РЬ, 48Са+1548т->202РЬ, а именно зависимость процесса квазиделения от статической деформации взаимодействующих ядер и влияние оболочечных эффектов на формирование фрагментов реакции.

4. Результаты измерений массово-энергетические распределения бинарных продуктов полученных в реакциях 44Са+20бРЬ, 64№+18б\\^, ведущих к образованию составного ядра 250№), при энергиях возбуждения составного ядра 30 и 40 МэВ, массово-угловых корреляций фрагментов этих реакций при энергии возбуждения составного ядра »40 МэВ, а именно зависимость процесса квазиделения от массовой асимметрии входного канала.

Научная новнзна и практическая ценность работы:

Созданная установка для измерения массово-энергетических и угловых распределений фрагментов реакций, а также разработанный анализ полученных распределений могут быть использованы для решения широкого класса задач, связанных с исследованием различных процессов, протекающих в реакциях с тяжелыми ионами. Полученные данные по потерям энергии тяжелых ионов в различных материалах необходимы для

уточнения различных моделей и программ для расчета энергетических потерь заряженных ионов при прохождении через вещество.

Впервые были измерены массово-энергетические и угловые распределения фрагментов деления и квазиделения для реакций 48Ca+144Sm-*I92Pb, 40Ca+l54Sm—>|94РЬ, 48Ca+,54Sm-202Pb, 16O+186W-202Pb и 44Ca+206Pb ->250No\ 64Ni+186W. Полученные в работе экспериментальные данные могут использоваться для проверки теоретических моделей, описывающих процесс взаимодействия тяжелых ядер в таких ядерных центрах, как ОИЯИ, GSI, RIKEN, Berkly и т.п.

Апробация работы и публикации:

Результаты диссертации докладывались на:

• Доклад - "The influence of entrance channel properties on quasifission", EXON - 2004, Peterhof, Russia, July 5-12, 2004;

• Доклад - "Heavy ion energy losses at energy range 0.1-6MeV/nucl.";Workshop on Stopping Power, 20.02.05 Odense, Denmark;

• Доклад - "The influence of entrance channel on reaction dynamics of compound nucleus 250No"; the Annual Meeting of the Finnish Physical Society, Espoo, 17-19 March 2005;

• Постер - "40,48Ca+l44'154Sm: influence of deformation and shells"; the Annual Meeting of the Finnish Physical Society; Espoo, 17-19 March 2005;

• Постер - "Slowing down of fission fragments in thin layers"; the Annual Meeting of the Finnish Physical Society; Espoo, 17-19 March 2005;

• Доклад - "The influence of entrance channel on reaction dynamics" DANF-2006, Smolenice Castle, Slovak Republic, 2-6 October 2006;

• Доклад - "40,48Ca+144'l54Sm: influence of deformation and shells on quasifission process", EXON-2006, Khaty-Mansiysk, West Siberia, Russia, 17-22 July 2006.

Материалы, вошедшие в диссертацию, достаточно полно опубликованы в 10-ти печатных работах, приведенных в конце реферата.

Объём и структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Диссертация содержит 111 страниц машинописного текста, включающих в себя 9 таблиц, 33 рисунка и список литературы из 89 наименований.

1. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Во введении определена актуальность и значимость изучаемых в работе проблем. Описана цель работы, её основные результаты, а также их научная и практическая ценность. Представлена информация о структуре диссертации, апробации работы, а также основные публикации, составившие содержание диссертации.

В первой главе дан краткий обзор предшествующих результатов исследования процессов, протекающих в реакциях с тяжелыми ионами, а также представлено теоретическое обоснование изучаемой проблемы.

Во второй главе описана применённая для измерений методика кинематических совпадений, основанная на измерение векторов скорости обоих фрагментов, а также на измерении скорости и энергии одного фрагмента.

Для разделения различных процессов, которые могут протекать в реакциях с тяжелыми ионами, таких как деление, квазиделение и др., помимо измерения массовых и энергетических распределений фрагментов, необходимы измерения их угловых распределений, а также характеристик эмиссии легких частиц в этих процессах. Измерения угловых распределений можно проводить с помощью 2У-метода, устанавливая времяпролетные плечи под корреляционными углами. Однако в реакциях с тяжелыми ионами переносная скорость составного ядра может достигать довольно больших значений. Это приводит к тому, что в лабораторной системе координат энергии фрагментов, вылетающих под большими углами относительно оси пучка, очень малы (порядка нескольких мегаэлектронвольт). Низкоэнергетичные фрагменты полностью тормозятся либо в веществе мишени, либо во входных окнах детекторов. В этом случае для измерения

углового распределения фрагментов реакции можно использовать одноплечевой ToF-E-метод.

С учетом всего вышесказанного, была усовершенствована установка для измерения характеристик бинарных фрагментов реакции [1], а именно, к двухплечевому времяпролетному спектрометру были добавлены ToF-E телескопы, позволяющие измерять дифференциальное сечение фрагментов реакции под разными углами. Спектрометр состоит из двух идентичных времяпролетных плеч для измерений скоростей обоих фрагментов реакции и нескольких ToF-E телескопов для измерений массы и энергии только одного из фрагментов бинарного процесса. Каждое времяпролетное плечо включает в себя стартовый и стоповый детекторы на основе МКП, a ToF-E телескоп -два детектора на основе МКП с электростатическим зеркалом и полупроводниковый детектор. Одновременно с фрагментами реакции измерялись события упругого рассеяния Резерфорда с помощью четырех поверхностно-барьерных детекторов, установленных под углами ~10° к оси пучка. Измерение не только скорости счета, но и энергетических спектров рассеянных ионов пучка позволяет контролировать как позицию пучка, так и его энергию. Дифференциальное сечение фрагментов реакции можно определить из следующего соотношения:

1 ' &Nman Anfis \dn) efffls'

где AN^íj- число фрагментов реакции, зарегистрированных в детекторе с телесным углом &QfiS и эффективностью регистрации efffis, ANmon- число событий упругого рассеяния, зарегистрированных в детекторе с телесным углом ДД„0П и эффективностью регистрации effmon, у—1 - сечение

упругого рассеяния Резерфорда.

В данной главе приведено краткое описание и даны основные параметры спектрометра, определенные с помощью тестовых экспериментов по измерению характеристик осколков спонтанного деления 252Cf. Подробно рассматривается процедура определения эффективности детекторов, используемых в спектрометре, а также алгоритм перевода измеряемых в эксперименте параметров в физические величины.

Особое внимание было уделено потерям энергии тяжелых зараженных частиц при прохождении через вещество, т.к. фрагменты реакции, проходя

через вещество мишени и фольги входных окон детекторов, теряют часть своей первоначальной энергии. Таким образом, в измеренные в эксперименте скорости и энергии фрагментов, необходимо вносить поправки, которые (для данного спектрометра) могут составлять до 10-15% от начальной энергии фрагмента. В связи с этим были проведены эксперименты по измерению потерь энергии фрагментов спонтанного деления 252С{ [2], а также тяжелых ионов 48Са, 84Кг, 132Хе, 197Аи [3] в различных материалах, а также получена на основе полученных данных полуэмпирическая формула для расчета потерь энергии фрагментов при прохождении через различные среды.

Е,МэВ/нукл

Рисунок 1. Потери энергии ионов 18Аг, 48Са, 84Кг, 132Хе, 197Аи в углеродной, никелевой и золотой пленках в сравнении с экспериментальными данными. (18Аг—; 48Са-<<; 84Кг-Д; 132Хе -!; 197Аи -о)

На рисунке 1 представлены полученные в результате расчета с использованием предложенной полуэмперической формулы (сплошные

линии) и экспериментальные данные. Видно, что в энергетическом интервале 0Д=10МэВ/нукл. экспериментальные данные описываются с достаточно высокой точностью (с ошибкой меньше 5%).

Третья и четвертая главы посвящены анализу и обсуждению полученных экспериментальных результатов.

В третьей главе приводится описание исследования массово-энергетических распределений бинарных фрагментов реакций 48Са+1448т—»192РЬ, 40Са+|548т—>194РЬ, 48Са+,548т->202РЬ, 16О+|86\У->202РЬ в широком диапазоне энергий возбуждения составных ядер от 30 до 100 МэВ, также массово - угловых распределений фрагментов реакций 48Са+1548т—*202РЬ и 48Са+1448т-*|92РЬ при двух энергиях ионов 48Са (вблизи Кулоновского барьера). Ядро самария, выбранное в данных реакциях в качестве мишени, имеет десять стабильных изотопов, начиная со 144, которое является сферическим, и заканчивая 154 сильнодеформированным ядром. Это дает возможность исследовать роль статической деформации сталкивающихся ядер на динамику их взаимодействия. Были измерены следующие реакции при энергиях возбуждения 30-120 МэВ:

1) 48Са+|448т—>192РЬ

(комбинация «ион-мишень» - сферическое-сферическое ядро);

2) 40Са+1548т—»194РЬ

(комбинация «ион-мишень» - сферическое - деформированное ядро);

3) 48Са+1548т—>202РЬ

(комбинация «ион-мишень» - сферическое- деформированное ядро).

Также измерялись продукты распада для реакции 160+186\У, приводящей к образованию того же составного ядра 202РЬ, что и в случае 3) системы.

Эксперименты проводились на ХТи TANDEM-ALPI ускорителе Национальной Лаборатории Ядерной Физики, Леньяро (Падуя) Италия в диапазоне энергий 76- 132 МэВ выведенного пучка 1бО с интенсивностью 10 рпА и 163 -252 МэВ для ионов Са интенсивностью 2-5 рпА. Мишени, используемые в данном эксперименте, изготовлялись путем напыления изотопов 154'1448т (толщиной 50-200мкг/см2 и обогащением 98.7%) и оксида

вольфрама l86W03 (толщиной 50-200мкг/см2 и обогащением 97.5%) на углеродные подложки толщиной 15-20 мкг/см2. В результате эксперимента измерялись массовые, энергетические и угловые распределения бинарных продуктов реакций, а также сечения процессов деления, квазиделения. Параллельно в данном эксперименте измерялись сечения продуктов испарения для реакции 48Ca+154Sm—>202РЬ [4].

Массово-энергетические распределения фрагментов реакции 160+186W [5] соответствуют предсказываемым моделью жидкой капли или диффузионной моделью распределениям для деления возбужденного составного ядра 202РЬ*. Массовое распределение имеет Гауссову форму, а кинетическая энергия фрагментов - параболическую зависимость от массы образовавшихся осколков деления, хорошо согласующуюся с систематикой Виолы, и не зависит от энергии возбуждения и углового момента составного ядра. Для этой реакции при измеренных энергиях > 48МэВ) не наблюдается проявления оболочечных эффектов в образующихся фрагментах.

На рисунке 2 представлены массово - энергетические распределения для реакции 48Ca+154Sm. Эти распределения при энергии E'CN = 49 МэВ сильно отличаются от распределений, полученных в реакции l60+186W при той же энергии возбуждения. Бинарные продукты реакции, выделенные контуром на М-ТКЕ матрице, в массовом диапазоне 55-145 а.е.м. можно идентифицировать как полностью термализованные (делительно-подобные) события. Для этих событий в массово - энергетических распределениях наблюдается повышенный выход в области асимметричных масс М=65 и 140а.е.м., так называемых «асимметричных плечей», по сравнению с распределениями фрагментов деления 202РЬ*, образованного в реакции 160+186W. Вклад этих «асимметричных плечей» составляет =30% при энергии вблизи Кулоновского барьера реакции и уменьшается с увеличением энергии налетающего иона. При большой энергии эта компонента практически неразличима в матрице фрагментов. Это связано с ее относительным малым вкладом (порядка 1%) в общее сечение и уширением массового распределения осколков деления с увеличением энергии возбуждения и углового момента составного ядра.

Симметричная компонента массового распределения фрагментов реакции 48Са+154Зш хорошо описывается Гауссовым распределением. Дисперсия этого распределения больше, чем в случае 160+186\У при той же энергии возбуждение составного ядра. Это уширение дисперсии объясняется влияние углового момента составного ядра. Зависимость (ТКЕ) от массы образованного фрагмента для системы 48Са+1548ш при энергии возбуждения Еси = 49 и 57 МэВ также сильно отличается в области асимметричных масс от параболической зависимости (сплошная линия на рис. 2 в)).

Примерно такое же поведение наблюдается в характеристиках фрагментов реакции 40Са+1548т, а именно, в области асимметричных масс наблюдается повышенный выход фрагментов реакции при энергиях Е*си =

56 и 60 МэВ. Кинетическая энергия для этих событий также отличается от параболической зависимости. Вклад этой компоненты в сечение всех делительно-подобных событий меньше, чем в случае реакции 48Са+1545т и составляет »10% при энергии вблизи Кулоновского барьера.

Анализ массово-угловых распределений для реакции 48Са+154Зт [6], подробно описанный в этой главе, показал, что для асимметричных фрагментов угловое распределение асимметрично относительно 90° в системе центра масс фрагментов. Для симметричных фрагментов реакции угловые распределения симметричны и имеют анизотропию, согласующуюся с расчетной для осколков деления составного ядра 202РЬ*. Это является следствием того, что асимметричные фрагменты в данной реакции образуются, главным образом, вследствие процесса квазиделения, в то время как симметричные - являются результатом деления составного ядра.

В случае реакции 48Са+144Зт [7] в массово - энергетических распределениях фрагментов не наблюдается никаких «асимметричных плечей» (см. рис. Зв). Следует отметить, что измерения проводились примерно при тех же возбуждениях и угловых моментах образующейся системы, однако в этой реакции мишень является сферической в отличие от реакций с использованием 1543т. Кроме того, угловые распределения, измеренные для этой реакции, симметричны и хорошо описываются в рамках

моделей для вычисления угловых распределений осколков деления составного ядра для всех фрагментов.

48.

Ca + 154Sm->^Pb

63 57

202г

^(МэВ)=95

49

60 '110' iBo 60 lío 1 éó ¿o 'ióo iéo 60 iio'~i© масса фрагмента (аам)

Рисунок 2. Массово-энергетические распределение фрагментов реакции 48Са+1548т при различных энергиях возбуждения: а) двумерные матрицы выходов бинарных продуктов реакции в зависимости от их массы и кинетической энергии М-ТКЕ; б) экспериментальное массовое распределение (точки) для делительно-подобных продуктов, выделенных контуром на матрице М-ТКЕ и описание массового распределения распределением Гаусса (сплошные линии); в) средняя кинетическая энергия {ТКЕ) в зависимости от массы фрагмента (точки) для событий, выделенных тем же контуром.

Рисунок 3. Массовые распределения фрагментов реакций 48Са+144'1548т, 40Са+|548т при энергии вблизи Кулоновского барьера.

Таким образом, в случае реакции 48Са+1448ш (два сферических ядра) при энергиях вблизи и выше Кулоновского барьера процесса квазиделения не обнаружено. На рисунке 3 показаны массовые распределения для реакций 40'48Са+1548т и 48Са+144Зт, где стрелками показано положение замкнутых оболочек с 7=28, 50 и N=50, 82 и дополнительных к этим оболочкам масс, рассчитанных в простом предположении сохранения зарядовой плотности.

Для реакции 48Ca+154Sm (рис. За)) основная часть квазиделительной компоненты лежит в области масс с ZL=28 NH=82. Следовательно, имеется указание на то, что для фрагментов с массой М, = 60-75 а.е.м. и

дополнительного к нему с Мн = 130-145 а.е.м., где наблюдается

доминирование процесса квазиделения, оболочечные эффекты как легкого, так и тяжелого фрагментов играют существенную роль в динамике реакции. В случае реакции 40Ca+154Sm, ведущей к формированию нейтронно-дефицитного составного ядра 194РЬ*, оболочечные эффекты фрагментов выражены слабее в процессе квазиделения (см. рис. 36). Для реакции 48Ca+144Sm, где не наблюдается асимметричная квазиделительная компонента, замкнутые оболочки с Nh=50 и ZH=50 соответствуют симметричным фрагментам (см. рис. 3 в).

На рисунке 4 приведены сечения процессов слияния-деления, квазиделения и сечение образования остатков испарения (ER), измеряемых в этом же эксперименте параллельно бинарным продуктам распада при тех же энергиях. Информация о сечениях слияния-деления и остатков испарения позволила получить сечения слияния для составного ядра 202РЬ* [8], полученного в реакции 48Ca+l54Sm. Из рисунка 4 видно, что сечение для процесса квазиделения увеличивается с возрастанием энергии столкновения вплоть до энергий Ест =150 МэВ и приходит в насыщение при больших

энергиях при значениях ~40мб. Следует отметить, что барьер взаимодействия для компактных и некомпактных конфигураций составляет 149.7 и 129.1МэВ, соответственно. Таким образом, в данных системах статическая деформация ядра мишени самария определяет дальнейшую динамику взаимодействия. Вероятность слияния сильно подавлена при некомпактных столкновениях ниже барьера BBass процессом квазиделения. При энергиях выше барьера все

ориентации мишени дают вклад в сечение реакции и компактные столкновения ведут, главным образом, к формированию составного ядра. Такая интерпретация качественно соответствует модели, предложенной Хайндом для объяснения аномально большой анизотропии осколков реакций с тяжелыми ионами при энергиях вблизи и ниже барьера.

|| . . . I . I ... I

130 150 170 190

ЕслЛМеУ)

Рисунок 4. Сечения образования остатков испарения, слияния-деления и квазиделения в реакции 48Са+|54Зш.

В четвертой главе представлены результаты исследования влияния массовой асимметрии входного канала на конкуренцию процессов слияния-деления и квазиделения в реакциях 44Са + 20бРЬ и 64№ + 186\\7, ведущих к образованию составного ядра 250Кк)\

Изучение тяжело-ионных реакций, ведущих к образованию составных систем с Ъ >100, представляют большой интерес, т.к. эти ядра принадлежат к классу трансфермиевых элементов, стабильность которых главным образом определяется оболочечными эффектами, также как и в случае сверхтяжелых элементов.

Эксперимент проводился на циклотроне К-130 Университета г. Ювяскуля, Финляндия. Ток пучка на мишени составляла «2-5рпА. Мишени, используемые в данном эксперименте, изготовлялись путем напыления

изотопов 20бРЬ (150мкг/см2) и оксида вольфрама 18б\У03 (150мкг/см2) на углеродную подложку толщиной 40 мкг/см2.

В результате эксперимента были измерены массово-энергетические распределения бинарных продуктов полученных в реакциях 44Са+206РЬ ->25&Мо\ 64Ni+18бW ->250Мо*[9] при энергиях возбуждения составного ядра 30 и 40 МэВ. При этих условиях составное ядро имеет примерно одинаковое возбуждение и угловой момент. Таким образом, характеристики процесса слияния-деления в этих реакциях не должны сильно отличаться.

Массово-энергетические характеристики для реакций 44Са + 206РЬ и 64№ + представленные на рисунке 5, очень сильно отличаются друг от друга. В случае 44Са + 20бРЬ распределения осколков для симметричных масс с АС]\|/2 ±30 имеют форму, близкую к Гауссовой, зависимость <ТКЕ>(М) -параболическую форму. Как это уже отмечалось выше, такое поведение указанных характеристик осколков являются типичным для деления нагретых ядер и предсказывается моделью жидкой капли или диффузионной моделью, когда оболочечные свойства делящегося ядра становятся несущественны.

Однако, при более низкой энергии возбуждения (Е*~30МэВ) хорошо видно, что массовое распределение для области фрагментов с Асм/2±30 а.е.м. имеет более сложную структуру [10]. Это означает, что деление 230Ыо, хотя в целом по свойствам близко к жидкокапельному, имеет структурные особенности, характерные для низкоэнергетического деления (см. разложение на массовых распределениях рис.5).

В то же время, в реакции 44Са + 206РЬ для легких осколков с массами 65 < М[. < 100 и им ответных тяжелых в массовом распределении наблюдаются «плечи» - повышенный выход продуктов реакции по сравнению с тем, который ожидается для деления составного ядра. Эти события также трудно отнести и к глубоконеупругому процессу, так как они находятся в матрице осколков, т. е. осколочно-подобны, хотя слева и справа от этой области наблюдается плавный переход к событиям глубоконеупругих передач и деления составного ядра. В области масс осколков, где доминируют «плечи», для всех энергий ионов наблюдается повышенное ТКЕ по сравнению с систематикой Виолы для деления составного ядра.

Измерения угловых распределений для этой группы фрагментов показали сильную асимметрию «вперед-назад», которая является характерной чертой процесса квазиделения. В то же время, для симметричных фрагментов угловые распределения хорошо согласуются с расчетами для деления составного ядра.

Е = 30 Ме V Ев 40 Ме V Е= 30 Ме V Ев 40 Ме V

60 90 1201501«) 60 00 120150180 «I <«>12015(1780 Ы) 90 120150180210

масса, а.е.м.

Рисунок 5. Массово-энергетические распределения продуктов реакций 44Са+20бРЬ и при энергиях возбуждения составного ядра ~30 и »40

МэВ.

В отличие от реакции с ионами 44Са, вклад асимметричных квазиделительных фрагментов в массовое распределение делительно-подобных продуктов, образованных в реакции 64№ + значительно

возрастает. Основным процессом распада такой системы становится процесс квазиделения. Так же как и в случае ионов 44Са, квазиделительные пики в

реакции б4№ + 18бW формируются, главным образом, в районе масс, соответствующих замкнутым нейтронным и протонным оболочкам Ъ = 28 и N = 50 и деформированной нейтронной оболочки N=88.

Из угловых распределений осколочно-подобных фрагментов, образованных в реакции б4№ + 186\У было обнаружено, что для симметричных фрагментов кроме компоненты с анизотропией, соответствующей процессу слияния-деления составного ядра при данном угловом моменте и энергии возбуждения, присутствует также небольшой вклад -10%, характеризующийся большей анизотропией, соответствующий процессу квазиделения.

Из массово-угловых корреляций фрагментов реакций следует, что составная система, ведущая к асимметричному разделению (А » 80 а.е.м.), образуемая в обеих реакциях живет меньше, чем один ее оборот. Используя угловые распределения (через угол поворота составной системы АО) можно оценить время реакции. Для асимметричной группы масс, где основным каналом реакции является процесс квазиделения, время реакции составляет порядка ~4хЮ"21с. Этого времени недостаточно даже на уравновешивание массовой степени свободы взаимодействующей системы.

Как уже было отмечено выше, для симметричного разделения масс угловое распределения симметрично относительно 90° для обеих систем. Это означает, что образованное ядро существовало довольно долго, для того чтобы совершить несколько поворотов до того, как разделиться. Оцененное время жизни такой системы больше, чем ЗхЮ"20с для обеих изучаемых систем. Таким образом, время существования такой системы сравнимо с временем, необходимым для процесса слияния-деления составного ядра. Это еще раз доказывает предположение о том, что основной процесс, ведущий к распаду на симметричные фрагменты, является процесс слияния-деления составного ядра даже в случае более симметричной реакции б4№ + 18б\У\

Из совокупного анализа массовых, энергетических и угловых распределений было показано, что в более симметричной реакции б4№ + 186АУ относительный вклад процесса слияния-деления в общее сечение захвата составляет только порядка 30%, основным процессом является

квазиделение, в то время, как в реакции 44Са + 20бРЬ сечение слияния-деления составляет около 70%.

В заключении изложены основные результаты, полученные в данной диссертационной работе:

• Для решения поставленной задачи была усовершенствована установка CORSET. Были добавлены ToF-E телескопы для измерения массово-угловых распределений бинарных продуктов реакции, что позволило разделить фрагменты, соответствующие процессам деления и квазиделения.

• Для определения величины энергии, теряемой фрагментами при прохождении через вещество мишени и входных окон детекторов, были проведены эксперименты по измерению потерь энергии фрагментов спонтанного деления 252Cf, а также тяжелых ионов 48Са, 84Kr, |32Хе, ,97Au в различных материалах. На основе измеренных данных была получена полуэмпирическая формула для расчета потерь энергии фрагментов при прохождении через различные среды.

• Были измерены массово - энергетические распределения фрагментов реакций 160+186W, 40Ca+154Sm, 48Ca+l44 154Sm в широком диапазоне энергий возбуждения составных ядер от 30 до 100 МэВ. Также были проведены измерения массово-угловых распределений фрагментов реакций 48Ca+144'154Sm при энергиях вблизи Кулоновского барьера. Из анализа массовых, энергетических и угловых распределений было установлено, что для всех изученных реакций основным процессом, ведущему к образованию симметричных фрагментов, является слияние-деление составного ядра. Однако, для реакций с деформированной мишенью 154Sm (40,48Ca+154Sm) в области асимметричных масс наблюдается повышенный выход фрагментов, связанный с проявлением процесса квазиделения.

• Квазиделительные фрагменты, образованные в реакциях 40,48Ca+154Sm группируются вблизи масс, имеющих магическое число протонов или нейтронов. Так, для реакции 48Ca+l54Sm основная часть асимметричной компоненты лежит в области масс с ZL=28 NH=82. В случае реакции 40Ca+154Sm, ведущей к формированию нейтронно-дефицитного

составного ядра 194Pb\ оболочечные эффекты фрагментов выражены слабее, тем не менее, оболочки с ZL=28 ZH=50 играют заметную роль в формировании фрагментов реакции.

• Было показано, что вклад квазиделения уменьшается с увеличением энергии ионов в реакциях 40'48Ca+154Sm, однако, в случае ионов 48Са этот вклад значительно больше, чем ионов 40Са, что обусловлено различием в величине параметра массовой асимметрии входного канала. В то же время, асимметрия входного канала для реакции 48Ca+144Sm меньше, чем для 48Ca+154Sm, однако, процесса квазиделения для этой реакции не было обнаружено. Таким образом, в этих системах определяющую роль на проявление процесса квазиделения играет статическая деформация ядра мишени l54Sm.

• Были измерены массово-энергетические и угловые распределения фрагментов реакции, образованных в системах 44Са+20бРЬ и 64Ni+186W, ведущих к образованию одного и того же составного ядра 250No при энергиях возбуждения 30 и 40МэВ. В массовых распределениях продуктов реакции наблюдаются события процесса квазиделения в области легких осколков с массами 65 <, Ml ^ 100. Эти фрагменты формируются, главным образом, в районе масс, соответствующих замкнутым нейтронным и протонным оболочкам Z = 28 и N = 50 и деформированной нейтронной оболочки N=88.

• Было показано, что в более симметричной реакции 64Ni + l86W относительный вклад процесса слияния-деления в общее сечение захвата составляет только -30%, основным процессом является квазиделение, в то время, как в реакции 44Са + 20бРЬ сечение слияния-деления составляет около 70%.

Список публикаций с основными результатами диссертации.

[1] Э.М. Козулин, A.A. Богачев, М.Г. Иткис, Ю.М. Иткис, Г.Н. Княжева, H.A. Кондратьев, JI. Крупа, И.В. Покровский, Е.В. Прохорова Времяпролетный спектрометр CORSET для измерения бинарных продуктов реакций, Приборы и техника эксперимента, Т. 51, В.1 (2008) С 44-58.

[2] G.N. Knyazheva, S.V. Khlebnikov, E.M. Kozulin, T.E. Kuzmina, V.G. Lyapin, M. Muttere, J. Perkowski, W.H. Trzaska Energy losses of 252Cf fission fragments in thin foils, Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B248 (2006), 7-15.

[3] J. Perkowski, J. Andrzejewski, A. Climent-Font, G. Knyazheva, V. Lyapin, T. Malkiewicz, A. Munoz-Martin, W.H. Trzaska Stopping power measurement of 48Ca in a broad energy range in solid absorbers, Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. B 249 (2006), 55-57.

[4] A.M.Stefanini, M.Trotta, B.R.Behera, L.Corradi, E.Fioretto, A.Gadea, A.Latina, S.Szilner, Y.W.Wu, S.Behera, G.Montagnoli, F.Scarlassara, A.Yu.Chizhov, I.M.Itkis, N.A.Kondratiev, I.V.Pokrovsky, R.N.Sagaidak, G.N.Kniajeva, E.M.Kozulin, V.M.Voskressensky, S.Courtin, F.Haas, N.Rowley Fusion-evaporation cross sections for 48Ca+'54Sm near the Coulomb barrier, Eur. Phys. J. A23 (2005), 473-4

[5] G.N. Knyazheva, E.M. Kozulin, R.N. Sagaidak, M.G. Itkis, N.A. Kondratiev, A.M. Stefanini, B.R. Behera, L. Corradi, E. Fioretto, A. Gadea, A. Latina, S. Szilner, M. Trotta, S. Beghini, G. Montagnoli, F. Scarlassara, F. Haas, N. Rowley, P.R.S. Gomes, A. Szanto de Toledo, 40'48Ca+144J54Sm:Deformatiom and Shell, "EXON-2006", Khanty-Mansiysk, Russia 17-22 July 2006, Eds.:Yu. E. Penionzhkevich, E.A. Cherepanov, Melville, New York (2007) 185-195.

[6] G.N.Knyazheva, E.M.Kozulin, R.N.Sagaidak, A.Yu.Chizov, M.G.Itkis, N.A.Kondratiev, V.M.Voskressensky, A.M.Stefanini, B.R.Behera, L.Corradi,

E.Fioretto, A.Gadea, A.Latina, S.Szilner, M.Trotta, S.Beghini, G.Montagnoli,

F.Scarlassara, F.Haas, N.Rowley Quasi-fission process in 40,48Ca+I44,ls4Sm reactions, Phys. Rev. C75 (2007) p. 064602 (13 pages).

[7] M.G. Itkis, J. Aysto, S. Beghini, A.A. Bogachev, L. Corradi, O. Dorvaux, A. Gadea, G. Giardina, F. Hanappe, I.M. Itkis, M. Jandel, J. Kliman, S.V. Khlebnikov, G.N. Kniajeva, N.A.Kondratiev, E.M. Kozulin, L. Krupa, A. Latina, T. Materna, G. Montagnoli, Yu.Ts.Oganessian, I.V. Pokrovsky, E.V. Prohkorova, N. Rowley, V.A.Rubchenya, A.Ya.Rusanov, R.N.Sagaidak, F.Scarlassara, A.M.Stefanini, L.Stuttge, S.Szilner, M.Trotta, W.H.Trzaska, D.N.Vakhtin, A.M.Vinodkumar, V.M.Voskressesnsky, V.I.Zagrebaev Shell

effects in fission and quasi-fission of heavy and superheavy nuclei, Nucl. Phys. A 734 (2004) 136-147.

[8] M.Trotta, A.M.Stefanini, L.Corradi, E.Fioretto, A.Gadea, S.Szilner, S.Beghini, G.Montagnoli, F.Scarlassara, A.Yu.Chizhov, I.M.Itkis, G.N.Kniajeva, E.M.Kozulin, N.A.Kondratiev, I.V.Pokrovsky, R.N.Sagaidak, V.M.Voskressensky, S.Courtin, O.Dorvaux, F.Haas, N.Rowley Fusion of 4SCa+'54Sm near the Coulomb barrier: enhancement vs. Suppression, Nucl. Phys. A 734 (2004) 245-248.

[9] Г.Н. Княжева, M. Г. Иткис, E. M. Козулин, В.Г. Ляпин, B.A. Рубченя, В.Трзаска, C.B. Хлебников Влияние входного канала реакции на образование и распад составного ядра 250No, Письма в ЭЧАЯ, 143, вып. 1 (2008), с. 40-52.

[10] G.N. Knyazheva, A.Yu. Chizhov, M.G. Itkis, N.A. Kondratiev, E.M.Kozulin, R.N. Sagaidak, V.M. Voskressensky, B.R. Behera, L. Corradi, E. Fioretto, A. Gadea, A. Latina, A.M. Stefanini, S. Szilner, S. Beghini, G. Montagnoli, F. Scarlassara, M. Trotta, V.A. Rubchenya, V.G. Lyapin, W.H. Trzaska The influence of entrance channel properties on quasifission, In: Proc of International Symposium on Exotic Nuclei, "EXON-2004", Peterhof, 5-12 July 2004, Eds.:Yu. E. Penionzhkevich, E.A. Cherepanov, World Scientific, Singapure (2005) 333-338.

Получено 6 февраля 2009 г.

Отпечатано методом прямого репродуцирования с оригинала, предоставленного автором.

Подписано в печать 09.02.2009. Формат 60 х 90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,49. Тираж 100 экз. Заказ № 56497.

Издательский отдел Объединенного института ядерных исследований 141980, г. Дубна, Московская обл., ул. Жолио-Кюри, 6. E-mail: publish@jinr.ru •www.jinr.ru/publish/