重離子核反應(yīng)

2016/11/10 13:26:29

重離子是具有結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子，它所引起的核反應(yīng)機(jī)制在某些重要方面同輕離子核反應(yīng)有很大的差別。人們還可以根據(jù)研究的需要,選擇各種靶核和彈核的結(jié)合，這也是重離子核反應(yīng)的一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

重離子相對(duì)運(yùn)動(dòng)的德布羅意波長(zhǎng)λ 很短，典型的量級(jí)為1/10fm。比原子核的直徑小得多，然而對(duì)于4MeV的質(zhì)子同樣轟擊Th，則 λ≈2.25fm，比重離子的德布羅意波長(zhǎng)大得多。因此，重離子碰撞過程的典型情況可以利用經(jīng)典粒子碰撞的軌道圖像來描述(圖1),重離子碰撞過程的反應(yīng)機(jī)制可以按照碰撞參量b或軌道角動(dòng)量l來進(jìn)行分類,即隨著b或l的減少，兩個(gè)原子核的相互作用由表面到內(nèi)部,順次發(fā)生彈性散射、非彈性散射(主要是庫侖激發(fā))、轉(zhuǎn)移反應(yīng)(重離子核反應(yīng)中一般將彈性散射、非彈性散射和轉(zhuǎn)移反應(yīng)統(tǒng)稱為準(zhǔn)彈性散射)、重離子深部非彈性碰撞和全熔合反應(yīng)(有時(shí)隨著b的減小,會(huì)先發(fā)生全熔合反應(yīng),后發(fā)生深部非彈性碰撞)。它們的反應(yīng)截面隨著碰撞系統(tǒng)軌道角動(dòng)量l值的分布的典型情況可用圖2和表來表示。

準(zhǔn)彈性散射

重離子彈性散射基本上是庫侖散射和黑體衍射的組合，如果用核反應(yīng)光學(xué)模型勢(shì)計(jì)算彈性散射角分布和吸收截面則可以獲得同實(shí)驗(yàn)基本符合的結(jié)果。但是重離子光學(xué)勢(shì)參量的不確定性很大，難以給出確定的物理解釋。

因?yàn)閹靵黾ぐl(fā)的幾率同核電荷數(shù) Z的二次方成正比，故用重離子進(jìn)行庫侖激發(fā)遠(yuǎn)比輕離子有效得多，在擦邊碰撞中,也通過核力作用激發(fā)靶核或彈核的集體運(yùn)動(dòng),這些非彈性散射是研究原子核集體運(yùn)動(dòng)的一種途徑。在重離子轉(zhuǎn)移反應(yīng)中,轉(zhuǎn)移的核子數(shù)從一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、......到很多個(gè)都有可能，從而提供了研究?jī)蓚�(gè)、三個(gè)、四個(gè)乃至更多的核子結(jié)合成大塊核物質(zhì)轉(zhuǎn)移的可能性。兩個(gè)重離子核表面相互接觸摻進(jìn)越深,轉(zhuǎn)移的核子數(shù)越多,能量和角動(dòng)量的轉(zhuǎn)移也就越多。這是用重離子轉(zhuǎn)移反應(yīng)來研究原子核表面結(jié)構(gòu)的有利的方面。但是這種研究在理論處理上還有不少困難，首先是重離子核反應(yīng)的開道很多，而不同道之間又有耦合，質(zhì)量轉(zhuǎn)移可以是一步完成，也可能是多步轉(zhuǎn)移，加之必須考慮反沖效應(yīng)，有限力程效應(yīng)等，因而數(shù)值計(jì)算較繁。其次，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析中,必須把經(jīng)典動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(如Q窗效應(yīng)等)正確地考慮進(jìn)去，才能可靠地揭示原子核的結(jié)構(gòu)。以上這些問題還有待于逐步解決。

非彈性碰撞

正處于少數(shù)自由度參與反應(yīng)的直接核反應(yīng)和全熔合反應(yīng)之間的過渡區(qū)域，是一種非平衡態(tài)的過程。實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)揭示出各種宏觀物理量如能量、質(zhì)量、電荷、角動(dòng)量、中子質(zhì)子比、角分布隨相互作用時(shí)間而弛豫的一些規(guī)律，以及它們之間的一些互相制約關(guān)系。理論上用經(jīng)典動(dòng)力學(xué)方程，非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論等對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行了一些計(jì)算和解釋。但整個(gè)研究工作還僅是個(gè)開始，問題相當(dāng)復(fù)雜。因?yàn)橐粋�(gè)強(qiáng)相互作用量子多體系統(tǒng)的非平衡態(tài)過程,牽涉的因素很多,例如造成能量耗散的原因有原子核的集體激發(fā)、核子激發(fā)、核子交換等。而且對(duì)不同的反應(yīng)系統(tǒng)和不同的反應(yīng)階段，這些因素的主次關(guān)系不同。如何正確地區(qū)分和處理這些效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)上、理論上都還有困難。此外，原子核又是個(gè)粒子數(shù)不太多的多體系統(tǒng)，因此更有其特殊性。由于以上種種原因，深部非彈性碰撞仍是重離子核反應(yīng)的一個(gè)主要研究領(lǐng)域。

全熔合反應(yīng)

當(dāng)l<l cr時(shí)，體系發(fā)生全熔合反應(yīng)。全熔合是一個(gè)很復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過程。但是簡(jiǎn)單的經(jīng)典模型就可以給出截面隨入射粒子能量變化的基本特征。當(dāng)能量很高或兩個(gè)重核相碰時(shí),簡(jiǎn)單的模型不很適用,反應(yīng)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

全熔合反應(yīng)生成的復(fù)合核，一般都處在高自旋態(tài)和高激發(fā)態(tài)，因此是研究高自旋態(tài)的一個(gè)途徑。復(fù)合核經(jīng)過蒸發(fā)若干個(gè)粒子，形成遠(yuǎn)離β穩(wěn)定線的缺中子核。這是產(chǎn)生遠(yuǎn)離β穩(wěn)定線核素的一種有效方法。