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)的一個獨特的優(yōu)點。

重離子相對運動的德布羅意波長λ 很短，典型的量級為1/10fm。比原子核的直徑小得多，然而對于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)機制可以按照碰撞參量b或軌道角動量l來進行分類,即隨著b或l的減少，兩個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)稱為準彈性散射)、重離子深部非彈性碰撞和全熔合反應(yīng)(有時隨著b的減小,會先發(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)軌道角動量l值的分布的典型情況可用圖2和表來表示。

準彈性散射

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)模型勢計算彈性散射角分布和吸收截面則可以獲得同實驗基本符合的結(jié)果。但是重離子光學(xué)勢參量的不確定性很大，難以給出確定的物理解釋。

因為庫侖激發(fā)的幾率同核電荷數(shù) Z的二次方成正比，故用重離子進行庫侖激發(fā)遠比輕離子有效得多，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動,這些非彈性散射是研究原子核集體運動的一種途徑。在重離子轉(zhuǎn)移反應(yīng)中,轉(zhuǎn)移的核子數(shù)從一個、兩個、三個、......到很多個都有可能，從而提供了研究兩個、三個、四個乃至更多的核子結(jié)合成大塊核物質(zhì)轉(zhuǎn)移的可能性。兩個重離子核表面相互接觸摻進越深,轉(zhuǎn)移的核子數(shù)越多,能量和角動量的轉(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)值計算較繁。其次，在實驗結(jié)果的分析中,必須把經(jīng)典動力學(xué)效應(yīng)(如Q窗效應(yīng)等)正確地考慮進去，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。實驗上已經(jīng)揭示出各種宏觀物理量如能量、質(zhì)量、電荷、角動量、中子質(zhì)子比、角分布隨相互作用時間而弛豫的一些規(guī)律，以及它們之間的一些互相制約關(guān)系。理論上用經(jīng)典動力學(xué)方程，非平衡態(tài)統(tǒng)計理論等對以上現(xiàn)象進行了一些計算和解釋。但整個研究工作還僅是個開始，問題相當(dāng)復(fù)雜。因為一個強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)，實驗上、理論上都還有困難。此外，原子核又是個粒子數(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)的一個主要研究領(lǐng)域。

全熔合反應(yīng)

當(dāng)l<l cr時，體系發(fā)生全熔合反應(yīng)。全熔合是一個很復(fù)雜的動力學(xué)過程。但是簡單的經(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)能量很高或兩個重核相碰時,簡單的模型不很適用,反應(yīng)機制還有待進一步研究。

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)的一個途徑。復(fù)合核經(jīng)過蒸發(fā)若干個粒子，形成遠離β穩(wěn)定線的缺中子核。這是產(chǎn)生遠離β穩(wěn)定線核素的一種有效方法。