中能重离子引起的碎裂及转移反应研究

重离子核反应机制的研究一直是人们关注的课题。入射能量较低时，集体效应占主要地位，反应为熔合反应及深部非弹性碰撞，实验可用平均场理论进行解释。当入射能量较高时，平均场效应消失，核子-核子碰撞起主要作用，实验可用参加者-旁观者模型来描述。中能区（10-100 MeV/u）的重离子反应既具有低能下一体耗散的特点，又具有高能下核子-核子碰撞的特征，由于作用时间短，非平衡现象变得很重要。在这一能区，多种反应机制共存并相互竞争。对这一能区的重离子核反应制的研究将有助于我们更清楚地了解原子核的结构。为此，我们在兰州重离子加速器HIRFL上进行了46.7 MeV/u ~(12)C引起的重离子反应中前方向出射产物的测量，着重讨论了周边反应中的弹核碎裂和转移反应以及它们的相互竞争。实验中用46.7 MeV/u ~(12)C束流轰击四种靶核：~(58)Ni、~(64)Ni、~(115)In和~(197)Au。通过对前方向出射的类弹碎片的测量，发现它们的平行动量分布宽度满足Goldhaber关系式，提取的约化平行动量分布宽度σ_0 = 80 ± 10 MeV/c，与相对论情形下的值接近，并且σ_0对于各种反应系统均相同。反应中弹核碎裂产物的最可几能量可用Abrasion图象来解释。对于质量接近弹核的类弹碎片，将碎裂部分和转移部分分开后，提取的转移部分的约化平行动量分布宽度为44 ± 10 MeV/c，这比弹核碎裂部分的宽度要窄，说明转移反应比弹核裂受到相空间中更严格的限制。弹核碎裂和转移反应的几率都随靶核质量增加而增加，并且与被转移结团的结构有关。转移反应主要对弹核附近的类弹碎片有贡献，当类弹碎片质量与弹核质量相差较大时，主要是弹核碎裂的贡献。对反应中的同位素产额分布也进行了分析，结果表明，类弹碎片的同位素分布对靶核有依赖关系，当靶核的N/Z增加时，产物的N/Z也增加，并且低能部分的N/Z比高能部分的N/Z要大。当角度变大时，~7Li/~6Li、~9Be/~7Be、~(11)B/~(10)B等同位素产额比随之变化，低能部分变化缓慢，高能部分则变化明显。产物的同位素产额分布或同位素产额比反映了系统由非平衡向平衡演化的过程。实验中对于BaF_2晶体与半导体组成的望远镜探测器的性能进行了测量。圆柱形BaF_2晶体后配以XP2020Q型光电倍增管，输出信号送入不同的QDC，以获得BaF_2中光输出的快慢成分。ΔE-E方法可以得到较好的元素鉴别，即使对低能的p、d、t也能分开，用快慢成分关联方法可对较高能量的轻带电粒子很好地鉴别。入射离子越重，相同能量的离子在BaF_2晶体中引起的光输出越小。BaF_2对入射离子的响应在较大的能区内是线性的，在低能时存在轻微的非线性。对80 cm大面积位置灵敏电离室与一维位置灵敏塑料闪烁体组成的探测系统首次在中能重离子反应中进行了测试。电离室可以测量较重的低能离子，有较好的粒子鉴别能力，能给出能量信息及两维位置信息。闪烁体则使得该系统可用于较高能量轻带电粒子的测量，它能给出能量吸一维位置信息，与电离室配合可以进行元素鉴别。它将在以后的中能重离子实验中得到广泛的应用