重离子核反应

2016/11/10 13:26:29

重离子是具有结构的复合粒子，它所引起的核反应机制在某些重要方面同轻离子核反应有很大的差别。人们还可以根据研究的需要,选择各种靶核和弹核的结合，这也是重离子核反应的一个独特的优点。

重离子相对运动的德布罗意波长λ 很短，典型的量级为1/10fm。比原子核的直径小得多，然而对于4MeV的质子同样轰击Th，则 λ≈2.25fm，比重离子的德布罗意波长大得多。因此，重离子碰撞过程的典型情况可以利用经典粒子碰撞的轨道图像来描述(图1),重离子碰撞过程的反应机制可以按照碰撞参量b或轨道角动量l来进行分类,即随着b或l的减少，两个原子核的相互作用由表面到内部,顺次发生弹性散射、非弹性散射(主要是库仑激发)、转移反应(重离子核反应中一般将弹性散射、非弹性散射和转移反应统称为准弹性散射)、重离子深部非弹性碰撞和全熔合反应(有时随着b的减小,会先发生全熔合反应,后发生深部非弹性碰撞)。它们的反应截面随着碰撞系统轨道角动量l值的分布的典型情况可用图2和表来表示。

准弹性散射

重离子弹性散射基本上是库仑散射和黑体衍射的组合，如果用核反应光学模型势计算弹性散射角分布和吸收截面则可以获得同实验基本符合的结果。但是重离子光学势参量的不确定性很大，难以给出确定的物理解释。

因为库仑激发的几率同核电荷数 Z的二次方成正比，故用重离子进行库仑激发远比轻离子有效得多，在擦边碰撞中,也通过核力作用激发靶核或弹核的集体运动,这些非弹性散射是研究原子核集体运动的一种途径。在重离子转移反应中,转移的核子数从一个、两个、三个、......到很多个都有可能，从而提供了研究两个、三个、四个乃至更多的核子结合成大块核物质转移的可能性。两个重离子核表面相互接触掺进越深,转移的核子数越多,能量和角动量的转移也就越多。这是用重离子转移反应来研究原子核表面结构的有利的方面。但是这种研究在理论处理上还有不少困难，首先是重离子核反应的开道很多，而不同道之间又有耦合，质量转移可以是一步完成，也可能是多步转移，加之必须考虑反冲效应，有限力程效应等，因而数值计算较繁。其次，在实验结果的分析中,必须把经典动力学效应(如Q窗效应等)正确地考虑进去，才能可靠地揭示原子核的结构。以上这些问题还有待于逐步解决。

非弹性碰撞

正处于少数自由度参与反应的直接核反应和全熔合反应之间的过渡区域，是一种非平衡态的过程。实验上已经揭示出各种宏观物理量如能量、质量、电荷、角动量、中子质子比、角分布随相互作用时间而弛豫的一些规律，以及它们之间的一些互相制约关系。理论上用经典动力学方程，非平衡态统计理论等对以上现象进行了一些计算和解释。但整个研究工作还仅是个开始，问题相当复杂。因为一个强相互作用量子多体系统的非平衡态过程,牵涉的因素很多,例如造成能量耗散的原因有原子核的集体激发、核子激发、核子交换等。而且对不同的反应系统和不同的反应阶段，这些因素的主次关系不同。如何正确地区分和处理这些效应，实验上、理论上都还有困难。此外，原子核又是个粒子数不太多的多体系统，因此更有其特殊性。由于以上种种原因，深部非弹性碰撞仍是重离子核反应的一个主要研究领域。

全熔合反应

当l<l cr时，体系发生全熔合反应。全熔合是一个很复杂的动力学过程。但是简单的经典模型就可以给出截面随入射粒子能量变化的基本特征。当能量很高或两个重核相碰时,简单的模型不很适用,反应机制还有待进一步研究。

全熔合反应生成的复合核，一般都处在高自旋态和高激发态，因此是研究高自旋态的一个途径。复合核经过蒸发若干个粒子，形成远离β稳定线的缺中子核。这是产生远离β稳定线核素的一种有效方法。