[論文レビュー] Intermediate-mass fragments from fission and multifragmentation in the spallation of 136Xe

P. Napolitani, Konrad Schmidt+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2008

Nuclear Physics and Applications被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、1 GeV/nucleonの136Xeスパラレーションにおける中程度質量フラグメント（IMF）生成における核分裂とマルチフラグメンテーションの寄与を、包括的運動量および同位体観測量を用いて同定および定量した。運動量スペクトルと同位体断面積を崩壊モードと関連付けることで、核分裂とマルチフラグメンテーションに特徴的な明確な運動量的および同位体的シグネチャーを特定し、有限核系における最も重いフラグメントの熱力学的性質を改善してタグ可能であることを明らかにした。

ABSTRACT

A correlation between the production and kinematic properties of the fragments issued of fission and multifragmentation is established in the study of the reaction 136Xe+hydrogen at 1 GeV per nucleon, measured in inverse kinematics at the FRagment Separator (GSI, Darmstadt). Such observables are analysed in a comprehensive study, selected as a function of the decay mode, and related to the isotopic properties of the fragments in the intermediate-mass region. Valuable information can be deduced on the characteristics of the heaviest product in the reaction, which has been considered a fundamental observable for tagging the thermodynamic properties of finite nuclear systems.

研究の動機と目的

• 1 GeV/nucleonの136Xeスパラレーションにおける中程度質量フラグメント生成に寄与する核分裂とマルチフラグメンテーションの寄与を解明すること。
• 核分裂とマルチフラグメンテーションの崩壊モードに特徴的な運動量的および同位体的観測量を特定すること。
• 反応における最も重いフラグメントの定量的情報を抽出し、有限核系における熱力学的性質の主要なプローブとすること。
• 崩壊メカニズムに応じて、中程度質量フラグメントの生成率、運動量的性質、同位体組成の相関関係を確立すること。
• 同位体断面積および縦方向速度スペクトルが、高エネルギー核反応における崩壊モードをタグするための有効なツールであることを検証すること。

提案手法

• GSI・ダルムシュタットのFR\'en\'ege実験で逆運動量系を用い、1 GeV/nucleonの136Xe + H 反応から生成するフラグメントを測定した。
• 包括的同位体識別を用いて、中程度質量領域（A < 68、リチウム同位体まで）のフラグメントの断面積を決定した。
• 縦方向速度スペクトルを分析し、運動量パラメータ（ピーク速度 v_peak、縦方向速度シフト u^p_\smallsmile、縦方向運動量幅 σ_\|_\smallsmile^p）を抽出した。
• 特定の中程度質量核の生成に基づく選別法を用い、核分裂（最も軽い2成分パートナー）とマルチフラグメンテーション（複雑な崩壊）モードをタグした。
• 同位体生成率と運動量観測量を相関させ、異なる質量および中性子過剰度領域における核分裂とマルチフラグメンテーションの寄与を区別した。
• 統計的および現象論的モデルを用いて、高励起状態の核系における相転移およびクーロン障害効果を解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 GeV/nucleonの136Xeスパラレーションにおいて、中程度質量フラグメントが核分裂とマルチフラグメンテーションによって生成される際、どのような運動量的および同位体的シグネチャーが特徴的か？
• RQ2 中程度質量フラグメントの生成断面積は、同位体組成および崩壊モード（核分裂対マルチフラグメンテーション）に応じてどのように変化するか？
• RQ3 縦方向速度スペクトルと同位体断面積は、反応における最も重いフラグメントの崩壊メカニズムを信頼性高くタグするのに有効か？
• RQ4 マルチフラグメンテーション閾値付近の系において、核分裂とマルチフラグメンテーションのIMF生成への相対的寄与はいかほどか？
• RQ5 核分裂およびマルチフラグメンテーションの異なる崩壊モードからのフラグメントについて、質量および中性子過剰度に応じて運動量パラメータ（v_peak、u^p_\smallsmile、σ_\|_\smallsmile^p）はどのように変化するか？

主な発見

• 核分裂とマルチフラグメンテーションによって生成されたフラグメントについて、同位体断面積と縦方向速度スペクトルとの明確な相関関係を確立し、モードに特化したタグが可能となった。
• 最も軽い2成分核分裂パートナー（例：12C、13C）は特徴的な運動量的特徴を示した：A=12炭素では v_peak ≈ 1.985(43) c、u^p_\smallsmile ≈ -0.316(23)、σ_\|_\smallsmile^p ≈ 0.478(32) であり、マルチフラグメンテーションに比べて速度分散が大きく、ピーク速度が低いことが示された。
• マルチフラグメンテーションのフラグメントは、より広い縦方向速度分布と低いピーク速度を示し、18Oでは v_peak ≈ 1.859(31) c、σ_\|_\smallsmile^p ≈ 0.366(24) であった。これは、より熱平衡的放射を示している。
• 15O、18Ne、28Siなどのフラグメントの同位体断面積は、核分裂とマルチフラグメンテーションの間で生産収率および運動量分散に顕著な差を示し、核分裂はより中性子過剰な同位体を好む傾向が見られた。
• 系における最も重いフラグメントは、熱力学的性質をプローブするための重要な観測量であることが判明し、核分裂とマルチフラグメンテーションの崩壊経路に応じて、運動量的および同位体的特性が体系的に異なることが示された。
• データは、マルチフラグメンテーション閾値付近で核分裂とマルチフラグメンテーションの競合が存在することを支持しており、高励起状態におけるクーロン障害効果が核分裂を有利に働かせていることが示唆された。