[논문 리뷰] Intermediate-mass fragments from fission and multifragmentation in the spallation of 136Xe

P. Napolitani, Konrad Schmidt외 1명|arXiv (Cornell University)|2008. 06. 20.

Nuclear Physics and Applications인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 1 GeV/nucleon에서의 136Xe 스파라레이션에서 중간질량핵조각(IMF) 생성에 기여하는 분열과 다중조각화 기여를 포함된 운동량 및 동위소 관측량을 통해 식별하고 정량화한다. 종단 속도 스펙트럼과 동위소 단면적을 붕괴 모드와 연관시켜, 분열과 다중조각화에 대해 고유한 운동량 및 동위소 서명을 규명함으로써, 유한한 핵계에서 가장 무거운 조각의 열역학적 성질을 향상된 방식으로 태깅할 수 있게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 1 GeV/nucleon에서의 136Xe 스파라레이션에서 중간질량핵조각 생성에 기여하는 분열과 다중조각화의 기여를 분리하는 것.
• 분열과 다중조각화 붕괴 모드에서 유일하게 특징을 갖는 운동량 및 동위소 관측량을 규명하는 것.
• 반응에서 가장 무거운 조각에 대한 정량적 정보를 추출하여, 유한한 핵계에서의 열역학적 성질을 탐색하는 데 핵심적인 탐사 도구로 활용하는 것.
• 붕괴 메커니즘에 따라 중간질량핵조각의 생산률, 운동량 성질, 동위소 조성 간의 상관관계를 수립하는 것.
• 동위소 단면적과 종단 속도 스펙트럼이 고에너지 핵반응에서 붕괴 모드를 태깅하는 데 있어 유효한 도구로 기능하는지 검증하는 것.

제안 방법

• 1 GeV/nucleon에서의 136Xe + H 반응에서의 조각을 측정하기 위해 GSI 도르마슈타트 소재의 FR\'en\'ege 실험에서 역운동동역학을 적용하였다.
• 포괄적인 동위소 식별을 통해 중간질량 영역(A < 68, Li 동위원소까지)의 조각에 대한 단면적을 결정하였다.
• 종단 속도 스펙트럼을 분석하여 운동량 매개변수인 피크 속도(v_peak), 종단 속도 이동(u^p_\smallsmile), 종단 운동량 너비(σ_\|_\smallsmile^p)를 추출하였다.
• 특정 중간질량 뉴클리드의 생성을 기반으로 한 선택 기법을 적용하여, 분열(가장 가벼운 이중형 파트너)과 다중조각화(복합 붕괴) 모드를 태깅하였다.
• 동위소 수확량과 운동량 관측량을 연관시켜, 질량과 중성자 농도 영역에 따라 분열과 다중조각화 기여를 구분하였다.
• 통계적 및 현상학적 모델을 적용하여, 고도로 비틀린 핵계에서의 상전이 및 쿨롱 저항 효과를 고려해 데이터를 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1 GeV/nucleon에서의 136Xe 스파라레이션에서 분열과 다중조각화에 의해 생성된 중간질량핵조각을 구분하는 데 필요한 운동량 및 동위소 서명은 무엇인가?
• RQ2 중간질량핵조각의 생산 단면적은 동위소 조성과 붕괴 모드(분열 대 다중조각화)에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 종단 속도 스펙트럼과 동위소 단면적은 반응에서 가장 무거운 조각의 붕괴 메커니즘을 신뢰성 있게 태깅하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ4 다중조각화 임계점 근처의 시스템에서 분열과 다중조각화가 IMF 생성에 기여하는 상대적 기여는 얼마인가?
• RQ5 다른 붕괴 모드에서 유래한 조각의 질량과 중성자 농도에 따라 운동량 매개변수(v_peak, u^p_\smallsmile, σ_\|_\smallsmile^p)는 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 분열과 다중조각화에 의해 생성된 조각에 대해 동위소 단면적과 종단 속도 스펙트럼 간에 명확한 상관관계가 확립되어, 모드별 태깅이 가능해졌다.
• 최소 질량의 이중형 분열 파트너(예: 12C, 13C)는 고유한 운동량 특성을 보였으며, A=12 탄소의 경우 v_peak ≈ 1.985(43) c, u^p_\smallsmile ≈ -0.316(23), σ_\|_\smallsmile^p ≈ 0.478(32)로 나타나, 다중조각화보다 더 넓은 속도 분포와 낮은 피크 속도를 보였다.
• 다중조각화 조각은 더 넓은 종단 속도 분포와 낮은 피크 속도를 보였으며, 18O의 경우 v_peak ≈ 1.859(31) c, σ_\|_\smallsmile^p ≈ 0.366(24)로 나타나 더 열역학적으로 평형에 가까운 방출을 의미한다.
• 15O, 18Ne, 28Si와 같은 조각의 동위소 단면적은 분열과 다중조각화 모드 간에 생산 수확량과 운동량 분포에 상당한 차이를 보였으며, 분열은 더 중성자 농도가 높은 동위원소를 선호하였다.
• 시스템에서 가장 무거운 조각은 열역학적 성질을 탐색하는 데 핵심적인 관측량으로 밝혀졌으며, 그 운동량 및 동위소 특성이 분열과 다중조각화 붕괴 채널 간에 체계적으로 다름을 보였다.
• 데이터는 다중조각화 임계점 근처에서 분열과 다중조각화 간의 경쟁이 존재하며, 고에너지 상태에서 쿨롱 저항 효과가 분열을 유리하게 작용함을 지지한다.