[논문 리뷰] The $^{136}$Xe + $^{208}$Pb reaction: A test of models of multi-nucleon transfer reactions

J. S. Barrett, R. Yáñez외 12명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 01.

Nuclear physics research studies참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 136Xe + 208Pb 반응에서 450 MeV 중심질량 에너지에서 궤도형 및 타깃 유사 파편 수율을 Gammasphere와 오프라인 감마선 분광법을 사용하여 측정하여, 다중핵자 이동 모델을 시험할 수 있는 종합적인 데이터셋을 제공한다. Zagrebaev-Greiner 모델은 ΔZ = -8에서 +2에 대해 전이 타깃 이동 단면적의 크기와 피크 위치를 정확히 예측하지만, 중성자-rich N=126 핵종을 약 두 개의 주기만큼 과대평가하고, ΔZ = +4일 때는 최대 네 개의 중성자를 너무 적게 예측하여 중성자 수가 너무 적게 된다.

ABSTRACT

The yields of over 200 projectile-like fragments (PLFs) and target-like fragments (TLFs) from the interaction of (E$_{c.m.}$=450 MeV) $^{136}$Xe with a thick target of $^{208}$Pb were measured using Gammasphere and off-line $γ$-ray spectroscopy, giving a comprehensive picture of the production cross sections in this reaction.The measured yields were compared to predictions of the GRAZING model and the predictions of Zagrebaev and Greiner using a quantitative metric, the theory evaluation factor, {\bf tef}. The GRAZING model predictions are adequate for describing the yields of nuclei near the target or projectile but grossly underestimate the yields of all other products. The predictions of Zagrebaev and Greiner correctly describe the magnitude and maxima of the observed TLF transfer cross sections for a wide range of transfers ($Δ$Z = -8 to $Δ$Z = +2). However for $Δ$Z =+4, the observed position of the maximum in the distribution is four neutrons richer than the predicted maximum. The predicted yields of the neutron-rich N=126 nuclei exceed the measured values by two orders of magnitude. Correlations between TLF and PLF yields are discussed.

연구 동기 및 목표

• E c.m. = 450 MeV에서 136Xe + 208Pb 반응에서 200개 이상의 궤도형 및 타깃 유사 파편의 생성 단면적을 측정한다.
• 다중핵자 이동 반응에 대해 GRAZING 준고전적 모델과 Zagrebaev-Greiner 양자 모델의 예측 능력을 시험한다.
• 208Pb 근처의 중성자-rich 핵종을 생성하는 데 있어 오비탈 효과와 융합-분열 경쟁의 역할을 평가한다.
• 특히 N=126 핵종과 동위원소 분포에 대해 이론적 예측과 실험 데이터 사이의 괴리를 해결한다.

제안 방법

• E c.m. = 450 MeV에서 두꺼운 208Pb 타깃과 136Xe 빔을 사용하여 고에너지 이온 충돌을 수행하였다.
• 파편 수율을 Gammasphere와 오프라인 감마선 분광법을 통해 측정하여 동위원소를 식별하고 정량화하였다.
• 이론적 예측과 실험 수율을 정량적으로 비교하기 위해 이론 평가 요인(t ef)을 적용하였다.
• GRAZING 코드를 사용하여 고전적 궤적과 양자 전이 확률을 통해 다중핵자 이동을 시뮬레이션하였다.
• Zagrebaev-Greiner 모델을 활용하였으며, 이는 오비탈 효과를 포함하고 있으며, 거의 정면 충돌에서의 순수 입자 전이를 예측한다.
• TLF와 PLF를 포함한 파편의 질량 및 전하 분포를 분석하고, 이론적 예측과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GRAZING 및 Zagrebaev-Greiner 모델은 136Xe + 208Pb 반응에서 측정된 궤도형 및 타깃 유사 파편의 수율을 얼마나 잘 예측하는가?
• RQ2 N=126 근처의 오비탈 효과는 다중핵자 이동 반응에서 전이 생성물의 동위원소 분포에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ3 왜 실험 수율이 중성자-rich N=126 핵종(예: 202 Os, 204 Po)에 대해 이론적 예측과 상당한 괴리가 발생하는가?
• RQ4 ΔZ = +4에 대한 TLF 수율 분포에서 예측된 피크 위치가 관측된 최대값과 일치하는가? 그렇지 않다면 몇 개의 중성자만큼 이격되어 있는가?
• RQ5 전이 타깃 및 타깃 이하 파편에 대한 예측에 체계적인 괴리점이 존재하는가? 이는 모델의 가정에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• GRAZING 모델은 궤도형(136Xe)과 타깃(208Pb) 근처의 수율을 적절히 예측하지만, 나머지 모든 파편에 대해서는 수십 배 이상 과소평가한다.
• Zagrebaev-Greiner 모델은 ΔZ = -8에서 +2에 대해 TLF 전이 단면적의 크기와 피크 위치를 정확히 예측하지만, ΔZ = +4에 대한 예측 최대값은 실험 결과보다 네 개의 중성자를 너무 적게 예측하여 중성자 수가 너무 적게 된다.
• 모델은 중성자-rich N=126 핵종의 수율을 약 두 개의 주기만큼 과대평가하며, 202 Os와 204 Po의 수율은 관측된 값보다 훨씬 높게 예측된다.
• 208Po의 경우 측정된 단면적은 5.02 ± 1.0 μb이며, Zagrebaev-Greiner 모델의 예측은 이 값보다 약 2.5배 높다.
• TLF와 PLF 수율 간의 상관관계 분석 결과, 가장 가능성이 높은 전이 경로는 직접 융합-분열이 아니라 순차적 다단계 뉴클론 교환과 일치한다.
• 2차 생성물의 관측 질량 분포는 E c.m. = 423–526 MeV 범위에서 Kozulin 데이터와 잘 일치하여 실험 설정과 분석의 타당성을 뒷받침한다.