[论文解读] 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 11

一句话总结

本研究通过中间质量碎片（IMF）的包容性运动学与同位素可观测量，识别并量化了在1 GeV/核子能量下136Xe 核反应中裂变与多重碎片化对中间质量碎片产生的贡献。通过将纵向速度谱与同位素截面关联至衰变模式，研究揭示了裂变与多重碎片化在运动学与同位素特征上的显著差异，从而实现了对有限核系统中最重碎片热力学性质的改进标记。

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.

研究动机与目标

• 区分136Xe 在1 GeV/核子能量下散裂反应中裂变与多重碎片化对中间质量碎片产生的贡献。
• 识别能够独特表征裂变与多重碎片化衰变模式下碎片的运动学与同位素可观测量。
• 提取反应中最重碎片的定量信息，作为研究有限核系统热力学性质的关键探针。
• 建立中间质量碎片的产生率、运动学特性与同位素组成随衰变机制变化的关联。
• 验证同位素截面与纵向速度谱在高能核反应中作为衰变模式标记工具的有效性。

提出的方法

• 在GSI达姆施塔特的FR\'en\'ege实验中采用逆运动学方法，测量136Xe + H 反应在1 GeV/核子能量下的碎片产物。
• 利用包容性同位素识别技术，测定中间质量区域（A < 68，直至锂同位素）碎片的截面。
• 分析纵向速度谱以提取运动学参数：峰值速度（v_peak）、纵向速度偏移（u^p_\smallsmile）与纵向动量展宽（σ_\|_\smallsmile^p）。
• 基于特定中间质量核素的产生，采用筛选方法以标记裂变（最轻的二体碎片）与多重碎片化（复杂衰变）模式。
• 将同位素产额与运动学可观测量相关联，以在不同质量与中子丰富度区域区分裂变与多重碎片化的贡献。
• 利用统计与现象学模型，从相变与库仑阻碍效应的角度解释高激发核系统中的数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在136Xe 在1 GeV/核子能量下的散裂反应中，哪些运动学与同位素特征可区分通过裂变与多重碎片化机制产生的中间质量碎片？
• RQ2 中间质量碎片的产生截面如何随同位素组成与衰变模式（裂变 vs. 多重碎片化）变化？
• RQ3 纵向速度谱与同位素截面能否可靠地用于标记反应中最重碎片的衰变机制？
• RQ4 在接近多重碎片化阈值的系统中，裂变与多重碎片化对IMF产生的相对贡献如何？
• RQ5 对于不同衰变模式产生的碎片，运动学参数（v_peak, u^p_\smallsmile, σ_\|_\smallsmile^p）如何随质量与中子丰富度变化？

主要发现

• 成功建立了裂变与多重碎片化机制产生的碎片的同位素截面与纵向速度谱之间的清晰相关性，实现了模式特异性标记。
• 最轻的二体裂变碎片（如12C、13C）表现出独特的运动学特征：A=12碳的v_peak ≈ 1.985(43) c，u^p_\smallsmile ≈ -0.316(23)，σ_\|_\smallsmile^p ≈ 0.478(32)，表明其速度展宽更大且峰值速度低于多重碎片化。
• 多重碎片化碎片表现出更宽的纵向速度分布与更低的峰值速度，18O的v_peak ≈ 1.859(31) c，σ_\|_\smallsmile^p ≈ 0.366(24)，表明其发射更接近热平衡。
• 15O、18Ne与28Si等碎片的同位素截面在裂变与多重碎片化模式下表现出显著差异，裂变更倾向于产生中子丰富的同位素。
• 系统中最重碎片被确定为探测热力学性质的关键可观测量，其运动学与同位素特征在裂变与多重碎片化衰变通道中系统性不同。
• 数据支持在多重碎片化阈值附近裂变与多重碎片化之间存在竞争，且库仑阻碍效应在高激发条件下倾向于促进裂变。