在4–7 MeV/核子能量范围内，对16O+89Y体系的激发函数进行测量与分析

研究16O与89Y在4-7 MeV/nucleon下的蒸发残骸激发函数，发现高能尾部偏离统计模型预测，表明存在预平衡发射，并通过α粒子增强证实了不完全核融合，并分析了质子不对称性、库仑因子及靶核N-Z值对不完全融合的影响。

　　

Mohd Faizan Khan | Avinash Agarwal | I.A. Rizvi | Anuj Kumar Jashwal | Harsh Vardhan | Munish Kumar | S. Ali | M. Gull | Satyam Gangwar | Kamal Kumar | S. Dutt | A.K. Chaubey

印度北方邦阿利格尔市阿利格尔穆斯林大学物理系，邮编202002

摘要

在过去的几年中，由重离子（HI）引发的聚变过程成为低能核物理学研究的主要焦点。最近的实验证实，在超过库仑屏障的能量下，完全聚变（CF）和不完全聚变（ICF）是重离子（HI）相互作用中最常见的模式。本研究的目的是专门探索和测量在约4-7 MeV/核子能量下，¹⁶O +⁸⁹Y系统中产生的蒸发残留物（ERs）的激发函数（EF）。实验采用了标准的堆叠箔活化技术，并结合高分辨率HPGe探测器进行γ射线光谱分析。通过统计代码得到的理论预测被用来验证实验测量的EF结果。在本研究中，研究了xn, pxn, αxn和2αxn通道。然而，通过某些xn（n = 2和3）通道产生的ERs的激发函数显示出高能尾部，这与统计代码在更高能量下得到的激发函数趋势不同。这表明这些反应通道存在准平衡（PE）发射现象。即使在接近库仑屏障的能量下，也观察到了涉及α粒子的反应残留物产生的显著增强。这种截面的增强清楚地表明了弹丸与靶材的不完全聚变。为了更好地理解反应动力学，计算了不完全聚变的概率。目前对各种弹丸-靶材组合的数据分析和发现强烈表明，入口通道参数（如质量不对称性（μ_A）、库仑因子（Z_PZ_T）以及靶核中中子过剩（N-Z）的变化在不完全聚变的起始过程中起着重要作用。

引言

重离子聚变反应在扩展核图谱和促进超重元素的生成方面起着关键作用。根据撞击参数的不同，这些反应通过多种机制进行，包括弹性散射和非弹性散射、深度非弹性碰撞（DIC）、完全聚变（CF）和不完全聚变（ICF）。在CF和ICF之后，反应系统可能会经历准平衡（PEQ）发射、准裂变、聚变-蒸发和聚变-裂变等过程。在研究重离子（HI）聚变过程时，库仑屏障附近的不完全聚变（ICF）动力学也是一个值得关注的话题，因为它有助于探索核结构和反应动力学。尽管在这个领域发表了大量的研究文章，但上述动力学现象仍然没有得到很好的理解[1], [2], [3], [4]。在重离子碰撞中，破碎截面通常非常大，破碎耦合会对其他许多通道的截面产生显著影响。聚变过程就是一个重要的例子，在这种情况下变得更加复杂，因为除了常规的聚变反应（即整个弹丸与靶材合并形成复合核）之外，还有其他伴随重离子碰撞伙伴破碎的聚变过程。有可能一个或多个碎片（但不是全部）被靶材捕获，而部分弹丸质量会逃逸出相互作用区域。也有可能所有弹丸碎片都被靶材依次吸收，从而形成与直接聚变相同的复合核。这些聚变过程有不同的名称。当复合核不包含所有弹丸的核子时，使用“不完全聚变”这一术语；而完全聚变（CF）则指所有弹丸的核子与靶材发生聚变。最近关于HI相互作用的研究[5], [6], [7], [17]表明，在低能量下同时存在不完全聚变和完全聚变。 Britt和Quinton [8]首次在用¹²C, ^{14N, 16O弹丸轰击197Au和209Bi（能量约为10 MeV/A）时观察到了ICF反应。已经提出了多种模型来解释低入射能量下ICF的起始机制。Wilczynski等人[9]提出的SUMRULE模型表明，ICF仅限于CF的l-临界值（l_crit）以上的l-空间，并且起源于外围接触或非中心碰撞。Udagawa和Tamura [10]提出了破碎聚变（BUF）模型，该模型采用扭曲波Born近似（DWBA），假设弹丸会分解成组成阿尔法簇（例如，16O可能分解为12C + α和/或8Be + 8Be）。其他理论模型，如瞬时发射粒子模型[11]、激子模型[12]等，也被用来解释ICF反应的各个方面。尽管进行了这些研究，但在低于10 MeV/核子的低能量下，ICF动力学仍然没有得到很好的理解。弱结合和强结合核的相互作用行为表现出微妙的差异。强结合核（如12,13C, 14N, 16O, 19F等）倾向于将所有动量传递给靶材，从而导致完全聚变（CF）。相比之下，弱结合核（如6,7< />和9< />）可能在与靶材结合之前就发生碎裂。然而，在低于10 MeV/核子的能量范围内，这两种类型的核都主要发生CF。尽管如此，在这个能量范围内也检测到了其他相互作用过程，如不完全聚变（ICF）和准平衡（PEQ）发射。Morgenstern等人[13]观察到，在相同的相对速度下，质量不对称性较大的系统的ICF贡献相对较高。还系统地研究了ICF对各种入口通道参数的依赖性，例如入口通道的质量不对称性（μ_A）、库仑因子Z_PZ_T）、靶核中的中子过剩（$N?Z$等）。这些研究表明，单一的入口通道参数无法完全解释低能量下不完全聚变动力学的测量结果。}

详细实验程序

实验使用了由印度新德里Inter University Accelerator Centre (IUAC)的Pelletron设施提供的低能量（4–7 MeV/核子）${}^{16}{O}^7$离子束。通过滚动工艺制备了厚度分别为1.545 mg/cm²和1.838 mg/cm²的⁸⁹Y自支撑靶和铝捕获箔。实验使用了通用散射室（GPSC），并配备了真空传输设施（IVTF），以减少实验过程中的延迟。

结果与分析

本文测量了在¹⁶O + ^{89Y系统中通过CF和/或ICF过程产生的残留物的激发函数，弹丸能量高达100 MeV。为了研究ICF反应动力学，还测量了103Ag(2n), 102Ag(3n), 101Ag(4n), 101Pd(p3n), 10Pd(p4n), 99Pd(p5n), 100Rh(αn), 99Rh(α2n), 99Rhm(α2n), 98Rh(α3n), 97Rh(α4n), 96Tc(2αn), 95Tc(2α2n), 94Tc(2α3n)反应的激发函数。测量得到的激发函数使用了统计方法进行了分析。}

结论

本研究调查了通过完全聚变和/或不完全聚变在¹⁶O + ^{89Y系统中产生的各种放射性核素的激发函数（EF）。测量在大约4–7 MeV/核子的能量范围内进行。数据使用统计模型代码PACE4在平衡复合核衰变的背景下进行了分析。实验测量的xn/pxn通道的激发函数与PACE4模型的预测结果一致。}

CRediT作者贡献声明

Mohd Faizan Khan：撰写原始草案、软件开发、方法论设计、概念构思。 Avinash Agarwal：监督、研究、概念构思。 I.A. Rizvi：监督、方法论设计、研究。 Anuj Kumar Jashwal：软件开发、研究、数据整理。 Harsh Vardhan：数据可视化、软件开发。 Munish Kumar：软件开发、方法论设计。 S. Ali：研究、概念构思。 M. Gull：数据可视化、软件开发。 Satyam Gangwar：数据可视化、软件开发。 Kamal Kumar：数据可视化。 S. Dutt：

利益冲突声明

Avinash Agarwal声明设备、药品或用品由Inter-University Accelerator Centre提供。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。