Действительно ли горячее ядро под действием теплового давления расширяется, попадает в область фазовой неустойчивости и только после этого распадается на фрагменты? Чтобы ответить на вопрос, измерялась относительная скорость v = v1-v2 фрагментов, регистрируемых в один и тот же момент времени (их называют "совпадающими"), но в противоположных направлениях. Что же влияет на эту скорость? Расчеты показывают, что на 80% энергия фрагментов определяется их ускорением в кулоновском поле ядерной системы и только 20% связано с тепловым движением. Поэтому относительная скорость фрагментов чувствительна к конфигурации системы в момент развала. Чем меньше плотность системы (т.е. чем больше размер), тем меньше каждая из скоростей.
В верхней части рис.6 представлены два возможных варианта испускания фрагментов: испарение с поверхности ядра с нормальной плотностью (справа) и объемный развал расширенной системы (слева). Результаты измерений показывают, что распределение фрагментов по относительной скорости смещено в сторону меньших значений от ожидаемого для поверхностной эмиссии ядром с нормальной плотностью (изображенного штриховой кривой на рисунке). Количественный анализ здесь не прост. Вначале рассчитывается быстрая стадия реакции, когда бомбардирующая частица, соударяясь с нуклонами ядра, вызывает каскад вторичных частиц, среди которых нуклоны, возбужденные нуклоны и  -мезоны. Часть вторичных частиц сразу вылетает из ядра, а часть их поглощается, нагревая ядро-остаток. Далее по статистической модели ядра рассчитываются все возможные варианты развала ядерного остатка. Третья стадия анализа - многотельный расчет кулоновских траекторий всех заряженных частиц, образовавшихся в данном событии. В результате получаются скорости, энергии и углы разлета всех заряженных частиц, что уже можно сравнить с экспериментом. (Ситуация, похожая на задачу криминалиста, который реконструирует обстоятельства катастрофы по обломкам.) Один из параметров расчета - плотность ядра в момент развала, которая и определяется из такого сравнения. В результате найдено, что эмиссия фрагментов происходит после того, как горячее ядро расширяется (за счет теплового давления) в 3-4 раза. Аналогичный вывод получается и из анализа формы энергетического спектра фрагментов.
 | |
Рис.6. Распределение числа "совпадающих" фрагментов по их относительной скорости при взаимодействии пучка 4He (14.6 ГэВ) с мишенью из золота. Проведенная по экспериментальным точкам сплошная кривая смещена в сторону меньших скоростей по сравнению со штриховой кривой, рассчитанной для эмиссии фрагментов с поверхности ядра. Различие указывает на "объемный" распад ядра после расширения примерно в 3 раза.). |
Таким образом, экспериментальные данные свидетельствуют: развал горячего ядра на фрагменты происходит после того, как оно, расширяясь, попадает в область фазовой неустойчивости. Этот вывод согласуется и с другим наблюдением, касающимся распределения фрагментов по заряду (или массе). Еще 30 лет назад М.Фишер показал, что при конденсации классической системы в спинодальной области вблизи критической температуры капельки по массе распределены в соответствии с простым степенным законом: dN/dm~m-x, при этом x = 2-3. Степенной закон прекрасно описывает экспериментальные данные при x примерно равно 2, точно так же, как и для классического вещества.
Какова временная шкала процесса множественной эмиссии фрагментов? Это ключевой вопрос. Испускаются ли фрагменты независимо и последовательно (тогда это просто еще одно проявление уже известного испарения частиц из ядра), или это совершенно новый, взрывоподобный процесс - многотельный распад, когда фрагменты возникают практически одновременно? Ответ на этот вопрос получен в результате тонкого анализа распределения по относительному углу разлета генетически связанных (возникших в одном событии) фрагментов. Дело в том, что, разлетаясь, фрагменты отталкиваются друг от друга за счет электрического взаимодействия. Но это происходит только тогда, когда они испускаются почти одновременно. Если два фрагмента вылетают в одном и том же направлении, но независимо, т.е. в существенно различные моменты времени, их траектории не будут искажены. Если же эмиссия происходит примерно в одно и то же время, траектории разойдутся за счет взаимного отталкивания, и малые относительные углы будут наблюдаться редко. Степень подавления выхода пар с малым углом разлета зависит от величины временной сдвижки в моментах появления фрагментов: чем меньше это время, тем больше эффект подавления. Таким образом, мы имеем своеобразные часы для измерения очень коротких временных интервалов. На рис.7 показан результат [Шмаков С.Ю., 1995] такого измерения для мультифрагментации в соударениях 4He(14.6 ГэВ)+Au. Глубокий минимум в области малых относительных углов - качественное свидетельство в пользу почти одновременной эмиссии фрагментов. Количественный анализ результатов делался по схеме, описанной в предыдущем разделе, но в качестве параметра расчета бралось среднее время задержки между вылетом двух фрагментов ( ). Сплошная кривая отвечает =0 (мгновенный распад). Однако из-за конечной статистической точности измерений делается вывод, что  2*10-22 с. Эта величина близка к ожидаемому среднему времени формирования фрагментов за счет флуктуаций плотности. И она существенно меньше характеристического "кулоновского" времени  порядка 10-21 с, за которое фрагмент успевает так удалиться от источника, что эмиссия следующего может рассматриваться как независимая. Таким образом, доказано, что тепловая мультифрагментация - новый (многотельный) тип распада возбужденных ядер в дополнение к ранее известным трем (радиационный распад, испарение частиц и деление). И этот экспериментальный результат полностью соответствует сценарию, по которому процесс развивается при попадании горячего ядра в область фазовой нестабильности в системе жидкость-газ.
 | |
Рис.7. Распределение "совпадающих" фрагментов по углу разлета. Провал в области малых углов - следствие кулоновского расталкивания фрагментов, возникающих практически одновременно. Сплошная линия показывает расчет для этого случая. Шкала времени (внизу) дана в единицах фм/c=3*10-24 сек (c - скорость света). Измеренное время задержки эмиссии соответствует многотельному распаду, а не последовательному испарению.). |
Как сильно должно быть нагрето ядро, чтобы произошел этот процесс? Анализ экспериментальных данных показывает: он происходит, если энергия возбуждения ядра превышает примерно 500 МэВ, т.е. почти в 100 раз больше энергии, выделяющейся при захвате теплового нейтрона. При этом температура ядра достигает 6-7 МэВ. Наличие такого порога связано с тем, что тепловое давление внутри ядра должно быть достаточно большим, чтобы привести его в спинодальную область.
Назад | Вперед
Написать комментарий
|
