ИЯИ РАН - Исследования деления ядер протонами,
сопровождающегося рождением пионов

Экспериментальное обнаружение и исследование свойств теоретически предсказанного канала деления тяжелых ядер протонами средних энергий, сопровождающегося рождением пиона, может составить новое важное направление в области изучения деления атомных ядер.

С помощью разработанной каскадно-испарительно-делительной модели был предсказан весь набор характеристик канала вынужденного деления ядер с эмиссией пиона протонами с энергией 150-600 МэВ, необходимый для проведения эксперимента по поиску этого процесса на Московской мезонной фабрике. Модель основана на предположении о рождении пиона вблизи порога на первой каскадной стадии процесса во взаимодействии налетающего протона с внутриядерным нуклоном с последующем делением возбужденного остаточного ядра. Эта модель предсказывает полные сечения канала деления ядер U-238 с рождением пиона 8.43, 43.8 и 119.4 мб для энергий протонов 250, 325 и 400 МэВ, соответственно. Кроме того, были проведены теоретические исследования другого возможного механизма деления с вылетом пиона, когда часть энергии осколков деления уже на завершающей стадии процесса расходуется на рождение пиона. Такой когерентный механизм может давать существенный вклад в подпороговой области при энергии протонов менее 290 МэВ, когда элементарный процесс рождения пиона на отдельном внутриядерном нуклоне энергетически запрещен. За основу для предсказания относительных вероятностей такого механизма была выбрана статистическая модель, использованная авторами работы [Ion D.B., Ivascu M. and Ion-Mihai R.// Ann.of Phys.-1986.P.171, 237].

Такой статистический подход не требует каких-либо предположений о конкретной динамике процесса реакции деления с вылетом пиона и знания соответствующих матричных элементов. Ограничением метода является невозможность предсказания абсолютных сечений процесса, тем не менее, метод позволяет оценить отношение вероятностей деления с вылетом пиона и обычного деления для случаев спонтанного и вынужденного процессов. Расчеты статистических факторов для каналов деления, сопровождаемого подпороговой эмиссией пиона, были выполнены для случаев: (1) деления остаточного ядра, возникающего в результате протон-ядерного взаимодействия и (2) спонтанного деления. Результаты расчетов для случая деления U-226 на два осколка Рd-112 и Pd-114 приведены в таб.1. Массы исходных ядер и осколков деления брались в соответствии с работой [Wapstra A.H. and Audi G.//Nucl.Phys.-1985.-A432/-P.1.].

Как видно из приведенного примера, отношение статистических факторов возрастает в 10-100 раз для случая вынужденного деления. В предположении, что матричные элементы процесса слабо зависят от энергии протона, это будет означать, что деление с вылетом пиона становится в 10-100 раз более вероятным, если делящееся ядро возникло в результате протон-ядерного взаимодействия. Это подтверждает перспективность экспериментов на ускорителях по поиску деления, сопровождаемого испусканием пиона, в частности, на ММФ ИЯИ с помощью спектрометра "СПИДЭК". Этот спектрометр состоит из двух камер рассеяния, расположенных последовательно друг за другом, и позволяет проводить измерения в двух различных постановках эксперимента с регистрацией заряженных пионов установкой PLASMAS и нейтральных пионов по их распаду на два у-кванта установкой PINOT, Регистрация осколков деления осуществляется с помощью системы на основе ППД (два блока детекторов по 9 ППД диаметром 2 см каждый, устройства старта для время пролетных измерений массы осколков на основе двух МКП и регистрирующей электроники в стандарте "КАМАК"). Полученное временное разрешение (400 пс на МКП и 1 нc на стоповых ППД) позволяет получать разрешение по массам осколков в 2-4 массовых единицы. Эксперимент планируется проводить при следующих требованиях к пучку протонов:

1. Энергетическая область измерений     160-400 МэВ
2. Разрешение по импульсу     Δp/p~10^-3
3. Средний ток протонов пучка     1 - 50 мкА
4. Частота макроструктуры пучка     1- 50 Гц
5. Длительность макроимпульса     до 240 мкс

Изготовлена также система дистанционной смены мишеней (3 мишени, исследуемая - 0.3-0.5мг/см², фоновая - подложка и калибровочная - Cf-252) и смонтирована на вакуумной камере "СПИДЕК". Схема расположения спектрометра на пучке протонов показана на рисунке.