Тема : Применение метода ядерных фотоэмульсий к изучению реакций фрагментации в релятивистских ядрах (стр. 2 из 5)
Таблица 1. элементный состав ядерных эмульсий
| Элемент | Тип эмульсии | ||
| Ильфорд-G5 | НИКФИ-Р | НИКФИ-БР | |
| Ag | 0.4747 | 0.4701 | 0.4742 |
| Br | 0.3495 | 0.3485 | 0.3500 |
| I | 0.0031 | 0.0013 | 0.0013 |
| C | 0.0724 | 0.0749 | 0.0716 |
| H | 0.0139 | 0.0134 | 0.0129 |
| O | 0.0650 | 0.0671 | 0.0665 |
| N | 0.0193 | 0.0240 | 0.0229 |
| S | 0.0018 | 0.0006 | 0.0006 |
Средняя плотность эмульсии составляет порядка 3.5 – 4 г/см3, при остаточной влажности порядка 2.5%. Ядерные фотографические эмульсии используются для регистрации и анализа следов заряженных частиц практически любой энергии [3]. По измерениям характеристик этих следов можно идентифицировать частицу и определить ее кинематические характеристики. Далее в работе методы идентификации будут рассмотрены подробнее. Время чувствительности ядерных эмульсий практически определяется временем их экспозиции, которое может быть порядка нескольких недель. В течение этого времени ядерная эмульсия регистрирует все заряженные частицы, проходящие через нее. Благодаря высокому пространственному разрешению (до 0.5 мкм) фотометод с успехом применяется для определения углов разлета частиц и ядер, образующихся в результате ядерного взаимодействия. По точности измерения малых углов метод ядерных эмульсий не имеет себе равных (до 10-5 рад) [11]. При проведении экспериментов на ускорителях фотометод не требует большой затраты времени работы ускорителя. Расходы на аппаратуру также относительно малы. Среди многочисленных достоинств метода, однако, имеется и ряд недостатков.
Сложность состава вещества фотоэмульсии не позволяет однозначно ответить на вопрос, с каким ядром произошло взаимодействие налетающей частицы. Его устраняют введением дополнительных элементов и введением критериев отбора обрабатываемых событий. Существенным недостатком является невысокая скорость обработки облачений. И как следствие необходимость длительного времени для набора статистики. Однако, как правило, это компенсируется получаемым результатом. Тем самым, позволяя проводить планирование электронных экспериментов.
Применение метода ядерных фотоэмульсий к исследованию реакций фрагментации в релятивистских ядрах 9Be, идущих через образование промежуточного ядра 8Be
Возможность использования методики ядерных фотоэмульсий для идентификации 8Be обоснована в работе [7]. В указанной работе рассматривается реакция фрагментации ядра 10B при энергии 1 А ГэВ. Оценка доли канала 10B®8Be®2a составляла 18±3%. Получены экспериментальные подтверждения предположений [7].
Энергия связи для ядра 10B относительно 2 альфа частиц и дейтрона составляет - 5.9 МэВ. Энергия связи для ядра 9Be относительно нейтрона и 2 альфа частиц составляет – 1.6 МэВ. Тем самым, предполагается возможным наблюдение канала фрагментации 9Be®8Be®2a при энергиях на нуклон порядка тех, что использовались в работе [7].
Методы идентификации частиц участвующих в реакции, используемые в ядерных фотоэмульсиях
Все вторичные заряженные частицы делятся на три класса в зависимости от скорости b, которая определяется по ионизации или пробегу. При этом используется следующее разделение по типам - ливневые (s) частицы с b>0.75; серые (g) с 0.23 < b £0.75, черные (b) с b £ 0.23. Группа g и b объединяется в группу сильноионизирующих (h=g+b) частиц. Иногда отдельно выделяют треки фрагментов ядра снаряда b»0.98 [10].
Ионизационные потери заряженной частицы в эмульсии
Потери тяжелой частицы, движущейся со скоростью b в однородной среде с атомным номером Z и массовым числом A, приближенно описываются по формуле Бете – Блоха (7)
где N – число Авогадро, m – масса покоя электрона, r – классический радиус электрона, I – средний потенциал ионизации для всех электронов среды. Если I и mc2 выражены в МэВ, то (1) дает значение потерь энергии в МэВ на г×см-2. Обычно для вычислений пользуются более удобной формулой (8) получаемой из формулы (7) частичной подстановкой входящих в нее величин,
где T – отношение кинетической энергии к энергии покоя для ионизующей частицы [9]. Если вещество состоит из различных атомов, то необходимо просуммировать отдельные значения потерь энергии, подставляя для каждого типа атомов соответствующее значение Z/A и I. Теоретические оценки зависимости пробег – энергия, выполненные указанным способом, не являются достаточно надежными в тех случаях, когда требуется высокая точность. Они могут быть использованы лишь для целей интерполяции между точными экспериментальными значениями. Приняв значение среднего потенциала ионизации I=300 эВ [9], вычислим e и dE/dR. Получим значение dE/dR=1.65 МэВ г-1 см2.
Определения заряда частицы в эмульсии
Для определения заряда релятивистской частицы по треку в фотографической эмульсии используют следующее свойство. Плотность следа образуемого заряженной релятивистской частицей в эмульсии непосредственно связана с потерями энергии на ионизацию. Однако на образование зерна вдоль следа идет только часть теряемой частицей энергии. Образующиеся атомные электроны могут создавать свой собственный ответвленный след, называемый следом δ - электрона. Это происходит при энергиях электрона не менее 5 КэВ [9]. Если частица с зарядом Ze и скоростью v движется в материальной среде, то число d - электронов с энергией больше или равной W, которые испускаются на единицы длины пути, приближенно определяется выражением (9).
При наблюдении d - электронов в фотографических эмульсиях обычно учитывают те из них, которые дают следы, состоящие из четырех или более зерен. Энергия подобных d - электронов составляет не менее 15 КэВ. Тем самым зависимость числа d - электронов от заряда можно описать следующей зависимостью Nd=aZ2+b. Для каждого отдельно взятого человека проводящего измерения, коэффициенты a и b подбираются экспериментально, на треках с заранее известным зарядом частицы для нескольких зарядов. Измерение заряда методом подсчета d - электронов проводят вблизи конца пробега, так как в этой области практически не возникают d - электроны с большими энергиями. Поэтому связь между следами d - электронов и следом первичной частицы может быть установлена с большой степенью достоверности, причем затруднения связанные с наличием фона обычно не являются серьезными. Кроме того, число d - электронов оказывается таким, что позволяет решить вопрос о величине заряда, если длина следа составляет около 2 мм и меньше. Более подробно описание методики измерения заряда представлено в [9]. Фрагменты ядра-снаряда с Z =1 отделяются от фрагментов с Z=2 визуально, с высокой степенью точности. Так как однократная ионизация (25-30 зерен на 100 мкм) надежно отличается от четырехкратной ионизации(100-120 зерен на 100 мкм)
Определение импульса частицы. Изотопный анализ в методике ядреных эмульсий
Заряженная частица, проходя через слой вещества конечной толщины t, непрерывно изменяет направление своего движения, причем чаще всего изменения в направлении движения частицы очень малы. Эти отклонения возникают в результате кулоновского рассеяния атомными ядрами, расположенными вблизи траектории частицы. Для определения среднего углового отклонения частицы применяется два метода, основанных на измерении отклонений проекции следа на плоскость эмульсии. В первом из них, который получил название углового метода, определяется направление касательной к траектории в ряде находящихся на ней равноудаленных точек и вычисляются средние угловые отклонения, представляющие разности между последовательными отсчетами (Голдшмидт, Клермон и др.). Во втором, так называемом координатном методе измеряются координаты последовательных точек на траектории, отстоящих друг от друга на расстояние t. Подобные измерения позволяют найти угловые отклонения между последовательными хордами путем вычисления вторых разностей между отсчетами (Фаулер) [9]. Далее рассматривается только координатный метод. Измерение координат последовательных точек на траектории, отстоящих друг от друга на расстояние t, позволяют найти угловые отклонения между последовательными хордами, путем вычисления вторых разностей между отсчетами [9]. Чтобы измерить рассеяние с помощью этого метода, след выставляется приблизительно параллельно оси, совпадающей с направлением движения столика микроскопа так, чтобы при перемещении он не выходил из поля зрения. Через равные участки длины величиной t (которые обычно называют ячейками) измеряется отклонение следа вдоль оси x (обозначим ее как yi). Первые разности, обозначенные здесь как Si = yi –yi+1, дают для заданной ячейки t наклоны хорд. Затем вычисляются вторые разности координат (обозначим их как Di) Di = (yi+2 – yi+1) – (yi+1 – yi) = yi+2 – 2 yi+1 + yi = Si - Si+1 ,которые дают последовательные взаимные отклонения хорд. Это отклонение обратно пропорционально импульсу частицы. При определении среднего углового отклонения частицы можно устранить отдельные, выпадающие по своей большой величине значения, обусловленные однократным рассеянием. Это достигается путем исключения значений D, превышающих 4<D>. В тех случаях, когда применяется “обрезание”, средняя величина <D> определяется после исключения больших D. Другой метод, предложенный Голдзаком, состоит в замене всех D, превышающих 4<D>, значениями, равными 4<D>. Среднее значение отклонения частицы <D> на ячейках длиной t связано с величиной pbc выражением (10).