ปฏิกิริยาBe-14(p,n)B-14 ที่ 69 MeV ในการเคลื่อนที่แบบจลนศาสตร์ผกผัน

Posted on by naekanatip

การเปลี่ยนแปลงของ Gamow – Teller จากขอบเขตการเสถียรของนิวเคลียส Be-14 ไปเป็น B-14 ได้ศึกษาผ่านทางปฏิกิริยา (p, n) ในการเคลื่อนที่แบบจลนศาสตร์ผกผันโดยใช้ลำแสงที่ต่อเนื่องของ Be-14 ที่ 69 MeV/ นิวคลีออน

การเปลี่ยนแปลงของ Gamow – Teller มีลักษณะเฉพาะดังนี้ โมเมนตัมเชิงมุมที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นศูนย์ ,สปินที่เปลี่ยนแปลงไปมีค่าเป็น 1 และ isospin ที่เปลี่ยนแปลงไปมีค่าเป็น 1 ระหว่างนิวไคล์เริ่มแรกและนิวไคล์สุดท้าย แสดงให้เห็นในหนึ่งสถานะพื้นฐานของนิวเคลียร์ที่ถูกกระตุ้น คุณสมบัติที่มีความสำคัญไม่เพียงแต่เพื่อความเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของ spin-isospin ในนิวไคล์ แต่ยังเกี่ยวข้องกับความหลากหลายของปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ เมื่อกระบวนการปฏิบัติการที่ไม่แน่นอนมีบทบาทสำคัญ เช่น ในอดีต วิวัฒนาการของกลุ่มดาว และการสังเคราะห์นิวเคลียสของนิวตริโน การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในความพร้อมของลำแสงไอโซโทปกัมมันตรังสี (RI) เมื่อไม่นานมานี้มีความเป็นไปได้ที่จะศึกษาแรง GT ในนิวไคล์ไม่ไกลจากเส้นรังสีบีตาคงที่ แม้ว่าการสลายตัวของบีตาเป็นที่มาเกี่ยวกับแรงดังกล่าว อาจมีการคาดการณ์ว่ามีการแลกเปลี่ยนปฏิกิริยานิวเคลียร์(CE) ซึ่งมีความสำคัญต่อการจำแนกลักษณะของสารที่มีอยู่ในธรรมชาติ จากทั้งหมดที่มีขีดจำกัด    พวกเราทดลองปฏิบัติเกี่ยวกับการศึกษาปฏิกิริยา(p, n)ที่เต็มไปด้วยนิวตรอน   นิวเคลียส Be-14 จะใช้วิธีการที่มวลคงที่ในจลนศาสตร์ผกผัน   ข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการที่ทำให้Be-14(g.s.) B-14(11) สามารถเปลี่ยนแปลงการเกิดการดึงของB(GT)จากมุมภาคตัดขวางของปฏิกิริยา(p, n)ที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้

การศึกษา CEที่มีอยู่บนนิวไคล์บีตาที่ไม่เสถียรมี 2 วิธีการหลัก ดังนี้ วิธีการแรก เป็นสภาวะสุดท้ายในบริเวณที่จำกัดและใช้วิธีที่ทำให้มวลสูญเสียไปโดยการวัดโมเมนตัมของตัวที่เป็นอนุภาคหนักด้วยเครื่องวัดมวล วิธีที่สอง สภาวะสุดท้ายที่ถูกปลดปล่อยและใช้วิธีการทีทำให้มวลคงที่   อนุภาคทั้งหมดจากรังสีของสถานะอิสระจะตรวจวัดโดยการใช้เครื่องตรวจวัดเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคโดยอาศัยการเรืองแสง   ในการศึกษาCEที่มีอยู่เพียงจำกัดสำหรับลำแสงนิวเคลียร์ที่ไม่เสถียรเป็นวิธีการตรวจสอบผลการทดลองที่ก้าวหน้าอย่างดี ซึ่งมีการกำหนดข้อมูลความสัมพันธ์ของโครงสร้างนิวเคลียร์ที่ได้รับการยินยอมที่เชื่อถือได้   การศึกษาในปัจจุบันได้ประสบผลสำเร็จโดยมีการควบคุมในภายหลัง ตัวอย่างแรกในการดึงนิวเคลียสที่ไม่เสถียรของแรงGTทำให้เกิดสภาวะการปลดปล่อยอนุภาคเกิดขึ้นของปฏิกิริยาCE ในจลนศาสตร์ผกผัน    เครื่องมือการตรวจวัดอิสระสามารถใช้ทำการวัดผลสำหรับการปล่อยกัมมันตรังสีที่มีผลแตกต่างกัน ,การแตกตัวของประจุและนิวตรอน สัมพันธ์กับไฮโดรเจนเหลวที่ใช้เป็นเป้าจะทำให้มีการเกิดปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นในจลนศาสตร์ผกผัน การปลดปล่อยนิวตรอนจากระบบอิสระซึ่งความเร็วของลำแสงที่คล้ายกันในห้องปฏิบัติการทำให้มีลอเรนซ์เพิ่มขึ้น  จึงได้มีการเรียนรู้พลังงานขั้นสูงและสามารถมีการตรวจวัดที่มีประสิทธิภาพสูง   ลักษณะเฉพาะใหม่ๆเป็นการแสดงให้เห็นเกี่ยวกับปฏิกิริยาCEจลนศาสตร์ผกผันที่ประกอบด้วยโครงสร้างนิวเคลียร์ซึ่งเป็นอีกวิธีหนึ่งที่มีการปล่อยนิวตรอนเพื่อการเลื่อนแถบรังสีบีตาของนิวตรอน

การดึงของแรงGTในปฏิกิริยาCEจะอาศัยการทำงานของความสัมพันธ์ระหว่างสัดส่วนที่ลดลงของการเปลี่ยนแปลงความน่าจะเป็นของB(GT)และภาคตัดขวางที่ถ่ายโอนโมเมนตัมเป็นศูนย์(q=0)

(\frac{d\sigma}{d\Omega})_{q=0}^{L=0}=[\frac{E_i E_f}{(\hbar^2 c^2 \pi)^2}]N_D {\mid J_{\sigma\tau} \mid^2}B(GT)

เมื่อ E_{i(f)}   คือช่วงพลังงานที่ลดลงในระยะเริ่มต้นจนถึงระยะสุดท้าย
\mid J_{\sigma\tau} \midคือปริมาณทั้งหมดสำหรับบริเวณศูนย์กลางเป็นผลจากการทำปฏิกิริยา นิวคลีออน-นิวคลีออน (NN)

สำหรับในช่วงของสปิน-ไอโซสปิน ปัจจัยที่ทำให้N_D =(\frac{d\sigma}{d\Omega})_{q=0}^{DW}\slash (\frac{d\sigma}{d\Omega})_{q=0}^{PW} มีลักษณะที่ผิดรูปคือ อัตราส่วนภาคตัดขวางของคลื่นที่ผิดรูป(DW)และคลื่นในแนวราบ(PW) ภาคตัดขวาง(\frac{d\sigma}{d\Omega})_{q=0}^{L=0} กำหนดให้ L=0 และ q=0 เป็นการได้มาจากการประเมินค่าของภาคตัดขวางศูนย์องศา ที่ q=0ใช้อัตราส่วนของการประมาณค่าการเกิดคลื่นที่ผิดรูปที่ทำให้ภาคตัดขวาง q=0และ0องศา โดยแรงที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้การคำนวณอัตราส่วนภาคตัดขวางของปฏิกิริยานิวคลีออน-นิวคลีออน (NN) ซึ่งมีแรงโดยตรงเป็นส่วนบังคับ ถึงแม้ว่าความสัมพันธ์ข้างต้นส่วนใหญ่มีการใช้ข้อมูลปฏิกิริยา CE ที่ใช้พลังงานในการยิงอนุภาคประมาณ 100 MeV/ nucleon โดยเป็นการคาดการณ์ที่จะทดสอบข้อมูลการกระเจิงของโปรตอน-นิวตรอน(p,n)รวมทั้งมีการทดสอบแรงที่เปลี่ยนไปที่พลังงานศักย์(รอบบริเวณE_P=70MeV)เกิดจากกลไกปฏิกิริยาอย่างง่ายของการกระเจิงนิวคลีออนและแบบจำลองศักย์ทางไฟฟ้าของแสงที่เหมาะสำหรับนิวคลีออน-นิวเคลียสแบบใหม่

การทดสอบได้ดำเนินการในส่วนของการขับเคลื่อนตัวแบ่งแยกที่ทำให้เกิดการแตกตัว(RIPS) ซึ่งบริเวณRIBFตัวเร่งจะมีการทำงานอย่างซับซ้อนโดยศูนย์ RIKEN Nishina การใช้ในแต่ละครั้งจะต้องตั้งค่าอ้างอิงที่เหมือนกัน การแผ่ของลำรังสี Be-14 เกิดจากการแผ่ O-18 ที่ 100 MeV/นิวคลีออน ซึ่งมีผลกระทบบนเป้า Be ที่ความหนา 6 มิลลิเมตร ชนิดของลำรังสีที่มีความหนาแน่นมีค่า 7 kcps ด้วยการแพร่ของโมเมนตัม \frac {\triangle P}{P}=\pm 2 \% เครื่องวัดกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยออกมาจากแผ่นคู่ขนาน ตำแหน่งที่พุ่งขึ้นไปยังเป้า เป้าตัวที่ 2 เป็นไฮโดรเจนเหลว ซึ่งมีรูปร่างเป็นทรงกระบอกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 เซนติเมตร และความหนา229 \pm 6 mg/cm^2 พลังงานเฉลี่ยของ B-14 ที่ศูนย์กลางเป้ามีค่าเท่ากับ 69 MeV / นิวคลีออน บริเวณรอบๆ เป้ามีโซเดียมไอออไดซ์( NaI) เป็นตัวเปล่งแสงทำให้มีการตรวจพบรังสีแกมมาจากการแตกตัวของประจุ ทิศทางการแตกตัวโดยไดโพลแม่เหล็กหลังจากกระทบเป้าซึ่งตรวจวัดได้จากเครื่องตรวจวัดเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคโดยอาศัยการเรืองแสง ซึ่งการพิสูจน์เลขอะตอมได้มาจากผลต่างของพลังงาน เส้นโค้งเหล่านั้นมีการวัดค่าโดยตั้งค่าชุดเส้นลวดที่เบี่ยงเบนจากตำแหน่งเดิมของ chambers ก่อนและหลังแม่เหล็ก ซึ่งสัมพันธ์กับการเคลื่อนย้ายของโมเลกุลแสดงได้จากการพิสูจน์มวล โดยตรวจพบนิวตรอนที่มีการเปล่งแสงจัดเรียงตัวที่ผนัง 2 ตำแหน่ง คือ 4.6 และ 5.8 เมตรตามทิศทางของเป้า นิวตรอนมีประสิทธิภาพการตรวจจับได้24.1 \pm 0.8 \% สำหรับการตั้งค่าเริ่มต้นที่ 4 MeV พลังงานสัมพัทธ์ E_{rel} ที่ระบบสุดท้ายมีการคำนวณจากเวกเตอร์โมเมนตัมของประจุและนิวตรอนที่แตกตัว การเบี่ยงเบนของแม่เหล็กใน2ระบบได้ตรวจพบการแตกตัวที่ตำแหน่งไม่ต่อเนื่อง เช่นเดียวกับสิ่งที่สนใจในกลศาสตร์เกี่ยวกับผลของปฏิกิริยาของมุมที่เกิดขึ้นก่อนหน้า ปริมาณเฟสช่องว่างของระบบสุดท้ายที่มีการปล่อยกัมมันตรังสีเป็นการป้องกันอย่างมีประสิทธิภาพ


ภาพที่ 1 แสดงความสัมพันธ์สเปกตรัมพลังงานของปฎิกิริยา H-1(Be-14, B-13 + n) ที่ (a)\theta_{cm}={0^\circ}-{16^\circ} และ (b)\theta_{cm}={16^\circ}-{48^\circ}

จากภาพที่ 1 แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของสเปกตรัมพลังงานของมุมทั้งสองที่แตกต่างกัน (a.)\theta_{cm}={0^\circ}-{16^\circ} และ (b.)\theta_{cm}={16^\circ}-{48^\circ} พบผลที่ยอมรับจากการตรวจสอบขอบเขตที่ได้แก้ไข ปฎิกิริยาที่เกิดขึ้นจากวัสดุตัวอื่นเป็นเพียง Background เท่านั้น วัดโดยใช้ที่ว่างเป็นเป้า ซึ่งมีค่าน้อยกว่า 0.1 mb/MeV และรูปร่างในแถบข้อมูลที่คาดเคลื่อนจะเกิดการหักล้างกัน ลักษณะของพีคที่เกิดจากการเรโซแนนซ์จะเห็นได้ชัดเจนที่ E_{rel}\approx 0.3 MeV ส่วนใหญ่จะเด่นชัดในมุมถัดไป โครงสร้างการชนที่ E_{rel}\approx 1.1 MeV จะปรากฏเฉพาะในมุมก่อนหน้านี้เท่านั้น และอาจจะสอดคล้องกับรายงาน 4- สังเกตที่สถานะ 2.08 MeV ในปฎิกิริยา C-14 (Li-7,Be-7) B-14 และ C-12 (C-14, N-12) B-14 ตั้งแต่สถานะที่อ่อนตัวลง มีการนำพลังงานที่ 2.08 MeV มาใช้ในการวิเคราะห์ภายหลัง การชนอื่นๆที่ E_{rel}\approx 3 MeV สังเกตได้จากลำดับแรกที่ใช้ในการศึกษา สำหรับสามสถานะไม่สอดคล้องกับรังสีแกมมาที่ถูกระบุ


ภาพที่ 2 แสดงการกระจายเชิงมุมของการเกิดภาคตัดขวางที่แตกต่างกันที่สังเกตจาก 3 สถานะ(วงกลมเปิด) สำหรับข้อมูลปฎิกิริยา C-12(p,n) N-12(1+, g.s.) ที่ 61.9 MeV (สี่เหลี่ยมเปิด) ดังที่แสดงให้เห็น ประยุกต์ใช้แฟกเตอร์มาตรฐานที่เส้นโค้ง DWBA (เส้นบอกสถานะของแข็ง) ที่แสดงให้เห็นในรูป เส้นโค้งที่เพิ่มขึ้น , เส้นแบบจุด และแบบประ , ผล DWBA ที่ได้มาเป็นการเปลี่ยนแปลงให้{0+}\to{1+} , ตามลำดับ เป็นการการคำนวณจากพจน์กลางและพจน์เทนเซอร์จากการกระทำของนิวคลีออน-นิวคลีออน(NN)


จากภาพที่ 2 แสดงความแตกต่างของภาคตัดขวางที่เกิดขึ้นจากสถานะที่สังเกต ซึ่งได้มาจากการยอมรับการแบ่งย่อยมุมของของแข็งที่เป็นสเปกตรัมในแต่ละถาดเชิงมุม และประยุกต์ใช้วิธีการให้เหมาะสมกับผลของพีคที่เอาออกไป แถบที่ผิดพลาดเป็นข้อมูลหนึ่งที่มีแบบแผนไม่แน่นอนประมาณ 6% ประกอบด้วย ความหนาของเป้า ประสิทธิภาพในการตรวจพบนิวตรอน และวิธีการที่เหมาะสม ความละเอียดของมุมกระเจิงมีค่าประมาณกับการจำลองของ Monte Carlo ที่มีการปรับค่าผลต่างกำลังสองเฉลี่ยของ\theta_{cm}= 2.3^\circ ที่\theta_{cm}= 4^\circ ถึง\theta_{cm}= 4.5^\circ และที่ \theta_{cm}= 44^\circ

โดยสรุปการเกิดปฏิกิริยา (p,n) บน Be-14 จากการวัดที่ 69 MeV/นิวคลิออน ใช้วิธีการคำนวณหามวลคงที่ จากสเปกตรัมพลังงาน สังเกตเห็นสภาวะไม่เสถียร( Resonance) 3 สภาวะ การเปรียบเทียบจากการวัดภาคตัดขวางกับการคำนวณการประมาณค่าการเกิดคลื่นที่ผิดรูป(DWBA) ให้ผลที่ยืนยันค่าJ^{\pi} ก่อนหน้าซึ่งเท่ากับ 1+และ4- ที่สถานะ 1.27 และ 2.08 MeVตามลำดับ นอกจากนี้ยังนำไปสู่การคาดการณ์J^{\pi} ซึ่งเท่ากับ 3+หรือ 3- สังเกตจากสถานะใหม่ที่ 4.06 MeV โดยประเมินค่าภาคตัดขวางที่ q=0 ค่าB(GT) ที่สถานะ 1+ ได้ถูกคำนวณขึ้นมาซึ่งเปรียบเทียบได้อย่างดีกับค่าของการสลายให้บีตา ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นครั้งแรกของการทดลองหาประสิทธิภาพของแรงGTจากการสลายตัวในสเปกโตรสโกปีของนิวไคล์ไม่เสถียรเนื่องจากปฏิกิริยา CE ในจลนศาสตร์ผกผัน

คำจำกัดความในทางนิวเคลียร์และสัญลักษณ์

1. Radioactive Isotope (RI) หมายถึง ไอโซโทปกัมมันตรังสี หรือไอโซโทปรังสี เกิดจากการผลิตไอโซโทปขึ้นมา โดยมีผลรวมของโปรตอนกับนิวตรอนไม่เหมือนกับไอโซโทปที่มีในธรรมชาติ ซึ่งอะตอมนั้นจะไม่เสถียร

2. distorted-wave (DW) หมายถึง การบิดเบี้ยวของคลื่นหรือคลื่นที่ผิดรูป

3. charge-exchange (CE) หมายถึง การแลกเปลี่ยนประจุ

4. plane-wave (PW) หมายถึง คลื่นที่สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีองค์ประกอบในระนาบเดิม ขณะที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ไป

5. Born approximation หมายถึง การประมาณค่าของบอร์น

6. optical model หมายถึง แบบจำลองเกี่ยวกับแสง

7. potentials หมายถึง ศักย์ทางไฟฟ้า

8. drip-line หมายถึง ขอบเขตการเสถียรของนิวเคลียส

9. Be หมายถึง ธาตุเบริลเลียม

10. B หมายถึง ธาตุโบรอน

11. (p,n) หมายถึง ปฏิกิริยาโปรตอน-นิวตรอน

12. \beta หมายถึง รังสีบีตา

13. \gamma หมายถึง รังสีแกมมา

14. He หมายถึง ธาตุฮีเลียม

15. Li หมายถึง ธาตุลิเธียม

16. P หมายถึง ธาตุฟอสฟอรัส

17. Si หมายถึง ธาตุซิลิกอน

18. C หมายถึง ธาตุคาร์บอน

19. NaI หมายถึง สารประกอบโซเดียมไอออไดซ์

20. Z หมายถึง เลขอะตอม

21. L หมายถึง โมเมนตัมเชิงมุม

22. S หมายถึง สปิน

23. T หมายถึง ไอโซสปิน

เครื่องมือที่ใช้ในการวัด

1. hodoscope หมายถึง เครื่องแสดงเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคโดยอาศัยการเรืองแสง

2. spectroscopy หมายถึง คือเครื่องมือที่ใช้วัดปริมาณและคุณสมบัติของสารเคมี โดยใช้หลักการดูดซับแสงและยอมให้แสงผ่านที่แตกต่างของเคมิคอลสปีซี่ (chemical species)

3. parallel-plate avalanche counters (PPACs) หมายถึง เครื่องวัดกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยออกมาจากแผ่นคู่ขนาน

อ้างอิงจาก

ใส่ความเห็น