Учёные Института современной физики Китайской академии наук раскрыли двунаправленный механизм действия оболочечных эффектов в реакциях многонуклонных передач

Недавно научная группа Национальной ключевой лаборатории тяжёлоионных наук и технологий Института современной физики Китайской академии наук совместно с партнёрами раскрыла двунаправленный механизм действия оболочечных эффектов в реакциях многонуклонных передач и предложила оптимизированные реакционные системы. Это исследование открывает новые пути для эффективного синтеза нейтроноизбыточных нуклидов в лабораторных условиях. Результаты опубликованы в журнале Physics Letters B.

Синтез и исследование нейтроноизбыточных нуклидов вблизи нейтронного магического числа 126 имеют особое научное значение, поскольку свойства этих нуклидов напрямую связаны с процессами образования тяжёлых элементов, таких как золото и платина, во Вселенной. Однако эффективное получение этих нуклидов долгое время оставалось экспериментальной проблемой. Традиционные методы, такие как слияние-испарение, деление и фрагментация снаряда, с трудом позволяют достичь этой нейтроноизбыточной области, в то время как реакции многонуклонных передач в качестве альтернативного подхода в последние годы привлекают широкое внимание.

Оболочечный эффект является ключевым фактором, влияющим на динамику реакций многонуклонных передач, однако механизм его действия до конца не выяснен. Для решения этой задачи исследователи разработали соответствующую теоретическую модель, которая путём введения зависящей от деформации формулы масс и масштабного фактора с непрерывно регулируемой силой оболочечной поправки позволила систематически проследить эволюцию оболочечного эффекта на всём протяжении процесса — от обмена нуклонами до девозбуждения фрагментов.

Исследователи систематически рассчитали скорости реакций при облучении ксеноном-136 трёх ядер-мишеней: свинца-208, ртути-204 и ртути-208. В ходе исследования было обнаружено, что оболочечный эффект играет роль «обоюдоострого меча»: для продуктов с малым числом переданных нуклонов, близких к входному каналу, оболочечный эффект усиливает их выход; однако для нейтроноизбыточных продуктов, требующих передачи большого числа нуклонов, оболочечный эффект сильно подавляет их образование. Это подавление наиболее выражено для дважды магического ядра свинца-208 в качестве мишени.

На основе этого понимания исследователи предложили избегать использования магических ядер в качестве объектов столкновения, рекомендовали выбирать немагические ядра-мишени и предложили реакционную систему «уран-238 + ртуть-204». Расчёты показывают, что данная реакция может значительно повысить вероятность синтеза таких нейтроноизбыточных нуклидов, как иридий-203 и осмий-202, что даёт чёткий кандидатный вариант для будущих экспериментов.

Данное исследование не только раскрывает механизм действия оболочечных эффектов в реакциях многонуклонных передач, но и предоставляет важную справочную информацию для экспериментального синтеза нейтроноизбыточных нуклидов и раскрытия происхождения тяжёлых элементов во Вселенной.

Первым автором статьи является ассистент-исследователь Института современной физики Дай Фаньчао, авторами-корреспондентами — старший научный сотрудник Института современной физики Сюй Синьсин, заместитель научного сотрудника Китайского института атомной энергии Вэнь Пэйвэй и старший научный сотрудник Линь Чэнцзянь. Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая, Национальной ключевой программы исследований и разработок, Стратегического пилотного проекта Академии наук Китая и других программ.

Рис. 1: Прогнозируемые сечения образования изотопов с N = 126 в реакции 238U+204Hg (красный) в сравнении с экспериментальными данными для 198Pt+136Xe (зелёный). (Источник: Physics Letters B)

Рис. 2: Схема реакции многонуклонной передачи. Два атомных ядра сближаются (слева), кратковременно объединяются и обмениваются нуклонами (в центре), затем разделяются (справа). (Рисунок: Дай Фаньчао)