利用CDCC方法分析氘與1p殼層靶核的總反應截面

對於氘與1p殼層靶核(Z≤8)的反應,同時較好地描述微分截面和總反應截面數據一直是核反應研究的難點。最近Science China Physics, Mechanics & Astronomy 2018第11期的一篇文章詳細報道了採用Continuum Discretized Coupled Channel方法(CDCC),可以同時描述氘核與1p殼層核反應的微分截面與總反應截面。

氘核因其弱束縛特性而成爲核反應研究的熱點,能否同時正確描述氘核與輕靶核之間反應的微分截面和總反應截面是一個難點問題。目前爲止,利用氘的系統學光學勢,傳統的光學模型都不能很好地描述氘與1p殼層靶核反應的總截面,如圖1所示。弱束縛核的價核子結合能通常比較低,在反應中很容易被激發到連續能級而發射粒子,即發生破裂反應。由於破裂反應的截面通常比較大,它與其他反應道(如:彈性散射道)的耦合也會比較強,因此需要對這些連續能級進行處理。CDCC方法是處理此類問題的常用方法。研究者將CDCC方法用於描述氘與1p殼層核的反應,結果表明:當採用合適的核子光學勢時,此方法可以同時描述相關反應的微分截面和總反應截面。相關的研究論文: “Analysis of total reaction cross sections for deuterons on 1p-shell nuclei",近期發表於Science China Physics, Mechanics & Astronomy 2018年第11期,由北京大學樓建玲擔任通訊作者,陳伊荻等人共同撰寫完成。

圖1基於光學模型,現有氘的系統學光學勢不能很好地描述d+9Be (a),d+12C (b),d+16O(b)的總反應截面數據

將CDCC方法用於弱束縛的氘核,核心是將氘核與靶核的反應視爲質子、中子與靶核之間的三體反應,通過對氘核激發連續態分段計算的方法,充分考慮氘核弱束縛性帶來的破裂效應與彈性散射道的耦合。在這個方法中,核子(中子或者質子)與靶核的相互作用勢通常採用系統學核子勢形式。

CDCC計算結果和實驗數據之間的差異用開方值(χ2)來描述,χ2值越小,表明計算結果對實驗數據的描述越好。對於某一確定能量下的氘核與12C(或者16O)的反應,通過計算χ2值隨系統學核子勢實部和虛部勢深度的變化的三維圖,找到最小開方值對應的勢深度,此深度就是最優深度。作爲一個例子,圖2給出了d+12C在60 MeV入射能量下的χ2分佈圖。擬合不同能量下的數據,就可以得到勢深度隨能量變化的規律。利用該方法,研究者找到了幾種系統學核子勢深度的不同變化規律。

圖2對於d+12C在入射能量爲60 MeV的反應,χ2值隨核子勢實部和虛部勢深度的變化關係

利用最小χ2法調節核子勢的深度以後,不管用哪種核子勢, CDCC方法都能很好地描述氘與1p殼層核反應的微分截面。但是,只有調整後的核子勢WSS,能夠很好地描述d+12C,以及d+16O的總反應截面數據。因此,將來應用CDCC方法和得到的WSS勢深度隨能量的變化規律,能夠對於氘核與12C,16O靶的反應總截面進行預測,對於後續的實驗測量有指導意義。