利用CDCC方法分析氘与1p壳层靶核的总反应截面

对于氘与1p壳层靶核(Z≤8)的反应,同时较好地描述微分截面和总反应截面数据一直是核反应研究的难点。最近Science China Physics, Mechanics & Astronomy 2018第11期的一篇文章详细报道了采用Continuum Discretized Coupled Channel方法(CDCC),可以同时描述氘核与1p壳层核反应的微分截面与总反应截面。

氘核因其弱束缚特性而成为核反应研究的热点,能否同时正确描述氘核与轻靶核之间反应的微分截面和总反应截面是一个难点问题。目前为止,利用氘的系统学光学势,传统的光学模型都不能很好地描述氘与1p壳层靶核反应的总截面,如图1所示。弱束缚核的价核子结合能通常比较低,在反应中很容易被激发到连续能级而发射粒子,即发生破裂反应。由于破裂反应的截面通常比较大,它与其他反应道(如:弹性散射道)的耦合也会比较强,因此需要对这些连续能级进行处理。CDCC方法是处理此类问题的常用方法。研究者将CDCC方法用于描述氘与1p壳层核的反应,结果表明:当采用合适的核子光学势时,此方法可以同时描述相关反应的微分截面和总反应截面。相关的研究论文: “Analysis of total reaction cross sections for deuterons on 1p-shell nuclei",近期发表于Science China Physics, Mechanics & Astronomy 2018年第11期,由北京大学楼建玲担任通讯作者,陈伊荻等人共同撰写完成。

图1基于光学模型,现有氘的系统学光学势不能很好地描述d+9Be (a),d+12C (b),d+16O(b)的总反应截面数据

将CDCC方法用于弱束缚的氘核,核心是将氘核与靶核的反应视为质子、中子与靶核之间的三体反应,通过对氘核激发连续态分段计算的方法,充分考虑氘核弱束缚性带来的破裂效应与弹性散射道的耦合。在这个方法中,核子(中子或者质子)与靶核的相互作用势通常采用系统学核子势形式。

CDCC计算结果和实验数据之间的差异用开方值(χ2)来描述,χ2值越小,表明计算结果对实验数据的描述越好。对于某一确定能量下的氘核与12C(或者16O)的反应,通过计算χ2值随系统学核子势实部和虚部势深度的变化的三维图,找到最小开方值对应的势深度,此深度就是最优深度。作为一个例子,图2给出了d+12C在60 MeV入射能量下的χ2分布图。拟合不同能量下的数据,就可以得到势深度随能量变化的规律。利用该方法,研究者找到了几种系统学核子势深度的不同变化规律。

图2对于d+12C在入射能量为60 MeV的反应,χ2值随核子势实部和虚部势深度的变化关系

利用最小χ2法调节核子势的深度以后,不管用哪种核子势, CDCC方法都能很好地描述氘与1p壳层核反应的微分截面。但是,只有调整后的核子势WSS,能够很好地描述d+12C,以及d+16O的总反应截面数据。因此,将来应用CDCC方法和得到的WSS势深度随能量的变化规律,能够对于氘核与12C,16O靶的反应总截面进行预测,对于后续的实验测量有指导意义。