Description of spallation reactions
Το Σχήμα δείχνει τα βασικά χαρακτηριστικά μιας πυρηνικής αντίδρασης θρυμματισμού (Spallation reaction). Ένα πρωτόνιο προσπίπτει με κινητική ενέργεια 1 GeV σε ένα βαρύ πυρήνα (π.χ. Au, Pb ή U). Λόγω της υψηλής ενέργειάς του, το μήκος κύματος de Broglie είναι πολύ μικρό σε σχέση με τις διαστάσεις ενός νουκλεονίου. Μετά από την πρώτη κρούση με νουκλεόνιο του πυρήνα κινείται στην εμπρός διεύθυνση και συνεχίζει να συγκρούεται με τα υπόλοιπα νουκλεόνια. Παράλληλα, τα ανακρουόμενα νουκλεόνια του πυρήνα-στόχου κινούνται στην εμπρός διεύθυνση συγκρούονται με άλλα νουκλεόνια. Μερικές από τις κρούσεις μπορεί να είναι ανελαστικές, οπότε παράγονται πιόνια. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως ενδοπυρηνικός καταρράκτης (Intra Nuclear Cascade - INC). Μερικά νουκλεόνια ή πιόνια διαφεύγουν από τον πυρήνα. Έτσι, δημιουργείται ένα σύνθετο σύστημα, παρόμοιο με τον σύνθετο πυρήνα, γνωστό από μελέτες σε χαμηλές ενέργειες. Αυτός ο υψηλά διεγερμένος σύνθετος πυρήνας αποδιεγείρεται με διαδοχικές εκπομπές (εξάχνωση) νουκλεονίων, συσσωματωμάτων νουκλεονίων και ακτίνων γάμμα. Επίσης, είναι δυνατή η αποδιέγερση με σχάση. Τα τελικά προϊόντα μπορεί να είναι ραδιενεργά.
Σε βαρείς στόχους, κύριο χαρακτηριστικό είναι η εκπομπή νετρονίων τόσο κατά την διάρκεια τoυ ενδοπυρηνικού καταρράκτη όσο και κατά την αποδιέγερση του σύνθετου πυρήνα με εξάχνωση ή την σχάση. Ως εκ τούτου, οι αντιδράσεις θρυμματισμού σε βαρείς στόχους είναι πολύ χρήσιμες στην
- Παραγωγή πηγών νετρονίων
- Παραγωγή ενέργειας με ελεγχόμενο τρόπο (Accelerator Driven Systems - ADS)
- Την εξουδετέρωση των πυρηνικών αποβλήτων, και
- Την παραγωγή πυρήνων μακριά από την κοιλάδα πυρηνικής σταθερότητας.
Σε ελαφρούς στόχους, οι αντιδράσεις αυτές μελετώνται λόγω ενδιαφέροντος για
- Την αστροφυσική και φυσική του διαστήματος
- Την αντοχή των διατάξεων ημιαγωγών σε έκθεση στην κοσμική ακτινοβολία, και
- Την ραδιοπροστασία των αστροναυτών.
Σε μελέτες πυρηνικών αντιδράσεων θρυμματισμού με προσομοιώσεις έχουμε χρησιμοποιήσει τον κώδικα ISABEL [2] για την περιγραφή του ενδοπυρηνικού καταρράκτη σε συνδυασμό με τον κώδικα MECO [3] για την αποδιέγερση του σύνθετου πυρήνα ως διεργασία διαδοχικών διμερών καταμερισμών (binary decay). Παράλληλα, εξετάζουμε την ισχύ εναλλακτικών τρόπων περιγραφής όπως είναι οι μέθοδοι της κβαντικής μοριακής δυναμικής [4,5] ή φαινομενολογικών μοντέλων.
ΑΝΑΦΟΡΕΣ
[1] J. Benlliure, Spallation Reactions in Applied and Fundamental Research, Lect. Notes Phys. 700, 191 (2006) 238
[2] Y. Yariv and Z. Fraenkel, Phys. Rev. C20, 2227 (1979); Y. Yariv and Z. Fraenkel, Phys. Rev. C24 (1981) 488
[3] N.G. Nicolis, Int. J. Mod. Phys. E17, (2008) 1541
[4] A. Assimakopoulou, G.A. Souliotis, A. Bonasera, A. Botvina, N.G. Nicolis and M. Veselsky, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 46 075104 (2019).
[5] N.G. Nicolis, G.A. Souliotis and A. Bonasera, Two-stage description of charge distributions in 56Fe+p spallation reactions at 0.3-1.5 GeV/A, EPJ Web of Conferences 252, 07001 (2021)
[6] Βλέπε ανακοινώσεις στο Ετήσιο Συμπόσιο της Ελληνικής Εταιρείας Πυρηνικής Φυσικής και Εφαρμογών (HNPS).