Основные результаты предыдущего эксперимента на DRIBs 2006 1. Функции возбуждения для реакций 206Рb(6Не,2n)210Po 197Au(6Не,2-7n)201-196Tl 2. Функции возбуждения для реакций передачи 197Au (1n); 3. Изомерные отношения для пар ядер 196,198Tl и 196,198Au. Первоначальная энергия 6Не 62 МэВ уменьшалась до подбарьерных значений (Bc = 20 МэВ) с помощью поглотителей. В результате dEmax = 2.5 МэВ Sub-barrier Fusion : 6He+206Pb, 197Au 206Pb(6He,2n)210Po 2 , mb , mb 10 197Au(6He,2n)201Tl 10 10 2 10 1 1 B B c 10 0 3x10 8 12 16 20 24 Elab, MeV 28 c 0 10 15 20 25 30 35 Elab, MeV Желательно уменьшить разброс по Еlab Yu.E. Penionzhkevich et al., Eur. Phys. J., 2007. v. A31, p. 185 Neutron transfer for 4,6He , mb enhanced neutron transfer appears to drive an enhancement in the fusion yield 4 10 6 He + 197 Au-> 198 Au 6 He + 197 Au-> 196 Au 3 10 6He+197Au-> 198Au(Q=+4.6MeV) 6He+197Au-> 196Au(Q=-8.5MeV) 2 10 4 He + 197 Au-> 196 Au 1 10 Bc 0 10 4 He + 197 Au-> 198 Au -1 10 0 10 20 30 40 50 E lab 60 , MeV For the core interaction: 4He+197Au-> 198Au(Q=-14.6MeV) 4He+197Au-> 196Au(Q=-8.9MeV) MOMENTUM DISTRIBUTION OF 4He PRODUCED IN THE 6He + 197Au REACTION 6 Exp. MeVc MeVc 0,30 0,25 4 He beam 810 ± 5 MeV/c He yield 0,20 4 x10 0,15 0,10 0,05 0,00 300 400 500 600 700 800 900 P (MeV/c) FWHM r 1 2 2 2 2 2,35 2 Width of momentum distribution, MeV/c 70 60 6 6 4 4 Li--> He+p+n Li--> He+d 50 8 He 14 Be 40 6 He 30 15 C 11 11 Be Li 20 14 B 19 C 10 present work data from literature data from literature, averaged 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Separation energy, MeV 3,0 3,5 t p n α n n α α 206Pb(6He,2n)210Po 11 7 Внутренний пробник У400 -1 2*10 интенсивность, с интенсивность, с -1 =2.5*10 12 =2*10 МСП-144 7 10 21 22 23 24 март 2008 25 26 8 1*10 7 5*10 26 27 28 29 30 март, 2008 31 Что сделано I. a) 6Li (60 МэВ) калибровка, диагностика пучка. Тестовые реакции: передачи и слияние: 6Li + 209Bi215-xnRn (x=3-5) 6Li + 198Pt204-4nTl 6Li + 209Bi208,210Po 6Li+ Pt196+1nPt 6Li+ Pt199Au Измерение нейтронного фона. II. Получения пучка 6Не в подбарьерной области энергий (8-23 МэВ) с меньшим энергетическим разбросом (dE ~ 0.2 0.8 МэВ). Ш. Эксперименты с пучком 6Не: • реакция слияния: 206Pb(6He,2n)210Po 209Bi(6He,xn)215-xnAt • реакции передачи: Pt + 6Hе 209Bi + 6He Получение пучка 6Не в подбарьерной области энергий с меньшим энергетическим разбросом Два способа получения пучка 6Не в подбарьерной области энергий с меньшим разбросом • Внутренний пучок при малых радиусах • Использование МСР-144 как сепаратора-монохроматора MSP-144 Focal plane Monitors Si-detectors Monitor Au-targets Strip-detector Reaction chamber Ionization chamber Пучок внутри У400 E (6He), MeV 50 6 40 E( He)=33.004R 1.9943 30 20 dE~0.2MeV Øtarget~68mm 10 0.4м 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 R, m Пробник очистки пучка 0.4-0.5m Головка пробника очистки пучка (вид сверху) ППД коллиматор мишени Телесный угол мониторного детектора: Ω ≈ 2 мср. При интенсивности 6Li ~108 c-1 и толщине рассеивающей Au-фольги 13.5 мкм счет мониторного детектора – ~100 с-1 Al – фольга полного поглощения 12С рассеивающая Au - фольга 6Li1+ (12C2+) Monitor detector (inner beam R~85 cm) 104 E He=25±0.25 MeV I ~ 2 * 10 7 pps E C=50±0.2 MeV 12 6 C/ He ~ 1/10 Monitor detector (inner beam R~101 cm) 104 6 6 10 counts 6 He counts 12 3 103 6 10 12 800 1000 C 102 1200 1400 1200 channels 6 Distribution of the He beam on targets 1.0 0.8 Yield 600 He 400 keV 400 Kev 2 101 E He=35±0.2 MeV I ~ 1.6 * 10 8 pps 0.6 0.4 0.2 0.0 1.0 1.5 2.0 L (mm) 2.5 3.0 1600 channels 2000 2400 SETUP FOR MEASUREMENTS with MSP-144 0,50 Excitation functions at E < 25 MeV MSP-144 (focal plane) E=23.3 ± 1 MeV 0,45 0,40 0,35 E = 0.5 MeV 0,30 yield MSP-144 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 20 21 22 23 24 25 Focal plane Monitors 26 27 E (MeV) Ionization chamber Si-detectors Monitor Au-targets Strip-detector Degrader Reaction chamber E = 200 keV/target Ø~20 mm at focal plane; at E = 16-25 MeV 28 Energy straggling (± MeV) Энергетический стреглинг пучка 6He в различных поглотителях (эксперимент и расчет по программе SRIM-2006) Au SRIM-2006 Al Plexiglas 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 60 50 40 30 Elab (MeV) 20 10 212Po 6He+206Pb 209Po 210Po 211Po 212Po 102a 123d Ea=4.88MeV Ea=5.3MeV 25s Ea=8.8MeV 45s Ea=11.6MeV 3n 2n 1n 0n Deep sub-barrier fusion of 6He with 206Pb For E < 25 MeV MSP-144 (focal plane) Experimental results (2006) SETUP FOR EXCITATION FUNCTIONS MEASUREMENTS WITH MSP-144 ΔE>±2MeV MSP-144 6He+206Pb 210Po + 2n Focal plane cross section (mb) 2 10 1 10 4He+208Pb barrier 0 10 Monitors Si-detectors Monitor 10 15 20 25 Ec.m. (MeV) (6 He 206 Pb 212 Po) 1000 ! ( 4 He 208 Pb 212 Po) Ec.m. = 15 MeV Targets Au-targets Strip-detector Degrader Ionization chamber Reaction chamber 6He-beam March 2008 experiments dE/dx~40keV/mm Ltarget~20mm ΔE~±0.4MeV 206Pb(6He,2n)210Po 5.3MeV det1 Yield 20 E( He)=25MeV 4 6 s12 E(6He)=23MeV 10 20 6 4 E( He)=20MeV 3,0x10-3 8 yields 20 10 6 6 s13 2,0x10-3 T1/2=138 d 8 -3 1,0x10 10 20 4 6 4 6 E(6He)=14MeV s17 8 10 E (MeV) 8 0,0 0 20 40 60 80 t (day) 100 Sub-barrier Fusion : 6He+206Pb 206Pb(6He,2n)212Po March 2008 2006 2 10 2 , mb , mb 10 10 10 1 1 B Bc c 0 3x10 8 12 16 20 Elab, MeV 24 28 10 0 8 12 16 20 24 28 Elab, MeV 3n 2n 1n 0n 209Po 210Po 211Po 212Po 102a 123d Ea=4.88MeV Ea=5.3MeV 25s Ea=8.8MeV 45s Ea=11.6MeV 204Pb+8He Dubna GANIL 208Pb+4He 206Pb+6He Dubna Jyvaskyla 208 4 , mb Pb+ He 206 6 Pb+ He 10 2 10 1 10 0 10 -1 10 -2 10 -3 Bc 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Elab, MeV , mb 10 4 10 3 206 10 2 10 1 10 0 10 6 210 Pb( He,2n) Po 208 Pb(4He,2n)210Po -1 -10 0 Ecm - Bc , MeV 10 20 Pb(6He,2n)210Po 208 4 210 Pb( He,2n) Po , mb 206 103 sequential fusion model 102 101 100 Bc 10-1 10-2 0,5 1,0 1,5 Ecm/Bc 4 10 6 He + 197 Au -> 198Au 3 10 , mb 2 10 208 4 210 Pb( He,2n) Po 1 10 206 6 210 Pb( He,2n) Po 0 10 10 4 He + 197 Au -> 198Au -1 -20 -10 0 10 Ecm - Bc , MeV 20 30 40 3 10 6 45 46 He+ Sc -> Sc (experimental results) 45 6 46 Sc( He,n) Sc (ALICE-MP) , mb 2 10 Bc 1 10 5 10 15 20 25 Elab , MeV +1n, mb 3 10 2 10 1 10 6 0 10 0,0 209 210 He+ Bi-> Bi 6 197 198 He+ Au-> Au 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Ecm/Bc 6 1000 209 Li+ Bi (mb) 100 10 5n 4n 1 0,1 3n Our data 3n 4n 5n Dasgupta et. al. Phys.Rev.C 70 (2004) 3n 4n 5n BC 0,01 25 30 35 40 Elab, MeV 45 50 55 60 3 mb 10 200 6 Tl Li + 198 200 Pt ---> Tl+4n 2 10 Experimental results ALICE-MP code Bc 1 10 25 30 35 Elab, MeV 40 45 50 3 fusion , mb 10 2 10 1 10 6He+209Bi 0 10 6Li+209Bi 7Li+209Bi -1 10 0,5 1,0 1,5 2,0 Ecm/Bc 3 10 cross section [mb] 2 10 1 Pt( Li,n) Au 10 198 6 199 Bi( Li,n) Po 198 199 Pt(d,n) Au F.Tarkanyi et al., NIM B, V. 243, р.20 (2006) 209 6 208 0 10 0.5 1.0 Ecm/Bc 1.5 2.0 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • Разработан метод получения монохроматичных пучков с использованием магнитного спектрометра МСП-144 м внутреннего пробника циклотрона У-400 • Измерены функции возбуждения для реакций полного слияния 206Pb(6He, 2n)210Po, 208Pb (4He, 2n)210Po, 198Pt (6Li, 4n)200Tl, 209Bi (6Li, xn)215-xRn и реакций передачи дейтрона 198Pt (6Li, n)199Au, 209Bi (6Li, 3n)208Po в широком диапазоне энергий ( 0,5 Есм 2,0 ) с энергетическим разрешением не хуже 500 Кэв. • Показано усиление сечения реакций слияния с ядрами 6Не по сравнению с 4Не и 6Li в подбарьерной области энергий. • Функции возбуждения для реакций передачи кластеров ( нейтроны в 6Не, d- в 6Li ) имеют максимум в районе кулоновского барьера и заметное сечение в глубокоподбарьерной области энергий . ПРЕДЛОЖЕНИЯ НА СЛЕДУЮЩИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ • Измерение функций возбуждения для реакций слияния и передачи в глубокоподбарьерной области энергий на пучках 6,7Li с 208Pb и 209Bi • Измерение функций возбуждения для реакций слияния и передачи на пучке 6He c 45Sc и 112,124 Sn • Подготовка и испытание методики “ on-line” спектрометрии с использованием системы прерывания пучка • Измерение полного сечения реакции по -излучению с использованием больших CsI-детекторов. Участники экспериментов: R.A. Astabatyan, N.A. Demekhina, Z.Dlouhy, G.G. Gulbekian, M.P.Ivanov, R. Kalpakchieva, A.A. Kulko, S.M.Lukyanov, E.R. Markaryan, V.A. Maslov, Yu.E. Penionzhkevich, R.V. Revenko, N.K. Skobelev, V.I.Smirnov, Yu.G. Sobolev, D.A.Testov, T.V.Shishkina. Расчетные значения энергии пучка 6Li1+ и 12C2+ на внутренних орбитах У-400 2 Z E 48.24 BR [ МэВ; Тл; м] A Предлагается установить пробник очистки пучка с мишенями на радиусе 1.1 м, соответствующему энергии: 6Li1+ 12C2+ Е=40.6 МэВ Е=80.7 МэВ Кассета внутреннего пробника Коллектор тока Полупроводниковый детектор Мишени 2 см Рассеивающая фольга 4 10 6 He + 197 Au-> 198 Au 6 He + 197 Au-> 196 Au 3 10 , mb 2 10 4 He + 197 Au-> 196 Au 1 10 Bc 0 10 4 He + 197 Au-> 198 Au -1 10 0 10 20 30 40 50 E , lab 60 MeV xn mb 197 1000 197 100 10 4 198 4 199 Au( He, 3n) Tl Au( He, 2n) Tl 197 4 200 Au( He, n) Tl 1 0,1 0,01 197 1E-3 VB 1E-4 5 10 15 20 25 30 Elab , MeV 35 40 45 4 Au( He, ) Эксперимент на У200, Е(4Не)= 35 МэВ Распад составного ядра 201Та с испусканием х-нейтронов (х=0-3) Реакции передачи , мб , мбн 10 3 4 10 10 197 2 10 target+1n 3 197 1 10 197 0 10 10 10 10 10 2 target-1n -1 10 target+1n 1 196 197 Au, Не+ Au 198 6 197 Au, He+ Au 198 4 197 Au, He+ Au 196 4 197 Au, He+ Au 0 target-1n -1 10 -2 6 20 30 40 10 197 -3 10 201 Au(,) Tl VB -4 10 -5 10 50 60 70 Eлаб, МэВ 10 20 30 40 50 60 70 80 Елаб, МэВ 198 Au(,3n) Tl 199 Au(,2n) Tl 200 Au(n) Tl 1000 206 6 210 n2 n3 n4 Yield per day (a.u) , mb Pb( He,2n) Po 206 6 208 Pb( He,4n) Po 2n ( Zagrebaev) 4n (PACE4) 100 10 -1 10 4n 2n -2 10 3n 1 -3 12 18 24 30 Elab, MeV 10 12 16 20 24 28 32 6 E( He), MeV , mb Exp.206Pb(6He,2n)210Po 2n Sequent. fusion model Total Fusion Total Fusion Seq.Fus.Model 103 102 101 100 12 18 24 30 Elab, MeV 6 3 ,mb 10 2 197 He+ Au 198 g - Au 198 m - Au 197 10 d + Au 198 g - Au 198 m - Au 1 10 0 10 Bd B He 6 -1 10 0 Ethr 10 20 30 40 Elab , MeV 50 60 CONCLUSIONS concerning fusion and transfer-reaction excitation functions The excitation functions obtained for complete fusion induced by 6He and 6Li beams provide evidence for the sub-barrier character of fusion reactions with these nuclei. Strong enhancement of cross section is observed at energies below the Coulomb barrier for the fusion reactions 206Pb, 197Au + 6He, which is in agreement with the predictions of the “sequential fusion model”. (Zagrebaev, Phys. Rev. C67,2003) Also for sub-Coulomb barrier energies (Ecm-Bc 10 MeV), the exit channels involving the transfer of clusters (two neutrons in the case of 6He and deuterons in the case of 6Li) are characterized by increase of cross section. 10 4 6 206 He + 197Au -> 198Au Pb (6He, fusion) , mb (n - transfer) 10 3 10 2 10 1 208 Pb (4He, fusion) 4 He + 197Au -> 198Au (n - transfer) 10 10 0 -1 -20 -10 0 Ecm - Bc , MeV 10 20 5n 4n 3n Rn210 Rn211 14.6h Rn212 24m 6.3MeV 2.4h 6.0MeV At210 8.1h At211 7.2h Po210 138d 6 1000 209 Li+ 5.3MeV Bi Po211 0.5s 7.5MeV c.s., mb 100 10 1 n2 n3 n4 n5 n6 0,1 0,01 25 30 35 40 45 50 55 Elab, MeV 60 M. Dasgupta et al. PHYSICAL REVIEW C 70, 024606 (2004) 6Li+209Bi 215Rn Сечения образования основного и изомерного состояний в реакции 197Au+6He и их изомерное отношение 196,198Au 3 10 3 , mb ,mb 10 2 10 -1 (x10 ) 198 198 1 10 2 10 196 g - Au (2-) 196 m - Au (12-) g Au (2-) m Au (12-) 1 10 -2 0,5 m/g m/g 10 -3 10 -4 10 10 20 30 40 50 Elab , MeV 60 70 0,3 0,1 30 40 50 Elab, MeV 60 6He(206Pb,210Po)2n background T=100 h 100 T=100 h counts T1/2=138 days 10 0 20 40 60 80 100 120 140 T (days) 160 180 200 220 240 W.Loveland et al C74, 064609 (2006) J.J.Kolata et al. Phys.Rev. C81 (1998) p.4580 Возможность радиохимического выделения фракций Po 206Pb(41) 6He(12MeV) (Elab=131МэВ) 6He(14MeV) 206Pb(52) The possibility of neutron transfer with positive Q values could increase the barrier penetrability. (48Ca+48Ca) (40Ca+48Ca) <1. M.Trotta et al. PRC65,011601R(2002) But : the neutron excess itself does not lead to additional fusion c.s. enhancement. 8,4He+204,208Pb 212Po 6He+206Pb 209Po 210Po 211Po 212Po 102a 123d Ea=4.88MeV Ea=5.3MeV 25s Ea=8.8MeV 45s Ea=11.6MeV 3n 2n 1n 0n Сравнение сечений образования основного (2-) и изомерного (12-) состояний ядер 198Au в реакциях, вызванных 6He и дейтронами 6 3 10 2 10 ,mb 197 He+ Au 198 g - Au 198 m - Au QR= + 4.65 MeV 197 d + Au 198 g - Au 198 m - Au 1 10 0 10 QR= + 4.29 MeV -1 10 -20 -10 0 10 20 Ecm- Bc (MeV) 30 40 [1] Long X et al 1985 Report No. 001 Inst. of Nucl. Sci. and Technol. [2] Casella V R 1975 Report UC-34 c (LA-5830-T) [3] Jahn P, Probst H-J et al 1973 Nucl. Phys. A 209 333 6He + 206Pb внутренний пробник • • • • I (6He) ~1*107 pps ~ 60 mb d(206Pb)~700 g/cm2 N (210Po/day)=107*2*1018*60*10-27*3600*24~105 atoms/d Можно наблюдать 200 -распадов (off-line) в сутки при =60 мб 3-4 -распада (off-line) при =1 мб Сечения образования основного и изомерного состояний реакции 197Au(6He,5n) и их изомерное отношение 198Tl в 3 , mb 10 198 g - Tl (2 ) 198 m + Tl (7 ) 2 10 m/g 6He - 197Au(α,3n) [Nucl. Phys. A, V.142, P.545 (1970)] Статистическая модель (Колесников Н.Н.): 1,5 σ0= 5.3, а=20 МэВ-1 4He σ0= 5.0, а=20 МэВ-1 1,0 EMPIRE – II (Чувильская Т.В.): 0,5 30 40 50 Е lab , MeV 60 Ю.Ц.Оганесян. Кандидатская диссертация, 1962г. 197Au 10 23.1 ± 0.18 Al 10 мкм Au 5мкм 17.6 ± 0.18 I 21 ± 0.24 15.5 ± 0.3 Al 5 мкм 19.2 ± 0.29 Au 5 мкм Al 5 мкм 13.5 ± 0.35 Au 5 мкм 17.3 ± 0.36 15.3 ± 0.41 13.2 ± 0.47 11.2 ± 0.53 Вх. фольга Вх. фольга Au 5мкм Au 5 мкм Al 5 мкм II 11.5 ± 0.5 9.2 ± 0.63 Au 4 мкм Al 5 мкм Au 4 мкм Au 5 мкм Al 5 мкм 6.7 ± 0.73 5.4 ± 0.8 11.9 ± 0.24 I 10.4 ± 0.26 8.7 ± 0.45 Au 5 мкм 6.9 ± 0.51 Al 20 мкм 4.9 ± 0.59 Au 4 мкм 3.5 ± 0.75 Al 15 мкм Au 4 мкм Al 5 мкм , mb Вх. фольга Al 15 мкм 201Tl Е = 17 МэВ R≈0.71 м Е = 22 МэВ R≈0.81 м 10 1 I B Au 4 мкм Au 4 мкм 10 Au 4 мкм c 0 10 15 20 25 30 35 Elab, MeV Au 4 мкм Au 4 мкм 4 10 6 He + Sc 10 мкм 197 Au-> 198 Au 6 197 196 4 197 196 He + Au-> Au 3 10 II 2 , mb Е = 27 МэВ R≈0.9 м 2 Au 4 мкм Al 5 мкм Au 4 мкм Sc 10 мкм 10 He + Au-> Au 1 10 Bc 0 10 4 He + 197 Au-> 198 Au Sc 10 мкм 10.2 ± 0.6 -1 10 0 Предполагаемое количество зарегистрированных гаммаквантов после 2 суток облучения и 3-х часов измерений (учтены интенсивности и эффективности регистрации характеристических гамма-квантов соответствующих изотопов): 201Tl 10 20 30 40 (Т1/2 = 72.1 ч) – 140; 198Au (Т 1/2 = 2.7 д) – 680; 196Au (Т 1/2 = 6.2 д) – 380. 50 E lab 60 , MeV 206 100 6 Pb( He,2n) 210 Po 23.3(1.0) MeV , mb 206 6 210 Pb( He,2n) Po 23.3(1.0) MeV , mb 100 10 10 Bc Bc 3 3 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 8 28 10 12 14 16 18 20 1.844 m 1.88 m 22.3 MeV X, m 21.5 19.6 17.7 1.81 m 1.88 m 15.7 MeV 1.958 m 17.0 MeV 210 14.9 12.6 10.0 Po 17.0(1.3) MeV , mb 100 6 10 Bc 3 8 10 12 14 16 18 20 22 24 18.4 MeV X, m Focal plane Pb( He,2n) 28 MSP выбор: E = 0.25 MeV на 1-ые мишени 24.3 MeV 23.3 MeV 20.5 18.7 16.6 206 26 1.921 m Focal plane II. 17.01.3 MeV 24 Elab, MeV Elab, MeV I. 23.31 MeV 22 26 28 Elab, MeV 16.4 14.2 11.8 6He + 197Au внутренний пробник • I (6He) ~1*107 pps • ~ 1 mb • d(197Au)~10 mg/cm2 • N (201Tl/day)=107*3*1019*1*10-27*3600*24~2.6*105 atoms/d Можно наблюдать: -1600 распадов 201Tl (off-line) в сутки при =20 мб - 9000 распадов 198Au (off-line) в сутки при =1 мб - 2200 распадов 196Au (off-line) в сутки при =1 мб Сравнение МСП-144 с внутренним пробником • Прецезионное измерение энергии и интенсивности Еlab и Nflux • dE не зависит от энергетического разброса пучка из ускорителя • Меньший энергетический разброс dE ElabdE в 1.5-2 раза • Площадь мишени больше в 4 раза • Недостаток - потери интенсивности ~10 раз I. (60 МэВ) калибровка, диагностика пучка Тестовые реакции: передачи и слияние: 6Li + 209Bi 4 сут. (ноябрь 2007) 6Li + 196Pt 6Li II. 6He (8-23МэВ) с dE 0.6 МэВ: Реакция слияния: 206Pb(6He,2n)210Po Реакции слияния и передачи: 197Au + 6Не 196Pt + 6Hе 112Sn + 6Не 45Sc + 6He 20 сут. (март 2008) Внутренний пробник + МСП Время необходимое на облучение Pb – мишеней - 8 суток • Интенсивность пучка – 107 частиц/сек; • Толщина мишени: 700 мкг/см2 • Предполагается накопить 105 атомов в сутки при сечении 60 мбн. Предполагаемый интервал измерения сечения 1-100 мбн. Время необходимое на облучение Au – мишеней - 6 суток • Интенсивность пучка – 107 частиц/сек; • Сечение – 1 мбн; • Толщина мишени: 4 мкм (7.7 мг/см2)