10.7 A GeV 197 Au-Em作用电荷为3≤Z≤9的射弹碎片研究

王 琦 张东海

（1.临汾职业技术学院,山西临汾 041004;2.山西师范大学现代物理研究所,山西临汾 041004）

10.7 A GeV197Au-Em作用电荷为3≤Z≤9的射弹碎片研究

王 琦1张东海2

（1.临汾职业技术学院,山西临汾 041004;2.山西师范大学现代物理研究所,山西临汾 041004）

对10.7 A GeV197A u-Em作用电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的整体特征进行了研究.实验结果显示其约化自由程与距扫描起点距离D无关,电荷为3≤Z≤9的射弹碎片平均自由程不存在反常现象.这一结论可以通过I.O tterlund等人提出的检验方法和F-检验得到进一步证实.

相对论重粒子碰撞;射弹碎片;平均自由程

原子核乳胶在辐射探测带电研究中有其独特的优势,它不但能够探测到单个粒子的存在,而且能够鉴定粒子的特性,如确定它的电荷、质量、能量和动量等.它的空间分辨率高达0.1～0.5μm,对于寿命为10-12～10-16秒的粒子,衰变前的飞行距离在0.1～102μm之间,是目前唯一有效的探测器[1].文章对10.7 A GeV197Au-Em作用电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的整体特征进行了研究.

1 实验原理及测量方法

带电粒子进入乳胶后,和乳胶的主要成分AgB r晶粒发生作用,不断地损失能量,并使AgB r分解成溴原子和银原子.在一定条件下,某些银原子会陆续汇集在一起形成银原子的集团.而十个左右银原子组成的集团就能形成可以显影的核心,即潜影.经过化学显影处理后,就可以把带电粒子的径迹显示出来,即为各种带电粒子在核乳胶中的径迹.

原子核乳胶中带电粒子电荷的测量,我们主要采用δ电子密度法.当带电粒子通过介质时,与介质中的原子间有库仑相互作用,与原子中的电子发生碰撞,当能量转移大于带电粒子给予乳胶颗粒的平均能量时,被撞出的电子获得显著的速度,能够再使几个颗粒显影,因而形成从主径迹上叉出的短径迹,因为其在乳胶中的形状很像“δ”,故形象地称这个电子为“δ电子”.当一个带电为Z（一般Z＞2）,速度为V的粒子通过某一介质时,单位长度上的δ电子数nδ为:nδ∝Z2由于库仑作用较大,产生δ电子的几率就比较大,因此在核乳胶中除了留下这些粒子的主径迹外,在主径迹上还有许多小分叉,这些小分叉就是δ电子的径迹.在实验中对于电荷3≤Z≤20的射弹碎片,我们用δ电子密度进行判定,参考径迹为Z=3的粒子径迹.

2 实验结果及分析

2.1 电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的整体特征

在美国布鲁克海文国家实验室AGS重离子加速器上照射10.7 A GeV197Au乳胶叠,使其发生反应,利用δ电子密度法在3 360个作用事例中共发现2 010个电荷为3≤Z≤9的射弹碎片,其中有423个发生次级反应.扫描电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的径迹总长度为6 327.2 cm,所有的射弹碎片都经过仔细检查.表1给出了电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的事例结构的整体特征.

2.2 电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的约化自由程

由于电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的事例较少,所以利用平均自由程和电荷的关系:λ=Λ·Z-b（Λ,b为常数）来进行自由程的计算和统计.图1给出了10.7 A GeV197Au-Em作用电荷为3≤Z≤9的射弹碎片平均自由程随电荷的变化关系.利用最小χ2拟合实验结果,得到χ2拟合值Λ=P1=26.49±1.69,b=-P2=0.41±0.06.拟合得到的Λ,b值和理论值相吻合.图2给出了电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的约化自由程与D的依赖关系.由图2可见,在距作用点的最初几个厘米内,没有反常现象出现.

表1 10.7 A GeV 197 Au-Em电荷为3≤Z≤9的射弹碎片整体特征Table 1 The overall characteristics of with 3≤Z≤9 p rojectile fragments in 10.7 A GeV 197 Au-Em

图1 10.7 A GeV 197 Au-Em电荷3≤Z≤9的射碎片平均自由程随射弹电荷的变化关系Fig.1 Variation of mean free path of the p rojectile fragments with charges 3≤Z≤9 in 10.7A GeV197 Au-Em

图2 电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的约化平均自由程与射程D的变化关系Fig.2 Variation of mean free pathsof 3≤Z≤9 p rojectile fragments with the distance from the p roduction point

为了进一步检查射弹碎片的约化平均自由程与在距作用点距离L的关系,根据I.Otterlund建议比较L≤λα及L＞λα两区域的射弹碎片平均自由程,其中λα是反常子可能的平均自由程（约2.5 cm）,图3画出了λ1（L≤3 cm）与λ2（L＞3 cm）之间的关联,其中用λ=S/n计算.若没有反常子的存在,分布将落在对角线下三角区域.从图3中可以看出,数据点基本都落在λ1=λ2线上,这就表明电荷为3≤Z≤9的射弹碎片平均自由程与距扫描起点距离L无明显的依赖关系.

图3 电荷为3≤Z≤9的射弹碎片L≤3与L＞3两区域的平均自由程的比较Fig.3 Mean free paths in L≤3 versus in L＜3 at 3≤Z≤9

2.3 F-检验

为了进一步检验射弹碎片的约化自由程与在距作用点距离L的关系,我们引入F-检验:

表2 电荷为3≤Z≤9的射弹平均自由程及 F-检验值Table 2 F-testify the reduced mean free path of the p rojectile fragments with charges 3≤Z≤9

3 结论

对10.7 A GeV197Au-Em作用电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的整体特征进行了研究,由于电荷的不同,我们引入了约化平均自由程,给出了约化平均自由程Λ和D的依赖关系.实验结果显示其约化自由程与距扫描起点距离D无关,没有发现反常现象.

[1] 张东海.相对论性重离子诱发乳胶核反应研究[D].北京:中国原子能科学研究院,1999:11-12

[2] Friedlander EM,Gimpel RW,Heckman H H,et al.Anomalous reactionmean free pathsof nuclear p rojectile fragments from heavy ion collisions at 2A GeV[J].Physical Reviewc,1983,27（4）:1 497-1 518

In teractions Mean Free Paths of Projectile Fragmen ts with Charges 3≤Z≤9 from197Au-Emulsion Collisionsat 10.7 A GeV

Wang Qi1Zhang Donghai2

（1.Linfen Occupational Technology College,Linfen 041004;2.Institute of Modern Physics,Shanxi Normal University,Linfen 041004,China）

The interactions mean free paths of p rojectile f ragments from197Au-Emulsion collisions at 10.7 A GeV are investigated.It is found that the interactionmean free path of p rojectile fragments is not dependent on the distance from their p roduction point w ithin experimental errors.No anomalous phenomena exists in mean free pathsof p rojectile fragments.For the p rojectile fragmentswith charges 3≤Z≤9,the reduced mean free paths is independentof segmentsafter the point of emission,which can be further testified by themethod p roposed by I.Otterlunnd and themethod ofF-testify.No anomalous phenomenon exists in the reduced mean free path of the p rojectile fragments with charges 3≤Z≤0.

relativistic heavy-ion collisions;p rojectile fragments;mean free path

【责任编辑:王映苗】

1672-2027（2010）01-0082-03

O 572

A

2010-01-24

国家自然科学基金资助项目（10475054）;教育部科学研究重点基金资助项目（205026）.

王 琦（1980-）,女,山西洪洞人,硕士,临汾职业技术学院助讲,主要从事高能物理方面的研究.