Citation for published version (APA): Hoefman, M. (1999). A study of coherent bremsstrahlung and radiative capture. s.n.

Transcriptie

1 University of Groningen A study of coherent bremsstrahlung and radiative capture Hoefman, Marieke IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 1999 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Hoefman, M. (1999). A study of coherent bremsstrahlung and radiative capture. s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date:

2 Samenvatting Bij het versnellen of afremmen van een geladen deeltje, zoals dat bij een botsing het geval is, wordt bremsstrahlung ofwel remstraling uitgezonden zoals aangeduid in guur 1. Remstraling moet men daarom kunnen waarnemen bij elk nucleair botsingsproces. Hoewel deze remstraling al in 1949 door Ashkin en Marshak [Ash49] voorspeld werd, duurde het tot halverwege de jaren '80 dat deze hoog energetische fotonen gemeten werden bij botsingen tussen zware atoomkernen. Men vond echter dat de remstraling niet uitgezonden werd tengevolge van de collectieveversnelling van zowel de projectielkern als de targetkern, maar tengevolge van botsingen tussen de afzonderlijke nucleonen van beide kernen, (guur 2). De fotonopbrengst die gemeten werd kwam goed overeen met de incoherente som van de individuele quasi{vrije nucleon{nucleon botsingen. Sindsdien gaat men er van uit dat dit proces de belangrijkste bijdrage levert aan nucleaire remstraling. Blijft echter de vraag of de collectieve of coherente remstraling volledig genegeerd kan worden. Om die vraag te beantwoorden is gekozen om het +p γ Figuur 1: Twee botsende deeltjes waarbij een remstralingsfoton wordt uitgezonden. Figuur 2: Botsing tussen twee zware kernen. 125

3 126 Samenvatting systeem bij een bundel energie van 50 MeV/nucleon te bestuderen. De keuze van dit systeem is bepaald door het feit dat het {deeltje sterk gebonden is, waardoor in een groot energiebereik fotonen alleen coherent geproduceerd kunnen worden. Als namelijk het foton wordt geproduceerd in botsingen tussen individuele nucleonen betekent dat dat het {deeltje opbreekt. Dat kost energie en daardoor blijft slechts een maximale energie over van 20 MeV voor zo'n foton, bij deze bundel energie. Het foton dat echter coherent geproduceerd wordt, waarbij het {deeltje dus intact blijft, kan een maximale energie van zo'n 39 MeV krijgen. Kortom, alle fotonen die een hogere energie hebben dan 20 MeV moeten coherent geproduceerd zijn. Beide processen zijn schematisch weergegeven in guur 3. In het bovenste plaatje wordt het {deeltje opgebroken en een enkele proton{neutron botsing genereert de straling. In het onderste plaatje blijft het {deeltje heel en draagt ook als geheel bij aan de fotonproductie. De metingen op het KVI zijn gedaan met twee detectorsystemen, TAPS en SAa) b) Figuur 3: Cartoon van het + p proces: a) In het geval van het opbreken van het deeltje: E < 20 MeV. b) In het geval van `coherente' remstraling: E < 39 MeV

4 Samenvatting 127 LAD. De fotonspectrometer TAPS bestaat uit bijna 400 bariumuoridekristallen. Het meet de hoek en energie van het uitgezonden foton. SALAD stond opgesteld bij voorwaartse hoeken om de reactiedeeltjes te detecteren (het {deeltje en het proton). Deze detector wordt gebruikt om vast te kunnen stellen of er inderdaad een coherente +p! +p + reactie heeft plaatsgevonden. Dat is vooral bij lagere fotonenergieen van belang (E < 20 MeV) waar de fotonen zoals gezegd ook incoherent geproduceerd kunnen worden en waarbij kennis over de reactiedeeltjes ons vertelt of deze laag energetische fotonen coherent of incoherent geproduceerd werden. De metingen laten zien dat fotonen inderdaad coherent geproduceerd kunnen worden, met zelfs een vrij grote werkzame doorsnede van 13.6 b voor E > 22 MeV. D.w.z. dat de werkzame doorsnede groter is dan op basis van de klassieke elektrodynamica verwacht kan worden. In de klassieke berekening nemen we aan dat het proton en het {deeltje geen structuur hebben. De interactie potentiaal heeft de vorm (r; R) met de parameter R gegeven door de werkzame doorsnede van botsingen: = R 2. In guur 4 is het experimentele energiespectrum van de fotonen weergegeven door de driehoekjes. Het spectrum heeft niet de `1=E ' distributie zoals klassiek verwacht wordt (de `streep{stippel' lijn), maar heeft juist een sterke piek dicht bij de kinematische limiet. Dit betekent dat andere nucleaire processen een rol spelen die de werkzame doorsnede hier doen toenemen. In dit geval wordt deze bepaald door een sterke resonantie die kan worden beschouwd als de grondtoestand van het samengestelde deeltje, 5 Li, dat instabiel is. Was het deeltje stabiel geweest dan had een vangstreactie plaats gevonden (zogenaamde capture)waarvoor men in een eenvoudig quantummechanischmodel dσ/de (µb/mev) 1 dσ/dω (µb/sr) E γ (MeV) Θ γ (deg.) Figuur 4: Energiespectrum Figuur 5: Hoekverdeling

5 128 Samenvatting de hoekverdeling kan berekenen. De experimentele hoekverdeling van de fotonen wordt door zwarte cirkels weergegeven in guur 5. De hoekverdeling voor direct capture wordt gegeven door de gestippelde lijn. Ookdehoekverdeling van de klassieke berekening is aangegeven (`streep{stippel' lijn). Het is opmerkelijk dat de klassieke berekening een kwalitatief goede beschrijving levert. Dit laatste is in feite een algemeen resultaat dat tot nog toe in de literatuur niet als zodanig onderkend werd. De gemeten coherente remstraling heeft dus zowel aspecten van klassieke remstraling als van vangstreacties. Een synthese van beide aspecten wordt verkregen met de zgn. `Soft Photon Approximation' (SPA) dat gezien kan worden als de quantummechanische generalisatie van het klassieke remstralingsmodel (de streepjes lijnen in guren 4 en 5). Een andere benadering is een potentiaalmodel voor remstraling (de doorgetrokken lijnen in beide guren) dat juist het vangstproces generaliseert. In beide gevallen wordt de specieke structuur van de begin{ en eindtoestand van het systeem meegenomen, waardoor de aanwezigheid van bijvoorbeeld resonanties, zoals in het + p systeem het geval is, kan worden beschreven. De metingen beschreven in dit proefschrift leveren voor het eerst een consistent beeld van coherente remstraling over het gehele energiebereik. Tevens is aangetoond dat het incoherente proces niet altijd de grootste bijdrage geeft aan nucleaire remstraling.