Contribution à l'étude de la diffusion élastique entre ions lourds - Influence de quelques voies de réaction - Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1978

Contribution to the study of elastic scattering between heavy ions - Influence of some reaction pathways.

Contribution à l'étude de la diffusion élastique entre ions lourds - Influence de quelques voies de réaction

Résumé

One goal of this study was to elucidate the mechanism that governs elastic scattering between heavy ions. We first shown that the shape of the angular distributions, especially the excitation functions, is characteristic of the absorption in the elastic channel. This absorption originates from direct routes immediately coupled to the input channel, as our study of 12C+20Ne system and its comparison to 160+160 · have revealed in a quantitative way. However, the experimental data presented to the system 20Ne+20Ne lead to consider a hierarchy among these channels: they probably occur with a different weight in the absorption, as they result from a transfer (of a nucleon, an alpha...) or from elastic scattering. This result is important because it reduces the opposition between transparent systems and absorbent systems, and for the first time it is shown that, not only the low-energy excitations, but also other intrinsic properties of the nuclei (the surface diffusivity, configurations available during the collision) can greatly influence the distribution of incident flux between different pathways. Focusing in the second part on a much heavier system (40Ca+40Ca), and by seeking similar events with more or less absorption, our study extends those for lighter systems. The analysis we have performed showing the absence of structure in the experimental data revealed that the Coulomb effects can totally mask those due to the structure of nuclei. In the case of the 40Ca+40Ca system, these nuclear effects may only appear when the elastic energy cross sections become extremely small, and the experimental uncertainties become prohibitive. We conclude that in the case of such a heavy system, it is not possible to obtain reliable and characteristic information about the details of the S matrix: only the values of the radius for strong absorption are determined, and real and imaginary potential for this separation distance. Furthermore, the excitation function for fusion of the system 40Ca+40Ca indicates, at least for collisions resulting in the formation of a compound nucleus, nuclei are already substantially excited (that is, that their original structure has disappeared) when the critical distance is reached. Thus, for this system, it is extremely difficult to trace the static properties of isolated nuclei in the results of their collision. A coherent description of elastic scattering - for light or for heavy nuclei, for absorbent or non absorbent systems - was presented based on the search for a decomposition of the scattering amplitude in components slowly varying with angle and energy. This method has many advantages: it makes explicit the role of the charge of nuclei from the absorption acting between them, it allows a quantitative assessment of the effects due to the details of the S matrix. In particular, it highlights the simple physical processes (refraction, reflection, diffraction, ...) that the semi-classical methods have shown, and thus provides a clear interpretation of the form of an angular distribution, or a function of excitation, by using the well-known interference phenomena. It also has the advantage of guiding the search for optical potentials because it makes more evident the role of a particular parameter. Finally, it can be generalized to the transfers and for inelastic scattering. A very important result from the application of such a method to the study of elastic scattering of relatively light ions has been the essential part taken by the lower partial waves in the phenomenon, in contrast to what was often claimed. Presumably their reflection on the nuclear surface, or their relative "penetration" in the nucleus offer the opportunity to study precisely the mechanisms where the nature of the ion remains an important consideration. Thus, there is no doubt that the extension of similar studies to higher energies should provide considerable information about the configuration of ions at their minimum approach distance. Already, two directions are opened; one one hand, we rely on the investigation of some complex situations, but timely, as those where a minimum is observed at 90° in the angular distribution of identical particles, to reduce the ambiguities of the potential heavy-ion heavy-ion and provide information on the mechanism of high-energy distribution; on the other hand, a systematic study of diffusion between nuclei in the 2s-1d shell to monitor the characteristics of the absorption between light nuclei in a poorly known region, where deformed but rigid nuclei lie close to readily deformed ones, seems promising. Such studies were initiated in the laboratory as well as data analysis of elastic and inelastic scattering at energies up to ten times that of the barrier. Meanwhile, in theory, it would be important to examine in detail the origin of the absorption since it is the latter which gives various systems their own character. The study of adiabatic configurations, for example, provides access to a number of states for the nucleons during the collision. Maybe we can link these orbitals to the absorption phenomenon, that is to say to describe microscopically the transition stage where a system begins to emerge from the elastic channel. The techniques developed in recent years are expected to consider such a program.
Un des buts de ce travail a été d'élucider le mécanisme qui gouverne la diffusion élastique entre ions lourds. Dans une première partie, nous avons montré que la forme des distributions angulaires, et surtout des fonctions d'excitation, est caractéristique de l'absorption qui agit dans la voie élastique. Cette absorption a pour origine les voies directes immédiatement couplées à la voie d'entrée, comme notre étude du système 12C+20Ne et sa comparaison à 160+160 l'ont* fait apparaître d'une manière quantitative. Toutefois, les données expérimentales présentées pour le système 20Ne+20Ne conduisent à envisager une hiérarchie parmi ces voies : celles-ci interviennent sans doute avec un poids différent dans l'absorption, selon qu'elles résultent d'un transfert (d'un nucléon, d'un alpha... ) ou d'une diffusion élastique. Ce résultat est important car il atténue l'opposition faite entre systèmes transparents et systèmes absorbants, et pour la première fois il est montré que, non seulement les excitations de basse énergie, mais aussi d'autres propriétés intrinsèques des noyaux (diffusivité de la surface, configurations disponibles au cours de la collision) peuvent influer grandement sur la distribution du flux incident entre les différentes voies. En s'intéressant, dans la seconde partie, à un système beaucoup plus lourd (40Ca+40Ca), et en y recherchant de semblables manifestations d'une plus ou moins grande absorption, notre étude prolonge celles consacrées aux systèmes plus légers. L'analyse que nous avons effectuée de l'absence de structure dans les données expérimentales a révélé que les effets coulombiens peuvent masquer totalement ceux dus à la structure des noyaux. Dans le cas du système 40Ca+40Ca, ces effets nucléaires ne peuvent apparaître qu'à une énergie où les sections efficaces élastiques deviennent extrêmement petites, et les incertitudes expérimentales prohibitives. On conclut que, dans le cas d'un système aussi lourd, il n'est pas possible d'obtenir des informations fiables et caractéristiques sur les détails de la matrice S : seules sont déterminées les valeurs du rayon d'absorption forte, et des potentiels réel et imaginaire pour cette distance de séparation. Par ailleurs, la fonction d'excitation de la fusion pour le système 40Ca+40Ca indique, qu'au moins pour les collisions donnant lieu à la formation d'un noyau composé, les noyaux sont déjà considérablement excités (c'est-à-dire que leur structure initiale a disparu) lorsque la distance critique est atteinte. Ainsi, pour ce système, il est extrêmement difficile de retrouver la trace des propriétés statiques des noyaux isolés dans les résultats de leur collision. Une description cohérente de la diffusion élastique, -que les noyaux soient légers ou lourds, que les systèmes soient absorbants ou non-, a été présentée, fondée sur la recherche d'une décomposition de l'amplitude de diffusion en composantes variant doucement avec l'angle et l'énergie. Cette méthode offre un grand nombre d'avantages : elle explicite le rôle joué par la charge des noyaux, par l'absorption qui agit entre eux, elle permet une évaluation quantitative des effets dus aux détails de la matrice S. Surtout, elle met en évidence les processus physiques simples (réfraction, réflection, diffraction,...) que les méthodes semi-classiques ont illustrés, et elle propose ainsi une interprétation claire de la forme d'une distribution angulaire, ou d'une fonction d'excitation, en faisant appel aux phénomènes bien connus d'interférences. Elle a aussi le mérite de guider la recherche des potentiels optiques car elle rend plus évident le rôle de tel ou tel paramètre. Enfin, elle peut être généralisée aux transferts et à la diffusion inélastique. Un résultat extrêmement important de l'application d'une telle méthode à l'étude de la diffusion élastique d'ions relativement légers a été la part capitale que les ondes partielles les plus basses prennent dans le phénomène, contrairement à ce qui a été souvent répété. On peut penser que leur réflection à la surface nucléaire, ou encore leur relative "pénétration" du noyau offrent la possibilité d'étudier avec précision des mécanismes où la nature de l'ion demeure une donnée essentielle. Ainsi, il ne fait pas de doute que l'extension vers des énergies plus élevées d'études similaires doit apporter des informations considérables sur la configuration des ions à leur distance minimale d'approche. D'ores et déjà, deux directions sont ouvertes ; d'une part, on compte sur l'investigation de quelques situations compliquées, mais ponctuelles, comme celles où un minimum est observé à 90° dans la distribution angulaire de particules identiques, pour réduire les ambiguïtés du potentiel ion lourd-ion lourd et fournir des renseignemeuts sur le mécanisme de la diffusion à haute énergie ; d'autre part, une étude systématique de la diffusion entre noyaux de la couche 2s-1d, permettant de suivre les caractéristiques de l'absorption entre noyaux légers dans une région encore peu explorée, où voisinent des noyaux déformés mais rigides, et d'autres aisément déformables, nous paraît prometteuse. Ces études ont été entreprises au laboratoire ainsi que l'analyse des données de diffusion élastique et inélastique à des énergies allant jusqu'à dix fois celle de la barrière. Parallèlement, sur le plan théorique, il serait important d'examiner, de façon détaillée, l'origine de l'absorption puisque c'est cette dernière qui donne aux divers systèmes leur caractère propre. L'étude des configurations adiabatiques, par exemple, fournit une base d'états accessibles aux nucléons au cours de la collision. Peut-être peut-on relier ces orbitales au phénomène d'absorption, c'est-à-dire de décrire de façon microscopique le stade de transition où un système commence à sortir de la voie élastique. Les techniques mises au point ces dernières années devraient permettre d'envisager un tel programme.
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Citer

H. Doubre. Contribution à l'étude de la diffusion élastique entre ions lourds - Influence de quelques voies de réaction. Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]. Université Paris Sud - Paris XI, 1978. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01063961⟩
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