同位素靶散裂反应产物实验研究

The project will study the residual nuclide production via spallation reaction. The experiment will be performed by bombarding the isotopic targets of Cu, W and Pb with high energy protons. The data will be obtained by on-line ΔE-E method and the off-line γ-spectroscopy method with assembled-target technique. The emission charged particles and residual nuclides will be identified and their cross sections and the corresponding excitation of functions will be deduced. The experimental results will be compared with the Monte-Carlo simulations from MCNPX, GEANT4 and FLUKA to check the validity of different models in spallation reaction and their cross section database.

本项目拟利用兰州重离子加速器提供的600MeV高能质子束，轰击 63,65Cu、182,184,186W、206,207,208Pb等同位素靶，测量不同质量区的散裂反应产物。实验首先利用带电粒子符合测量装置，在线测量从薄靶出射的轻带电粒子产物，获取相应的双微分截面数据。其次，还将采用叠层靶技术，离线测量靶内剩余反应产物，提取激发函数信息，从而系统的研究反应产物的分布特点。实验结果将与MCNPX、GEANT4、FLUKA等模拟程序的计算值进行比较，检验不同模型及采用的截面数据库，并深入讨论次级粒子对于不同质量区反应产物的影响。

在本项目资金支持下，项目组通过前期的实验准备，在中国科学院近代物理研究所RIBLL终端，成功开展了用80.5 MeV/u的(_^12)C束流轰击C、Cu、W、Au和Pb靶探测出射轻带电粒子以及剩余反应产物的的散裂反应产物实验研究。.实验在相对于束流30°、60°和120°方向上分别放置了三组望远镜探测器，并采用∆E-∆E-E方法进行粒子鉴别。实验的系统误差约为7%。结果表明，在探测角度固定时，不同靶的同种出射碎片具有相似形状的能谱。重靶的出射产物的双微分截面更大，并且更倾向于向前发射。同时，在其他条件相同时，束流轰击碳靶的出射产物的双微分截面最小。此外，随出射角度的增大，出射碎片截面遵循某种规律下降。部分成果已发表在Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 514 (2022) 15–21。未来计划用Geant4工具包对于实验结果进行重现，并对现有模型进行基准测试。根据火球模型探索碎裂反应的机制，利用蒙特卡洛方法尝试追溯碎片产物的来源。继续研究碎裂反应产物截面与出射角度、靶的类型以及产物质量的关系。并结合C束打靶离线实验得到重产物的结果进行分析，对于C束轰击重靶发生碎裂反应的产物信息和反应机制有一个全面系统的认识，为散裂靶的物理设计工作提供参考，预计会有进一步的物理成果产出。. 实验同时获得了充足的剩余反应产物实验数据，并对实验数据进行了初步的数据分析。部分实验成果已经发表。进一步的成果有待与理论计算相结合进行挖掘。