PhD Thesis Eric Zude

Masse und Anregungsenergie von Projektilrestkernen im System 600 A MeV Au+Au

Frankfurt, 1995

Summary: (aus Kapitel 8 Zusammenfassung)

In der vorliegenden Arbeit wird die Neutronenemission beim Zerfall des Projektilrestkerns im System 600 A MeV Au+Au untersucht. Mit Hilfe der Information über Multiplizität und mittlere kinetische Energie der Neutronen und den im gleichen Experiment erhaltenen Daten geladener Fragmente konnte nicht nur eine vollständige Energiebilanz des Projektilrestkerns aufgestellt, sondern auch seine primäre Masse rekonstruiert werden.

Mit dem als Flugzeitspektrometer konzipierten Neutronendetektor LAND ist die Erkennung einzelner hadronischer Schauer nur bei kleinen Neutronenmultiplizitäten möglich. Im Falle hoher Neutronenmultiplizitäten kann der Detektor als Kalorimeter eingesetzt werden, hierzu wäre jedoch eine neue Eichmessung erforderlich. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit die Neutronenmultiplizität aus der Anzahl der Wechselwirkungen im Detektor ermittelt, wobei der Zusammenhang zwischen der Anzahl beobachteter Wechselwirkungen und der Neutronenmultiplizität aus dem in einem Eichexperiment gemessenen Ansprechverhalten monoenergetischer Neutronen bestimmt wurde. Die mittlere Multiplizität Mn der beim Zerfall des Projektilrestkerns emittierten Neutronen wächst mit abnehmendem Zbound, d.h. mit abnehmendem Stoßparameter, zunächst an, erreicht ein Maximum von Mn ~ 30 bei Zbound ~ 45 und fällt zu kleinerem Zbound hin wieder ab. Bei festem Zbound zeigt sich eine klare Abhängigkeit der Neutronenmultiplizität von der Ladung Zmax des schwersten Fragmentes: Bei Reaktionen mit 41 <= Zbound <= 50 steigt die Neutronenmultiplizität von Mn=23 in Ereignissen mit einem schweren Fragment (41 <= Zmax <= 50) auf Mn=34 in Ereignissen mit mehreren leichteren Fragmenten (11 <= Zmax <= 20).

Zusätzlich zur Multiplizität wurden die Longitudinal- und Transversalimpulsverteilung der Neutronen mit Hilfe der Orts- und Zeitverteilung der Wechselwirkungen im LAND gemessen. Hierbei wurde eine präzise absolute Zeiteichung über Wechselwirkungen von Photonen im Detektor durchgeführt, die von der Reaktion im Target stammen. Bei der Beschreibung der Impulsverteilung der Wechselwirkungen von Neutronen wurde das im Eichexperiment gemessene Detektoransprechverhalten auf monoenergetische Neutronen berücksichtigt. Die Rapiditätsverteilung zeigt, daß im LAND vorwiegend Neutronen aus dem Zerfall des Projektilrestkerns nachgewiesen werden und daß Neutronen aus der Wechselwirkungszone selbst im Falle von kleinem Zbound nur einen Anteil von 4% beitragen. Der Bereich der Verteilung mit Projektilrapidität wird gut durch eine Maxwellverteilung beschrieben, Anzeichen für wesentliche Nichtgleichgewichtseffekte sind nicht ersichtlich. Es konnten Breite, Intensität und die Position des Maximums dieser Komponente bestimmt werden. Der Vergleich der Breiten von Longitudinalimpuls- und Transversalimpulsverteilung deutet auf eine nahezu isotrope Emission der Neutronen im Ruhesystem des Projektilrestkerns hin. Die mittlere kinetische Energie der Neutronen, die vom Projektilrestkern oder seinen Fragmenten emittiert werden, steigt von 4 MeV bei peripheren Stößen auf 12 MeV bei Reaktionen mit Zbound <= 10. Die mittlere longitudinale Geschwindigkeit dieser Neutronen nimmt mit abnehmendem Zbound ab, was auf ein zunehmendes Abbremsen des Projektilrestkerns mit abnehmendem Stoßparameter hindeutet.

Die Masse des Projektilrestkerns, die für die Interpretation der beobachteten Zerfälle wichtig ist, konnte in früheren Experimenten nicht bestimmt werden. Mit Hilfe der gemessenen Neutronenmultiplizität und den Multiplizitäten und Massen der Fragmente mit Ladung Z >= 2 wurde in dieser Arbeit eine vollständige Massenbilanz des Projektilrestkerns aufgestellt. Dabei gehen lediglich Annahmen über die relativen Häufigkeiten der verschiedenen Wasserstoff-Isotope ein, sowie die Annahme, daß der Projektilrestkern das gleiche A/Z-Verhältnis wie das Projektil hat. Die Masse A0 des Projektilrestkerns ist bei sehr peripheren Stößen gleich der Masse des Projektils und fällt ab auf A0 ~ 50 bei Zbound <= 10. Bei konstantem Zbound zeigt sich keine Variation der Masse des Projektilrestkerns als Funktion von Zmax.

In einem früheren Experiment wurde das Ansteigen und wieder-Abfallen der Multiplizität mittelschwerer Fragmente (3 <= Z <= 30) mit abnehmendem Zbound ('Rise and Fall of Multifragmentation') beobachtet. Dabei blieb ungeklärt, ob das 'Abfallen' auf eine änderung im Zerfallsmechanismus zurückzuführen ist oder ob die geringer werdende Masse des Projektilrestkerns die Ursache ist. Die in dieser Arbeit auf die Massenzahl des Projektilrestkerns normierte Multiplizität mittelschwerer Fragmente steigt mit abnehmendem Zbound an, erreicht ein Maximum bei Zbound ~ 30 und fällt dann wieder ab. Dies bedeutet, daß das 'Abfallen' nicht nur durch die geringer werdende Masse des Projektilrestkerns verursacht wird.

Für die Suche nach Signaturen eines Flüssig-Gas Phasenübergangs ist die Bestimmung der Anregungsenergie des zerfallenden Systems wesentlich. Mit der gemessenen mittleren kinetischen Energie der Neutronen und der geladenen Fragmente mit Ladung Z >= 2 wurde, unter der Annahme, daß die kinetische Energie eines Wasserstoff-Isotopes im Mittel gleich der eines Neutrons zuzüglich der Coulomb-Energie ist, eine modellunabhängige Energiebilanz des Projektilrestkerns durchgeführt. Die Anregungsenergie pro Nukleon des Projektilrestkerns beträgt 1-2 MeV bei peripheren Reaktionen, nimmt mit abnehmenden Zbound zu, überschreitet die Bindungsenergie pro Nukleon im Bereich 31 <= Zbound <= 40 und steigt auf 15 MeV bei Zbound <= 10 an. Bei festgehaltenem Zbound, also fester Masse des Projektilrestkerns, zeigt sich eine klare Abhängigkeit der Anregungsenergie von der Ladung Zmax des größten Fragmentes: Bei Reaktionen mit 41 <= Zbound <= 50 steigt die Anregungsenergie pro Nukleon von 3-4 MeV in Ereignissen mit einem schweren Fragment (41 <= Zmax <= 50) auf etwa das doppelte in Ereignissen mit mehreren leichteren Fragmenten (11 <= Zmax <= 20). Hier steht also bei ungefähr gleicher Masse des Projektilrestkerns ein weiter Anregungsenergiebereich zur Verfügung.

Die hier gemachten Beobachtungen ergänzen das Verständnis des 'Rise and Fall of Multifragmentation': Bei peripheren Reaktionen, also kleinen Anregungsenergien, ist Teilchenevaporation der dominante Zerfallskanal. Mit abnehmendem Zbound, also zunehmender Anregungsenergie pro Nukleon, gewinnt der Zerfall in mehrere mittelschwere Fragmente zunehmend an Bedeutung. Das Maximum der Multifragmentation liegt bei Anregungsenergien in der Nähe der nuklearen Bindungsenergie. Bei höheren Anregungsenergien findet ein übergang zur vollständigen Zerlegung in leichte Teilchen statt.

Paper: Postscript (5.3 Mb) Cover 102 pages
TeX Sources
Figures: Abb. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, A.1
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