HAFİF ve AĞIR HEDEF ÇEKİRDEKLERİN PROTON GİRİŞ REAKSİYONLARINDA DENGE VE DENGE ÖNCESİ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ ABDULLAH KAPLAN* EYYÜP TEL, ve EMİNE GAMZE AYDIN** Gazi Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ANKARA, *Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ISPARTA ** Gazi Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ANKARA, 3. Ulusal Parçacık Hızlandırıcıları ve Uygulamaları Kongresi, 17-19 Eylül 2007, Bodrum-TÜRKİYE

Giriş Denge öncesi işlemler, 10 MeV in üzerindeki hafif parçacıklar ile oluşturulan nükleer reaksiyonlarda önemli bir yer tutar. Nükleer reaksiyonların denge öncesi exciton modeli; gelen parçacık ile hedef çekirdek arasındaki ilk etkileşmeden sonra uyarılmış sistemin giderek artan karmaşıklıktaki bir dizi basamaktan geçtikten sonra dengeye ulaşılabildiğini varsayar, bu basamakların her birinden yayınlanma mümkün olabilir.

Tesir kesiti ölçümlerinin çekirdeklerin reaksiyon mekanizmalarının araştırılmasındaki rolü önemlidir. Son zamanlarda, farklı enerjilerdeki yüklü parçacıkları ve nötronlar elde etmek ve reaksiyon tesir kesitlerini ölçmek için birçok deneysel teknikler geliştirilmektedir.

Bu çalışmada, bir proton hızlandırıcısında 5-40 MeV proton gelme enerjilerinde 20≤A≤40 arasındaki hafif hedef çekirdeklerle oluşturulan; 22Ne(p,n)22Na, 25Mg(p,n)25Al, 37Cl(p,n)37Ar ve 38Ar(p,n)38K reaksiyonlarının reaksiyon tesir kesitleri, 180 ≤ A ≤ 210 arasındaki ağır hedef çekirdeklerle oluşturulan; 180Hf(p,n)180Ta, 181Ta(p,n)181W, 197Au(p,n)197Hg ve 209Bi(p,n)209Po reaksiyonlarının reaksiyon tesir kesitleri hesaplandı.

Hesaplamalarda; Denge durumu için, Weisskopf- Ewing Model Denge öncesi etkileri incelemek için ise; Hibrid Model Geometri Bağımlı Hibrid Model Cascade Exciton Model Full Exciton Model kullanıldı. 5-40 MeV gelme enerjili protonlar için deneysel tesir kesitleri literatürden ve Deneysel Nükleer Reaksiyon Data (EXFOR/CSISRS) kütüphanesinden elde edildi. Deneysel veriler ile teorik hesaplamalar karşılaştırıldı ve üretim verimliliğinin optimum enerji aralıkları belirlendi.

Hesaplamalar Reaksiyon sistematikleri, teorik modeller kullanılarak tesir kesiti hesaplamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. 22Ne(p,n)22Na, 25Mg(p,n)25Al, 37Cl(p,n)37Ar ve 38Ar(p,n)38K reaksiyonları ile 180Hf(p,n)180Ta, 181Ta(p,n)181W, 197Au(p,n)197Hg ve 209Bi(p,n)209Po reaksiyonlarının reaksiyon tesir kesitleri nükleer reaksiyon modelleri kullanılarak hesaplandı. Hesaplamalar; CEM95 (Cascade Exciton Modeli için) ALICE/LIVERMORE-82 (Hibrid ve Geometri Bağımlı Hibrid Model için), PCROSS (Full-Exciton Model ve Weisskopf-Ewing Model için) paket programlarıyla yapıldı. Programlar NEA DATA BANK ‘tan temin edildi.

Sonuçlar (Hafif hedef çekirdekler) Şekil 1. 22Ne(p,n)22Na reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [16, 17] den alınmıştır.

Şekil 2. 25Mg(p,n)25Al reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [18, 19] den alınmıştır.

Şekil 3. 37Cl(p,n)37Ar reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [20, 21] den alınmıştır.

Şekil 4. 38Ar(p,n)38K reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [22, 23] den alınmıştır.

Sonuçlar (Ağır hedef çekirdekler) Şekil 5. 180Hf(p,n)180Ta reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [24. 25] den alınmıştır.

Şekil 6. 181Ta(p,n)181W reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [26, 27] den alınmıştır.

Şekil 7. 197Au(p,n)197Hg reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [28, 29] den alınmıştır.

Şekil 8. 209Bi(p,n)209Po reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [29, 30] den alınmıştır.

Tartışma Şekil (1-4)’de hafif hedef çekirdekler için hesaplanan sonuçlar deneysel değerlerle karşılaştırıldı. Denge hesaplamalarının yaklaşık olarak proton gelme enerjileri 10-15 MeV’ye kadar deneysel değerlerle uyumlu iken, 15 MeV’den sonra denge-öncesi heaplamaların uyumlu olduğu gözlendi. Teorik hesaplamalarda CEM modelinin çalışmada kullanılan tüm çekirdekler için en uyumlu olduğu görüldü. Diğer hesaplamalar, hafif çekirdekler için (37Cl(p,n)37Ar hariç) deneysel değerlerin üzerinde çıkmaktadır. Optimum enerji aralıkları da 10±5 MeV’dir. Bunun için de; çekirdekleri üretmek için düşük enerjili bir proton hızlandırıcısı yeterlidir.

Şekil (5-8)’de; Ağır çekirdeklerde proton gelme enerjileri 15-20 MeV’ye kadar denge hesaplamaları deneysel değerlerle uygun olup, denge öncesi hesaplamaları ise; 20 MeV’den sonra uygundur. Full Exciton Model 20 MeV’den sonra uyumlu olmayıp, diğer model hesaplamaları deneylerle uyumludur. Optimum enerji aralığı 15 ± 5 MeV’dir. Bu reaksiyonlar spallasyon nötron üretimi için kullanılabilir. Bunun için de, yaklaşık 30 MeV’den başlayan enerjilerde yüksek enerjili siklotrona gerek vardır.

Referanslar [1] B. Şarer, 05/2007-14 kodlu Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi [2] “Handbook for Calculations of Nuclear Reaction Data’’, Reference Input Parameter Library, IAEA-TECDOC-1034, Nuclear Data Section, International Atomic Energy Agency (1998); “Evaluated Nuclear Structure Data File (ENSDF)’’ National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory (1998). [3] E. Tel, İ. Demirkol, A. Arasoğlu, B. Şarer, Mod. Phys.Lett. A Vol: 19 No:22 (2004). [4] K. K. Gudima, S. G. Mashnik and V. D. Toneev, Nucl. Phys. A 401, 329, (1983). [5]M. Blann and J. Bisplinghoff, ‘‘CODE ALICE/LIVERMORE 82,’’ UCID-19614 (1982). [6] İ. Demirkol, E. Tel, A. Arasoglu, A. Özmen, B. Sarer, A. Acir, M. Alkan Nucl. Sci. And Eng. Vol: 147 No: 1, 83-91 (2004). [7] E.Tel , Ş. Okuducu, A. Aydın, B. Şarer, G. Tanır, Acta Phys. Slov., Vol 54, No.2, 191 (2004). [8] E. Tel, B. Şarer, Ş. Okuducu, A. Aydın and G. Tanır, J. Phys.G: Nucl. Part. Phys., 29 2169 (2003) [9] V. MCLANE, CSISRS experimental nuclear data file, National Nuclear Data Center Brookhaven National Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/ (1997). [10] V. F. Weisskopf, D. H. Ewing, Phys. Rev. 57 (1940) 472. [11] W. Hauser, H. Feshbach, Phys. Rev. 87 (1952) 366. [12] S. G. Mashnik, ‘‘CODE CEM95 ’’ .Bogoliubov Laboratory of Theoritical Physics, Joint Institute for nuclear research. Dubna,Moskow, 141980, Russia [13] R. Capote, V. Osorio, R. Lopez, E. Herrara and M. Piris, 5472/RB, Higher Institute of Nuclear Science and Tecnology,Cuba, (PCROSS program code) (1991).INDC (CUB-004) [14] W. Dilg, W.Schantl, Vonach and H. M. Uhl, Nucl.Phys. A 217 269 (1973). [15] F. C. Williams, Nucl. Phys. A 166 231 (1971). [16] B. Saam, M. Skalsey, J. Van House, Phys. Rev. C 40 (1989) 1563. [17] S. Takacs, F. Tarkanyi, S. M. Qaim, Appl. Radiat. Isot. 47 (1996) 303. [18] C.W. Cheng, J. D. King, Canadian Journal of Physics 58 (1980) 697. [19] J. P. Blaser, F. Boehm, P. Marmier, P. Scherrer, Helvetica Physica Acta 24 (1952) 5. [20] R. O. Weber, C. I. W. Tingwell, L. W. Mitchel, M. E. Sevior, D. G. Sargood, Nucl. Phys. A 439 (1985) 176. [21] R. Kishore, R. Colle, S. Katcoff, J. B. Cumming, Phys. Rev. C 12 (1975) 21. [22] S. M. Qaim, F. Tarkanyi, Z. Kovacs, G. Stocklin, Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals 32 (1993) 478. [23] F. Tarkanyi, Z. Kovacs, S. M. Qaim, G. Stoecklin, Appl. Radiat. Isot. 43 (1992) 503. [24] E. B. Norman, T. R. Renner, P. J. Grant, Phys. Rev. C 26 (1982) 435. [25] V. G. Batij, E. A. Skakun, Yu. N. Rakivnenko, O. A. Rastrepin, Izv.Akad.Nauk SSSR, Ser.Fiz. 50 (1986) 913. [26] L. F. Hansen, R. C. Jopson, H. Mark, C. D. Swift, Nucl. Phys. 30 (1962) 389. [27] R. G. Thomas, W. Bartolini, Phys. Rev. 159 (1967) 1022. [28] F. Szelecsenyi, S. Takacs, A. Fenyvesi, Z. Szucs, F. Tarkanyi, S-J. Heselius, J. Bergman, E. Boothe, International Conference on Nuclear Datafor Science and Technology. Trieste, 19-24 May, 1997. Conference Proceedings 59. Ed.: G. Reffo, A. Ventura, C. Grandi. Vol.2. Bologna, Italian Physical Society 59 (1997) 1483. [29] K. Miyano, T. Ando, H. Kudo, M. Yanokura, H. Nakahara, J. Phys. Soc. Japan 45 (1978) 1071. [30] C. G. Andre, J. R. Huizenga, J. F. Mechi, W. J. Ramler, E. G. Rauh, S. R. Rocklin, Phys. Rev. 101 (1956) 645.

Destek ve Teşvik Bu çalışma, DPT2006K-120470 No’lu Türk Hızlandırıcı Merkezinin Teknik Tasarımı ve Test Laboratuvarlarının Kurulması isimli DPT-YUUP projesinden desteklenmiştir.

Teşekkürler