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中高能重离子诱发核反应截面研究

中文摘要

对中高能重离子诱发核反应的相互作用机制的研究，为天体物理中宇宙线起源和传

播、深空及宇航空间辐射损害研究及重离子治癌、辐射相关的生物效应研究，都能提供

重要的科学价值。本文系统分析了中高能重离子诱发核反应的电荷改变总截面、分截面

和电荷拾取截面，为核核碰撞的模型建立提供数据支撑。实验上，中高能核-核碰撞过

程中，相对论能量的弹核作用于靶，会发生中心碰撞、边缘碰撞及电磁离解三大类，其

中边缘碰撞涉及两类反应机制，一类其弹核电荷损失，生成多种类别的弹核碎片，其反

应概率用电荷改变分截面来表示；另一类是弹核电荷量有小量增加，通常是增加一个电

荷，极少情况下增加2个，其反应概率用电荷拾取截面来表示。这两种反应都属于外围

碰撞，其对了解核结构的某些方面、天体物理中宇宙射线的起源及组成、重核在星际介

质中的穿越过程、重离子治癌的副作用考量等等方面，都可提供参考建议。

本文在总结分析中高能重离子电荷改变总截面、分截面对弹核、靶核及能量的依赖

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关系基础上，首次用CR-39固体核径迹探测器研究了最高能量为495AMeVAr作用于

CH、C、Al、Cu、Pb靶的电荷改变截面，其总截面没有表现出明显的能量依赖，但随

2

靶核质量的增加而增加；而电荷改变分截面随着电荷损失的增加而有规律地降低，并对

靶核质量表现出明显的依赖性，随着靶核质量的增大，分截面增加，并将其与其他实验

组的实验数据进行了对比，总体趋势与其他研究保持一致。本文将实验所得结果与一些

参数化模型进行了对比，模型包括Cummings模型、Nilsen模型、EPAX3和FRACS，

对比发现，数据跟EPAX3一致性更好；并分析了小电荷改变的碎片分截面对能量的依

赖性，除Pb靶外，随着能量的增加，较小的电荷损失的碎片产生截面在减小。

本文系统分析了中高能重离子电荷拾取反应截面与能量、弹核质量，以及靶核质量

的依赖关系，在此基础上，在HIMAC能区，首次借助CR-39固体核径迹探测器分别研

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究了最高能量为495MeV/n的Ar和最高能量为398Mev/n的C在C、CH、Al、Cu、

2

Pb靶上的电荷拾取反应截面。并用幂律函数+1=和线性函数+1=+

分别来拟合了所测量的数据，得到介于0.81～0.94，得到电荷拾取截面对靶质量

I

呈线性依赖。

关键词：中高能重离子碰撞；电荷改变总截面；电荷改变分截面；电荷拾取截面；靶核

依赖

II

STUDYONCROSS-SECTIONSOFNUCLEARREACTIONS

INDUCEDBYHEAVYIONSWITHINTERMEDIATEAND

HIGHENERGY

ABSTRACT

Thestudyoftheinteractionmechanismofnuclearreactionsinducedbymediumand

highenergyheavyionscanprovideimportantscientificvaluefortheoriginandpropagation

ofcosmicraysinastrophysics,thestudyofradiationdamageindeepspaceandspace