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第

2回原子衝突と重イオン核反応、

合同研究会報告書

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JAERI-M reports are issued irregularly

Inquiries about availability of the reports should be addressed to Information Section, Division of Technical Information, Japan Atomic Energy Research Institute, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki-ken 319-11. Japan

©Japan Atomic Energy Research Institute, 1982

En «« i" (* fc # 0 8 fR

JAERI・Mレポートは，日本原子力研究所が不定期に公刊している研究報告書です。 入手の間合わせは，日本原子力研究所技術情報部情報資料課(干319-11茨城県那珂郡東 海村)あて，お申しこし〈ださい。なお，このほかに財団法人原子力弘済会資料センター (〒319-11茨城県那珂郡東海村日本原子力研究所内)で複写による実費頒布をおこなって おります。 JAERI.・M閃portsareISSUed irreguJarly Inqumes about availablhty of the reports shouldbeaddr官 制 対toInformatlon S句t1on

，

Dlvision of Techmcal Informatlon. Japan AtomlC Er.e曙yR関earchInstltute. Tokal'mUl"a， Naka.gun. Ibarakl・ken 319-11. Japan @Japan Atomlc Energy Re蜘 rchInst1tuω， 1982 編集兼発行 日 本 原 子 力 研 究 所 印 刷 い ば ら き 印 刷 糊

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JAERI -M 82 -159 第

2

田原子衝突と量イオン核反応合同研究会報告書 日本原子力研究所東海研究所物理部 ( 1982年 10月 18日受理〉 「原子衝突と重イオン核反応」の第2回合同研究会が 1982年の春に東京で開催された。 ζの 合同研究会は，大型加適器の進歩と整備に伴い.加速器を利用する原子衝突と量イオン核反応の

2

大研究分野に繊たわる共通の物理的問題点を明確にし，研究推進のための今後の展望を得る事 を目的とした。研究会は両分野の研究者約田名が怠加し. 16綱の発表とその討崎が行われた。 本報告書は乙れを取りまとめ編集したものである。内容は.総合報告

2

舗と，最近目覚しい進 歩を遂げている 14のトピックスに就いての包括的研究で構成されている。 編者 原田吉之助〈原研〉 小 沢 国 夫 ( 11 ) 上 坪 宏 道

O

璽研〉 野 村 亨 ( " ) 粟 屋 容 子 ( " ) 渡部 力む東大工〉

JAERI-M 82-159

Proceedings of the 2nd Joint Seminar on Atomic Collisions

and Heavy Ion Induced Nuclear Reactions

Division of Physics, Tokai Research Establishment, JAERI

(Received October 18, 1982)

The meeting of the 2nd joint seminar on atomic collisions and heavy

ion induced nuclear reactions was held at the University of Tokyo, May

13 & 14, 1982.

The aim of this seminar has been not only to recognize the common

problems lying between above two research fields, but also to obtain an

overview of the theoretical and experimental approaches to clear the

current problems.

In the seminar, more than 50 participants gathered and presented 16

papers. These are two general reviews and fourteen comprehensive

surveys on topical subjects which have been developed very intensively

in recent years.

The editors would like to thank all participants for their

assis-tance and cooperation in making possible a publication of these

proceedings.

Keywords: Atomic Collision, Nuclear Reaction, Highly Excited Nuclei,

Multiple Ionization Process in Atom, Molecular Resonance,

Super Heavy Quasi-atom, Mu Mesic Atom, Cluster Model, Yrast

Level, High Angular Momentum State, Beam-foil Interaction,

Okorokov Effect

Editors

K. Harada(chairman) JAERI

K. Ozawa JAERI

H. Kamitsubo IPCR

T. Nomura IPCR

Y. Awaya IPCR

T. Watanabe The University of Tokyo

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JAERI-H 82・159

Proceedingo of the 2nd Joint Seminar on Atomic Co11isions and Heavy 10n 1nduced Nuc1ear Rcactions

Division of Physics

，

Tokai Research Estab1ishment

，

JAER1 (Received October 18

，

1982)

百1emeeting of the 2nd joint seminar on atomic c011isions and heavy ion induced nuclear reactions was he1d at the University of Tokyo

，

May 13

&

14

，

1982.

The aim of this seminar has been not on1y to recognize the co回 on

prob1岨 8 1ying between above two reaearch fie1da

，

but a180 to obtain an

overview of the theoretica1 and exper

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enta1 approachea to c1ear the current prob1ems.

1n the s回 inar

，

more than 50 participants gathered and presented 16

papers. These are two general revi側 sand fourteen c個 .prehensive surveys on topica1 subjects which have been deve10ped very intensive1y in recent years.

The editors would like to thank all participants for their assis-tanCf! and cooperation in making possible a publication of these

procf!edings

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Keywords: Atomic Collision

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foil 1nteraction

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Okorokov Effect Editors K. Harada(chairman) JAER1 K. Ozawa H.Kami tsubo T. Nomura Y. Awaya T. Watanabe JAER1 1PCR 1PCR 1PCR The University of Tokyo

JAERI-M 82-159

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回研究会が，科研費特定研究(l)

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高速イオ ンビームによる新物質問尭の基礎研究」の一環として企画され.

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1

月に理化学研究所で 開催された。研究会を企画した趣旨については.同研究会報告書の冒頭に明瞭に記されているの で，重複をいとわずその一部を以下に再録してみる。

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最近，加述器の整備と相候って，原子衝 突と重イオン核反応の研究はとみに活発化しており，わが国でも多くのすぐれた研究が発表され ている。乙の二つの研究課題は，外見はかなり遭うが現象の背後にある物理には共通した所が多 い。そこで，原子衝突と重イオン核反応の研究者が一堂に会して，互いに問題点白指摘も含めて 現状をレビューしあい，情報を受換する乙とを目的としてこの研究会が企画された。 j 乙のような研究会は初めての試みであり，果して狙い通りの成果が得られるかどうかについて 世話人としては多少心配もあったが，幸い研究会では活発な討踊が続き.予想以上白好評を書加者 全員から頂いた。学聞の進歩が細分化，閉鍋化の傾向を強いている現在，乙の研究会が情棲分野 の研究を生々とかっ効率よく理解するのに貴重なチキンスを与えた乙とは磁かなようである。 初めての試みであった乙の研究会が極めて有益であった乙とから，第2回の研究会を聞く乙と が原研，東大，理研の新しい世話人によって企画された。そして，第

2

回研究会が

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年

5

月 13日. 14日の2日聞にわたって開催された。内容は，原子物理と核物理の相互理解をー蝿深め ることに主眼をおいて，第

1

固とほぼ同じトピJクスを再び採りあげ，前回とは異る視点から紹 介しあうようにプログラムを編成

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た。但し，今回は粒子一団体相互作用のトピックスと

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て Okorokov効果の紹介かプログラムにくみとまれた。研究会は.2回目である乙ともあって，

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も互いによく理解できるようになっており，第

1

回よりも更に密度の温いもの となり，大変有意義なものであった。 研究会の内容は，多くの研究者が随時利用できるように，研究会報告として刊行しておくとと が望ましい。有意義な研究会であれば，なおさらその必要性は高い。第

1

回研究会の報告は，既 に刊行されており有益な資料となっている。 原研ではタンデム加速器を利用して原子衛突に関しては固体物理第

1

研究室が.また量イオン核 反応に関しては核物理第

1

研究室がそれぞれ研究テーマとして研究を進めており，本研究会の内 容と密倭な関連をもっ乙と，世話人及びスピーカーなどとして原研物理部から本研究会.r:.加し ているととろから，第2回の研究会報告を原研の研究報告書の1却として刊行するととにした。 本資料が隣接する

2

分野の研究者に有効に利用される乙とを希望する次第です。 〈世話人代表原田吉之助〉 相

JAERI-M 82-169

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15. Okorokov SftSoaH 166

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16. OkorokovSftS (HI*) 181

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目 次

1. 重イオン核反応の概観・ 東北大理 施 川 昇 2 イオン・原子衝突の概観……H・H・-……H ・H ・...・H ・H ・...・H・...・H・...・H・...・H ・ 8 東 大 工 渡 部 力 3 高励起原子核の統計的崩壊…・・H・H・...・H ・...・H ・....・H・...…H ・H・...・H・....・H ・....・H ・ 'zl 原 研 岩 本 昭

4

多重電離の統計的理論...・H・...・H・...・H・...・H ・....・H・…...・H ・...・H・H ・H ・-… ~ 高千穂商大 並木雅俊 5.原子核反応に於ける分子的共鳴状態…・H ・H・...・H・...・H・....・H・...・H ・-……....・H ・.. 日 東大核研 今西文植

6

.

分子の電子状態を基底とする低エネルギー原子過程の取扱い・H・H・....・H・....・H ・...・H ・

7

5

分子科学研究所 中村宏樹

7

.

超重原子形成による陽電子放出の理論・H・H ・....・H・...・H・...・H・...・H ・...・H・..… 回 岡山大垣 富島康雄

8

超重準原子からの陽電子検出の実験・H ・H・...・H・..…...・H ・.，.・H・-………...・H・...・H・ 'Jl 京大化研 中山康之 京大

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センター 伊 蔵 真 9. 原子核のクラスター模型...・H ・H ・H・....・H・.，…H ・H・..，・H ・...・H・...……H・H ・...・H・... 104 新婦大理 祖国清美 10 中間子原子・・…・・…...・H・...・H・ ・…...・H ・...・H・...・H・...・H・...・H・H ・H ・...・H ・..… 1お 東 大 理 永楓謙忠

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原子核における

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Okorokov

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京 大 工 万波通彦

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，

JAERI-M 82-159

Contents

Review of heavy Ion Induced nuclear reactions.

Noboru Taklgawa

(Tohoku University) 1

Review of ion-atom collisions.

Tsutomu Watanabe

(The University of Tokyo) 8

Statistical model for the decay of highly excited nuclei.

Akira Iwamoto

(JAERI) 27

Statistical model for multiple ionization process in atomic collisions.

Masatoshi Namiki

(Takachlho College of Commerce) 36

Molecular resonances in heavy ion reactions.

Bunryu Imanishi

(The University of Tokyo) 55

Theory of low energy atomic processes in the molecular electronic

state representation.

Hiroki Nakamura

(Institute for Molecular Science) 75

Theory on positron emissions from superheavy quasiatoms.

Yasuo Tomishima

(Okayama University) 88

Experiments on positron emissions from superheavy quasiatoms.

Yasuyuki Nakayama and Shin Ito

(Kyoto University) 97

Cluster models of atomic nuclei.

Klyomi Ikeda

(Niigata University) 104

mesic atoms.

Kanetada Nagamine

(The University of Tokyo) 123

Yrast levels in atomic nuclei.

Yasuyuki Gono

(IPCR) 133

High angular momentum states in atoms or molecules I.

Tsutomu Watanabe

(The University of Tokyo) 142

High angular momentum states in molecules II.

Kiyoshi 0-ohata

(Kyushu University) 148

VI

JAERI-M

82-159

Content.

1

.

Rev1ew of heavy 10n 1nduced nuc1ear react10no.

Noboru Tak1gawa

(Tohoku University)...

1

2

.

Rev1ew of 10n-atom c0111sions.

Tsutomu Watanabe

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.

Stat1st1ca1 mode1 for the decay of h1gh1y

回

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(Kyuohu Un1vers1ty)... 148

JAERI-M 82-159

14. I n t e r a c t i o n s of ion beams and t i l t e d f o i l .

Keishi I s h i i

(Kyoto University) 157

15. Theory on Che Okorokov e f f e c t s .

Yoji Yamashlta

(Waseda University) 166

16. Experiments on Che Okorokov e f f e c t s .

Hichihiko Mannami

(Kyoto University) 181

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Review of heavy ion induced nuclear reactions.

Noboru Takigawa

(Tohoku University)

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1

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1

.

重イオン核反応の概観

1

.

量イオン核反応現象(質量及びエネルギー 繍援による変化) 重イオン核反応の反応機構及び核物性上の研 究課題は.散乱系の質量

(

A

)

.

入射角運動量 (，t)及び入射エネルギー (E)を紬とする三 次元空間上で大まかに分類する事ができる(第 1図)。エネルギー紬上の臨界点としては，原 子核の沸点

'

b

.

音越に対応するエネルギ-'.. z中間子生成のしきい値'".相対論個塙への 境界'relなどが考えられる。乙の章では

2

.

3

のデータを通して異なる傾繊での重イオン核 反応機構の特徴について簡単に紹介してお乙う。 第

2

図は，低エネルギー軽量イオン散乱の例 として.お

S

i

+

16

₀

_{弾性散乱などに対する励起} 関数及び微分断面積を示したものであり，顧著 な振動構造か注目される。乙のような振動構造 は軽重イオン反応にしばしば観測され.共鳴現 象や光学現象(回折，干渉など)との関速にお いてしばしば議論志れている。その際.重イオ ン系の特徴は，散乱核の内部励起，近接領域に おける強い吸収，クーロン斥力と核力11:基く引 力ポテンシャルとの蛾合などの形て現われる。 実際，重イオン核反応では，ー般に強い吸収効 果が存在する為.共鳴現象は.特定の散乱系の 表面波に対してのみ起乙り得ると考えられてい る。 東北大理 滝 川 昇

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.

l

異なる慣域での典型的 重イオン核反応現象

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.

.

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V

甲、戸剛守弘..

司有6 理論的には，乙の種のデータは，通常，光学 模型や結合チャンネル法などを用いて解析され るが.同時に，半古典論の開発が進み，それら

Fig.2a

低ヱネルギー径重イオン核反応に 対する励起関数〈文献1)。

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JAERI-M 82-159

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Colli-sion ; DIC) £l?tf*U JE*. tt&£*££ L T © « £

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0

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Lfc*£sl3£gsSl£ (evaporation residue) iLTlflJ

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0

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C©tfic(i, jt&K£ (Direct Reaction) *>&i*l

5o * * t t A » » « M t K » L T t t , # t t t t a (Elastic

Scattering; E) XJ± * - a Vfifjg (Coulomb

Exci-tation ; CE) R&fr&C So

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Fig. 2 b

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Fig. 3 "Kr + ^ B i t t a (E

L

= 500

MeV) -?<DKJS£fttt<Da

(*tt2)

0 2

-J

組問-t.{82-158 の定性的理解に大いに役立っている。第2図b中の実 線は.弾性散乱に対しては，光学横型I~ R曙'gEIpole parametnzationの補正を加えて計算したもの.移 行反応に閲しては.

s

行列parametrizationによっ て計算したものを，それぞれ表わす。 第

3

図は.低エネルギ一重量イオン散乱の例として， IfKr +輔副散乱 (EL= 500 MeV)における反応生 成核の断面積を，縦紬ζt終状態での運動エネルギー， 横軸ζi質量教をとっ C等高線分布で示したものである。 運動エネルギーが入射エネルギーに比べ大巾に失なわ

S

れた反応は・深部非弾性散乱伽P10<伽ticCo恥

i

sion ; DIC)と呼ばれ，近年，輸送現象としての観点

べ

などから活発な研究がなされてきた。探部非弾性散乱 については. g2-~4 で，改めて少し詳しくのベる。亙 処て，官頭て述べたように，槙反応の樺子は，入射さ 角運動量によって強く支配される。第4図は.乙の司J

l

lCSi

。

情を.低エネルギー重イオン核反応

1

1:対して.入射角 運動量毎の断面積の形で定性的に示したものである。 DICは，中閣の角運動量に対して起乙ると考えられ ている。 LCFは，完全核融合反応 (completefusion) か起乙る臨界角運動量てあり.

E

.

R

.

及び

S

.F

.

は. _F抱.2b 完全核融合反応でできた複合核か，軽粒子を蒸発放出 したあと蒸発残留核(S¥Taporationresidue)として操JI 定される場合の断面積，及び核分裂片として測定され 110 '・凪白川3 低エネルギー重イオン核反 応に対する微分断面積(文 献1)。

UKr+醐 Bi(EL=500 MeV)

る場合の断面績を，それぞれ表わしている。 Q.E.は 1:.，

r

'-b) 84 掴 非弾性度の比較的小さい反応の断面積で，準弾性散乱 (Qua Sl Elastic散乱)の略である。第

3

図で， E剛 が350MeV近傍の大きな断面積がそれに対応する。 乙の中には，直接反応 (01l'ectReaction)も含まれ る。大きな入射角運動置に対しては弾性散乱(Elastic

S

c

attering; E)文はクーロン励起 (CoulombExci-tation; CE)反応か起乙る。 これまでにのべた低エネルギ一散乱は，基本的に二 Fig.3 体散乱であるという特撮をもっ。それに対して，高エ ネルギー散乱の基本的様相は，破砕過程である。その 一例として第5図にはエマルジョンのデータを示した。

“

Kr+輔副散乱 (EL=5

∞

MeV)での反応生成綾の運 動エネルギー及E珊量分布

(文献

2)

。

入射粒子は2GeV/nのArであり，飛跡は，標的核破砕片の飛跡を示す。 ζれは，表面散乱 (peripheral collision)に対するものであり.中心散乱 (centralcoUision) IC対しては，破砕

-2-JAERI-M 82-159

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31.

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13

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t

= 800MeV) IC«££ S t "', ifcRflfcKfcttlr

3 -JAE則 一M

82-159

片の数がずっと多b。、 低エ不Jレギー散乱から高エネルギー散乱へ の遷移がどの入射エネルギ一個域で起乙るか は，興味深い問題である。入射エネルギーの 閑散としての核の極度パラメター

T

は.乙の 設問に答える為の一つの指標を与える

f

)

乙乙 で

T

は，低エネルギー領域では.断面積の

Q

.

.

則5)(微分断面積の自然対敵Ln

(

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t1

1

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が基底状態の

Q

値

Q

.

.

ζ

F

比例する乙 と)から.高エネルギー領域では， Q~~ 別， 又は，破砕片の運動量分布から評価される。 とのようにして決定した

T

の振舞いは，入射 エネルギーが核子当たり

15MeV

程度の処れ 反応機構iと関する遷移領域である事を 示唆している。局所過熱部

(

h

o

ts

p

o

t

)

の存在及びそ乙からの軽粒子の前平衡 放出か議論されているのも，乙の領域及 びより高いエネルギー領域であるF)。 重イオン核反応の実験的研究は.乙 れま

t

低エネルギー傾埴及びBe

v

a

l

a

c

による高エネルギー領域

κ

限られてき た。しかし，近い将来には，中高エネ ルギー領域をめさした

GANIL

(フラ ンス)の稼動か予定されているe世界 中て類似の計画も多く，日本でも，理 研 の 邸

C

計画などが進められている。 乙れらの新しい世代の加速器の誕生l乙

Z

2"

KL-.

t

D1 t

F

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.

4

反応断面積と入射角運動量との関連 Fig.5 高エネルギー散乱にお砂る標的 棋破砕過程の倒(文献3)。

伴ない，核子当たり数lO

MeV

から数百

MeV

までの実蹟データカ丸近い将来急速に蓄積され，

乙の傾塙での研究が飛躍的に発展する乙とが期待されている。理諭的には，既に，流体槙型7)な どによって.異常核物質(高密度核物質など)の生成や.衛寧雄発生の可能性などが薗治されて いる。 以下，深部非弾性散乱lと関して少し詳しく補足する。

a

多様子移行反応 重い原子核同士の低エネルギー衝突は，基本的に二体散乱であり，揖的棺及び入射棟近俸の多 様な核船也成される。国

Xe

→

I

I

F

e

反応

(E

L

=

蜘

MeV) I

ζ

倒をとると8)比般的大きな断 面積をもっ

Xe

近傍の生成核は，

5

0

種類を越え，核種の分布は.相対運動からのエネルギー散

，

-3-JAERI-M 82-159

Norenberg ti, Dubna -efffcttfc1S!]*B©Ar - Th ttaicfctf 5 Ar i£«M»©K«^^J ( £

« K t i f f l l d $ ) © a # * # « J 6 B M B i : # K i | * L T ^ < # i c * g L, »>f * vflHUNIttlKS.

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A

p ( A , t ) ) + - ^ r (D

AA

P (A,t))

(1)

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(2)

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-e©JttJMi©*fl:

U(A),

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_{• * - A}

u + u

Fig. 7 £%m. At = 476, £*ffi z, = 184

tt*l«JR*-o©»»3R zA t

2,-z (A

t

-A) i c # t t 5 £ # © x *

4

-JAERI-M 82-159 逸が増加するにつれて広かる。

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r

e

n

b

e

r

g

は.

Dubna

で行われた初期の

Ar

→ 官1散乱にお貯る

Ar

近傍核の質量分布(正 確には荷電分布)の分布巾が反応時間と共に増大していく事に着目し，量イオン標鶴非弾性散乱 9) における核子移行過程を.繍送現象のlっとして解釈した 。

N

o

r

e

n

b

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l

g

がデータ解析に用い た方程式は，次のSmoluchowski型の箆散方程式である。

8

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P

(ん心)+一一

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0)

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A

2

，

.

u

u 乙こで.P (A.t)は，時刻 tζI入射後から時間発展 l..，t-被の質量がAである確率を表わす。 標速係数

VA

.及び拡散係数D

A

A

が定数

V

及び

D

のとき .(1)式の解は，初期分布をd(A-Ap) として.

P

(A.

t

)

=

(4 l

r

D

t)ーす

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{

ー

(

A

-

A

p

-

-

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t

)

2

/

(4

D

t

)

1

(2) て与え§れる。倒式は.ある角度で測定したとき の反応生成核の質量分布を与える(第6図〉。但 し，反応時間 tと測定角は，角運動量を介して， 古典的に関係付けられるものとする。 原子核の殻構造は.重イオン綾反応、iととのよう に影響するであろうか。定性的に云えば.般効果 によって，多綾子移行反応は，非線型輸送現象文 は多安定点をもっ系ての輸送現象としての性格を

もっ事I~ なる 10)。乙れは，

(1)式中の漂速係数か， 質量分配ζI関するエネルギー面U(A)及び移動度 rAAを用いて，

A=-1-ulMJrA

。

_A _¥01:-." '^ (8) で与えられる事.般効果を考慮したときの U凶 が.第7図tと示すように.殻効果の大きい処で. 局所的lと最小になる事による。 多核子移行反応に関しては.上ζl述べた般効果 や. 2次元N-Z平面上での核子輸送の機構，相 対運動の核子輸送に及ほす影響，多体輸による輸 送方程式の導出及び輸送係数の評価などについて 詳しい研究が進められている。

-4-U凶)， P (A， t)

F

i

g

.

6

Ap A 異なる反応時間(測定角) での質量分布の変化 U+U A

F

i

g

.

7

全質量

At

=

4

7

6

.

全電荷 Zt

=

1

8

4

なる散乱系をニつの部分系 ZAと Zt-Z (At-A) ζI分砂るときのエネ ルギー面。滑らかな点線は，波滴槙 型で評価したときのエネルギー面で ある。

JAERI-M 82—159

3. MttS®|UM<hb-C®iKtt$*S1ftSL <*»£*&S<D«lil)

Fig. 8 ""Th (*Ar, K) Ac flfcS. ( E / *

388 MeV) fc*«- S Zim«c^»rffi

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Microscopic

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Macro-scopic degrees

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S¥tt*cSlo Brown MW> t ©aJfcTf;

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5 -1AER1-M 82-159 雪 量 M B a 邑

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e a

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開放系の聞・としての謀部葬，単位散乱{融通と揺ら曹の暢鶴) 重イオン深部非弾性散乱においては，大 量のエネルギーや角~動量が，相対運動か ら内部自由度ζi転化される。それに伴ない 顕著な揺らぎの現象が観劇される。その事 情は，第8図i乙端的にみる事が出来る。図 は.

Ar+Th

散乱 (EI

=3

槌

Me.

l)で生 成される

K

アイソトープの二重微分断面 積

d

2_a

_I

_d

_Ed

_r

_{を運動エネルギーを縦紬に，}

I

l

l

I

J

定角を横輸にとって等高線分布で示した ものである。 乙の図は. しばしば

W

i

l

c

z

y

n

s

k

l

固と呼 ばれ.終状態での運動エネルギー (TKE) と測定角。との聞に強い相関がある乙と. 又.運動エネルギー散逸が極めて大量に及 ぶ乙とを示している。 TKEと

a

e

の強い 相聞は.重イオン間相対運動を.古典的に ニュートン方程式によって記述する事によ り，容易に理解する乙とが出来る(第

8

圏 点線〉。この際，散泡現象を記述する為に. ニュートン方程式中に摩損力を入れておく 乙とか肝要である。

W

i

l

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k

i

図の断面 積は，乙の古典的相聞のまわりに.更に比 較的広〈分布している。乙れは.重イオン 聞の相対運動が.古典的平均軌道のまわり に相当程度揺らいでいる事を示唆している。 理論的ζlは.d2_{a IdEdrは相対運動ζ対} する分布関数が求まれば計算する乙とが出 来る。それでは.相対運動の自由度を含む 全体系の運動方程式から出発して，どのよ うにしたら.相対運動に対応する部分系の情報を得る事ができるであちうか〈第9図〉。乙の目的 で，乙れまで，綿型応答理論12) ランダム結合理蛤13) 輝線型応答理愉14)などが開発されて きた。その過程で，深部非弾性散乱ζi特有の強結合性は.グリーン閑散を適して解決された。 ζ

ω

他，相対運動からのエネルギー散逸に対する様、のランダムな非集団励起や.集団励起，多核子 移行反応などの果たす役割，及び.散逸機構と揺らぎとの相聞についても様々訟研究がなされて きた。

2

3

Z

T

h

(4

・

A

r

.

K)

Ac

散乱 (EL=

3

8

8

MeV)

に対するこ量微分断面 積〈文献 11)

。

(

I

n

t

r

i

n

s

i

c

M

o

t

i

o

n

J

〆、

J

.

.

.

開放系の聞置としての量イオン深部非 弾性散乱。

Brown

運動との対比で示 しである。相対運動は，内郎運動との 結合

i

とよりエネルギーを失い，対応し た揺らぎを生ずる。(統計的揺らぎ〉。 他に波動性による量子的揺らぎなども 存在する。15)

.

，

、

〆

M

l

c

r

o

s

c

o

p

i

c

d

e

g

r

偶

so

f

l

r

e

e

d

o

m

/ 〆

Fig.8

Fig.9

E d 言 a s a s g 園 、 08 ・副量固唾叫

a

JAERI-M 82-159

4 TDHF 9 | | (Time Dependent Hartree Fock S B )

SWA^^&tBiE-rsaWC

5

, TDHFfc*<Bf£a<

IS 10 El(i.

M

Kr + "»Pb ttSl (Ei = 494 MeV)

K»t& Wilczynski HT, TDHF &Tli »<*ftrt:

L T * * , Hfc*'6<fc3fc. TDHF deft. ¥^WJ6

L*»U HMff ffitt**ttfcfWfi«ttOT.

-v^sfiicsfltdn-So *m. TDHF*eti*Lfc

*i\, *£. TDHFgTtt. !BMlJ:»m*a»K/h

- 1 * (coupled cluster j*)

18

,' if')- yMft£tt<!f

*ffl^fc TDHF &®3t£ft<fltSnictt*&tLTt>

Fig. 10

M

Kr + ""Ph

ttS.CE

," 494

MeV) left*SWilczynski

H. AHlli TDHF&©*£*

( X « 1 6 ) o

S

19)

» # X IK

(1) C.K.Gelbke et al., Phys.Rev.Lett. 41(1978) 1778

(2) M.Lefort et al.,Nucl.Phys. A216(1973) 166

(3) H.Heckman et al.,unpublished

(4) D.K.Scott,NATO Advanced Study Institute Series Vol.38,

ed. by K.W.McVoy and W.A.Friedman

(5) V.V.Volkov,Phys.Rep.44(1978)93

(6) R.Weiner and M.Westrom,Nucl.Phys.A286(1977)282;

H.Utsunomiya et al.,Nucl.Phys.A334(1980)127;

N.Stelte and R.Weiner,Phys.Lett.103B(1981)275

(7) H.Stocker et al.,Prog. in Particle and Nuclear Physics,

Vol.4(1980)133

(8) D.Schull et al.,Phys.Lett.102B(1981)116

(9) W.Norenberg,Phys.Lett.53B(1974)289

6

-JAERI-M 82-159

4

叩

I

I

F

理崎{官脚Depende同Har釘駒

F

割地竃踊}

探部非弾性散乱傾繊の重イオン核反応を純枠

u

:

:

微 視的立婦から記述する目的で.TDHF Iと基く研究が 現在，精力的に進められている。 第10図は."Kr +-Pb散乱 (E¥

=

494 MeV) に対する Wilczynski図で.TDHF法で

l

i

算された 運動エネルギー散逸量と損JI定角との相闘が点線で示 しである。図にみるように， TDHF司法は，平均的振 舞いに関して，実瞳データの傾向をよく再現する。

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

・

3 しかし.TDHF法は本質的に一体近似なので，二 粒子演算子に関連した問題の記述には不適当である 事が容易に想像される。事実.TDHF法で計算した 反応生成核の質量分布巾は，実測値』ζ比べ 1桁程小 さL、。事実， TDHF法では，実視

l

値よりはるかに小 さい限界巾が存在ぜる事を示す

ι

とか出来る

2

7

L

と の事にも関連しで.乙の数年に置り，結合クラスタ ー法 (coupledcluster法)11)グリーン関数法など を用いた TDHF法の改良が積極的に試みられてい る19) Fig.10 "Kr + "Pb散乱(1..

=

494 MeV) ζI対するW

i

1

c

zynaki 図。点観は TDHF法 の 結 果 (文献16)。 研究会では，半古典論及び

DIC

について少し立ち入って話したが，拡張した内容を1982年三 者若手夏の学校講文録として執筆する予定なので，乙乙では，粗筋のみを記す。

ー

.

- - 文 献

(1) C.K.Ge1bke et a1.

，

Phys.

Re

v.

Le

tt. 41(1978) 1778 (2) M.

Le

fort et a1.

，

Nuc1.Phys. A216(1973) 166

(3) H.Heckman et a1.

，

unpub1ished

(4) D.K.Scott

，

NATO Advanced Study Institute Series Vo1.38

，

ed. by K.W.McVoy and W.A.Friedrnan

(5) V.V.Vo1kov

，

Phys.Rep.44 (1978)93

(6) R.Weiner and M.Westrom

，

Nuc1.Phys.A286 (1977) 282;

日.Utsunomiya et a1.

，

Nuc1.Phys.A334 (1980)127; N.Ste1te and R.Weiner

，

phys.

Le

tt.103B(19B1)275

(7) H.Stocker et a1.

，

Prog. in Partic1e and Nuc1ear Physics

，

Vo

1.

4 (1980) 133

(8) D.Schu11 et a1.

，

Phys.

Le

tt.102B(1981)116 (9) W.Norenberg

，

Phys.

Le

tt.53B(1974)2B9

-6-JAERI-M 82-159

(10) U.Brosa,Z.Phys.A298(1980)77

(11) K.Siwek-Wilczynska and J.Wilczynski,Nucl.Phys.A264(1976)

115

(12) M.Berlanger et al.,S.Phys.A284(1978)61

(13) D.Agassi,C.M.Ko and H.A.Weidenmttller,Ann.Phys.ll7(1979)

407

(14) N.Takigawa et al.,Nucl.Phys.,A371(1981)130;

K.Nilta and N.Takigawa,preprint,Tohoku University,1982

(15) W.Cassing and H.Friedrich,Z.Phys.A298(1&80)129

(16) K.T.R.Davies et al.,Phys.Rev.Lett.,41(1978)632

(17) C.H.Dasso,T.Dossing and H.C.Pauli,Z.Phys.A289(1979)395

(18) J.Negele,NATO Advanced Study Institute Series,Vol.38;

M.Tohyama and S.Yamaji,private communication

(19) G.Wolschin,Lecture at the Workshop on Nuclear Theory,

Trieste,Oct.1981

7

-JAERI-M 82-159

(

1

0

)

U.Brosa

，

Z.Phys.A29B(1980)77

(

1

1

)

K.Siwek-Wi1czynska and J.Wi1czynski

，

Nuc1.Phys.A264 (1976)

115

(

1

2

)

M.Ber1anqer et a1.

，

Z.Phys.A284(1978)61

(

1

3

)

D.Aqassi

，

C.M.Ko and H.A.Weidenmu11er

，

A

n

n.Phys.117(1979)

407

(

1

4

)

N.Takigawa et a1.

，

Nuc1.Phys.

，

A371(1981)130;

K.Niita and N.Takiqawa

，

preprint

，

Tohoku

1J

niversity

，

1982

(

1

5

)

W.Cassing and H.Friedrich

，

Z.Phys.A298 (19Sn) 129

(

1

6

)

K.T.R.Davies et a1.

，

Phys.Rev.

Le

tt.

，

41(1978J632

(

1

7

)

C.H.Dasso

，

T.DOssinq and H.C.Pau1i

，

Z.Phys.

込

289(1979)395

(

1

8

)

J.Nege1e

，

NATO Advanced Study Institute Series

，

Vo1.38;

M.Tohyama and S.Yamaji

，

private communication

(

1

9

)

G.Wo1schin.

Le

cture at the Workshop on Nuc1ear

由 時

ory

，

Trieste，Oct.1981

-7-JAERI-M 82-169

2. j*>-m*m$z<nMWL

m*i mm -n

i. libfeic

4 * > • H^affl»tt«ta#»*0lHM i i * t f f t T « ? £ B ? » ? 0 » S J I M £ K a i LT

n * . t©fi*£ ? » £ © # * < *

(1) AWtt^OK^D-frtftjWiSfMflrtlo*** ( B 3 ) icft^TS< . StfBiMfctto

(2) A « t t f K i * ! K « W * > * 8 j J > 4 f c l i i % ^ « t i T * 8 .

M a f l f i £ " P » 5 S * 4 . t ^T!5fcft3i§fI©ft*£©-iSo

<fc¥Jgj£(Head-on S!) A, B, C, D « i ' * I S ? t * i 1*

AB + C — A + BC (1)

AB+CD - A C + BD (2)

tt£*WHtoKftfc*iS«T**. C0KM0ttlt(iff%*£ L T a f c 4 # l « a * J * # # l c / j N

x . » ^ * 5 C i , tfca*8*.li££1gH-4-<5A:&lcai.*fci»« close collision T?tt^4

jg&tt^. COfci6lcit^SJE<i^i«aEO H e a d - o n S » 0 » ^ r a « i L T » * ) n 5 o LfrLH

g©»£®**£9±trcaa*iiiro»*. {Dosje^ffucisiABrBiottiaigdBAB t

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00

*»&JE-J<. t ^ L f c t t « * f t » * ® a » T i ! i * t t K * &

fe -p-oiESaj^S/©W£&tf*

0

4>ttH?A 4 2 »*F»*BCjWKe L T » ? BC ©SIM*

Review of ion-atom collisions.

Tsutonu Watanabe

(The University of Tokyo)

8

-JAERI-J，f82-1回

2

.

イオン・原子衝突の概観

東 大 工 置 部 力 イオン・原子散乱は原子衝突の分野では重位子衝突として，電子と原子分子の散乱から区別し て扱う。重位子衝突の特徴は古典的な描像が成り立ち易い乙とである。理治的取扱いも乙うした 物理的背景のもとに定式化されている。己、ではそうした理諭的取扱いを紹介する。 1 . はじめに イオン・原子散乱問題は重粒子衝突の問題とも呼ばれて電子と原子分子の散乱開・と区別して いる。乙の重粒子衝突の特徴は (1) 入射粒子のドプロイ波長が相互作用傾繊の大きさ(直径〉に比べて短く.粒子像が成立つ 乙と。 (21入射粒子iと内部構造かあるかまたはもちうる乙とである。 重粒子衝突で扱う現象と，乙、で級われる過程の特徴をのべる。 化学反応

(B

蝿 d-OD型 )

A

，

B

，

C

，

D

などを原子とするとき

AB +

C

一

一

ー

A + BC

A B + C D -

・

AC+ BD

(1) (21 などが舟論的に扱われる例である.乙の問題の特徴は衝突系として見たとき衝突速度は非常に小 さい乙と。相

E

作用が短距陣型である乙と。たずし等方的でなく強い方向性のある乙と.組み替 え衝突である乙と.また組み轡え衝突を実現するためにはいわゆる

c

l

o

s

ec

o

l

l

i

s

i

∞ で な い と 起らない。このために化学反応は低速度の

Head-

∞型の衝突聞置として扱われる. しかし実 際lとは衝突問題としての散乱角などの知見は今までは必要ではなかった.乙のために専ら正面衝 突の場合のみをとり上げて過程を諭じているo{l)の反応を倒にとると

AB

聞の核問距瞳

BAB

と

BC

聞の核問距雌

RBC

とするとき，乙れらを横軸.縦軸とする

2

次元ポテンシアルの中の代表 1) .._JaA...h.'"nI....Knt ..I_~...L. 2) 点の運動として扱われている. その概念図を図 1に示す。 図 1では始め BABが平衡核問距 艇のまわりに振動しており，

R

.

s

C

は∞から近づく。乙うした状視を代表点の運動で古典的にあら わす.乙れの量子力学的な効果を入れた扱いもある。乙のポテンシアル曲面は A

-B-C

が 1直 線にあるときのものを主にとり上げる。すなわち正面衝突の鳩合である。 もう一つ正面衝突型の倒をあげる。中性原子

A

と

2

原子分子

BC

が衝突して分子

BC

の振動状 態が励起される場合がそれであ

d

すなわち

R

e

v

i

e

w

o

f

i

o

n

-

a

t

o

a

c

o

l

l

i

o

i

o

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.

T

s

u

t

o

・

uWat

岨・

I

b

e

(Th

e

U

n

i

v

e

r

o

i

t

y

o

f

T

o

k

y

o

)

-8-JAERI-M82-159

A+BC - A + BC (3)

(BC*

ttmw}<n®gvtm

T * S

0

c n i A

So

A

+

+ BC - AB

+

+ C

(4)

ufit, $%&&®£Zt>nzt><DfcmtZ9

Ctllt A

+

+BC ©BgiCj^«j?f-ctJtt»*^(0

&IBJIi£> ©31 # * r y •> r Kfrib *) .

4)

c ft#fll

t ^ i o ^ o f e S l i ^ i t t 6 (ftittftilflft)

(5)

A B C

| l a A B + C - A + BCORIC©*

•f y i/ r ;u|fili±-e© tt*/&©

0 © » £ • £ * So

COLUNEAR Nl F-H 2 R* 2 mJJ 2

(6)

$ , £{* A

+

t BC ©ffl^ili!©«i9fljllll«. B(iA

+

£ BC ©ffi*. *(*»3S£©SIJM«-C*3)o Kl 2 T * £

ftsioKifrctfj-z?-^ &ns*e£«;ts>tts *>£*>•?

-f*:/«»(Cj;<3#5|lttIi£ (DUUnt collision.

Glancing- collision)

icn.z>nz>?cta*m 3 jc^^-c'i < A*ttmm&}<D&

< «:ii«), c nJC * o -c^e £ n s a * © ^ WSM t©^

ft. £1). life) «H^if^C©«l*T'fioT^S« Ctl

&©KrE*©A*fas«c#tt<i a * H 4 lectin < T * S„

tttfcSAJBilflEi'**

1 5 * ° 2.1 » • I . I 4,1 F-HH»>Mt<A>

IJ b Na-F-H © i M j y J ' r A

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1

v

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/ " 2R

4

yv/r^©|R^;Blo

- © * # H i * # » & * f t

9

-JAERI-M 82-159

A+BC

→

A+BC.

(3) (OC・は振動の励起状態〉である。乙れもA とBCの相互作用ポテンシアルが短距障型であ る。 イオン・分子反応{まき込み型). 乙れに対 してイオン分子反応 A+

+

BC

→

AB++ C

(

4

}

R _BC A '8 C B.u などは，まき込み型と云われるものに属する. ζれ は 正

+BC

の聞に点電荷ー中性分極力の 遠距雌型の引力ポテンシアルがあり

ι

P

れが遣 心力とつり合うるる衝突係散.(軌道角運動量。 以下では遠心力ポテンシアルに打ち勝ってまき 込まれるわけである。点電荷ー中性分極の聞の 分散ポテンシアル 園

la

AB +C

→

A+BC

の反応のポ テンシアル曲面上での代表点の 運動， ζ の温いは衝突径数ー-Oの渇合である。

(

5

)

に虚心力ポテンシアル

:

3

E

I COLUNUIl N

・

F-H

t

(.l+1)

+

2明R2 (6) ₀₅ I 5

・

u F-H同町・岨{ゐ 図1b を加えた合成ポテンシアルて(己、でdは分子

BC

の分極 率..lは A+と

BC

の相対運動の軌道角運動量.Bは￡ とBCの距離.帽は衝突系の換算質量である)。図2で示さ れるように遠心力でつくられる障壁を越えられるか否かで

i

反応が決定されていると考える。障壁を越えてからの挙動 ふ 入 は複雑であり，通常統計的な確率で反応が起るとしている。‘恥ト イオン衝傭軍による非締樟性幽簡喪

(

D

i

.

“

t

t

a

叫 " 刷

oa.

量

G

l

a

.

c

i

a

.

c

o

l

l

i

s

圃

i

e

.

)

~件+ト弔 余 第3の型はイオンなどの荷電粒子による非弾性衝突の中 に見られる

F

乙れは図31C:示すごとく入射桂子が練的の速 くを通り，乙れによって誘起される電渇の時間的変化の周 波数成分に合った非弾性変化をもたらす過程によるとする ものである。イオン衝隼による原子・分子の励起〈電子状 態.振動，回転〉電磁などがとの織檎で起っている。乙れ らの断面積の入射速度依存性はほ苦闘41C:示す佃くである. すなわち入射適度gが

-9-図

2

Na-F-H

の系のポテンシアル 曲面の計算

合

_{成 、 、}

、

一

字 、

ン γ ャ

ル

， /

_，

_，

h

一

分子関車雌 R イオン・分子反応のボテ ンシアルの概念因。

E

の大きい程山は大きく なり.また入射エネルギ ーの大きい程まき込まれ 易くなる。