An energy shift between the fusion barrier and interaction barrier in heavy nuclear systems

Summary

The mass asymmetry influence upon the extra energy ΔB=B _fus−B _int has been investigated in nuclear systems withZ _i+Z _t≥100. This was achieved by the experimental measurement of the production cross-sections for²⁴⁴Fm and several nuclides withZ=104÷108 via complete fusion reactions with bombarding ions ranging from⁵⁰Ti to⁷⁶Ge. The method has been developed to derive the ΔB values from the maximum cross-sections of the «cross-reactions» (HI; 1n, 2n). The empirical ΔB values derived in the present work are compared with liquid-drop model predictions. The latter model appears to explain only qualitatively the onset of the dynamical hindrance to the fusion process in heavy systems, which leads to the extra energy ΔB over the interaction barrier required for the system to reach fusion. This result agrees with the data analysis carried out in other works and indicates, probably, a significant influence of nuclear structural effects upon «cold fusion» dynamics and on the ΔB values. Although nuclear structural effects favour the use of Pb-like targets for «cold fusion», a steep increase in the empirical ΔB values for heavier systems sets the limit for the «cold» synthesis method atZ=110. In addition, an analysis involving more detailed (though fragmentary) data on (HI, 1n, 2n) excitation functions shown not only an extra energy increase but also a monotonic enhancement of sub-barrier fusion for the heavier systems like HI+Pb. The data on highly fissionable heavy systems, obtained in the present work, serve as a test for the currently developed theoretical models of the nuclear fusion process.

Riassunto

Si è studiata l'influenza dell'asimmetria della massa sull'energia extra ΔB=B _fus−B _int in sistemi nucleari conZ _i+Z _t>100. Ciò è stato ottenuto misurando sperimentalmente delle sezioni d'urto di produzione per il²⁴⁴Fm e parecchi nuclidi conZ=104÷108 via reazioni di fusione complete con ioni bombardanti che si estendono dal⁵⁰Ti al⁷⁶Ge. Si è sviluppato il metodo per dedurre i valori ΔB dalle sezioni d'urto massime delle “sezioni d'urto» (HI; 1n, 2n). Si confrontano i valori empirici ΔB dedotti nell'attuale lavoro con le previsioni del modello a goccia di liquido. Questo modello sembra spiegare solo qualitativamente l'insorgenza dell'impedimento dinamico nel processo di fusione in sistemi pesanti, il che porta ad un'energia extra ΔB sulla barriera d'interazione richiesta perché il sistema raggiunga la fusione. Questo risultato è in accordo con l'analisi dei dati svolta in altri lavori e indica, probabilmente, un'influenza significativa degli effetti di struttura nucleari sulla dinamica della «fusione fredda» e sui valori ΔB. benché gli effetti di struttura nucleare favoriscano l'uso di bersagli simili a Pb per la «fusione fredda», un eccessivo aumento nei valori empirici ΔB per sistemi più pesanti pone il limite per il metodo di sintesi «fredda» aZ=110. Inoltre, un'analisi che coinvolge dati più dettagliati (benché frammentari) sulle funzioni di eccitazione (HI, 1n, 2n) mostra non solo un aumento di energia extra, ma anche un aumento monotonico di fusione della sub-barriera per sistemi più pesanti come HI+Pb. I dati riguardanti sistemi pesanti altamente fissionabili, ottenuti nell'attuale lavoro, servono come test per i modelli teorici attualmente sviluppati del processo di fusione nucleare.