ПРОВЕРКА СПРАВЕДЛИВОСТИ ПЕРЕКРЕСТНОЙ ПРОВЕРКИ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ НА ПРИМЕРЕ УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ПРОТОНОВ НА ¹⁴C В ДИАПАЗОНЕ 3,7–7,0 МэВ

В данной работе представлен комплексный подход к анализу упругого рассеяния протонов на ядре ¹⁴C в диапазоне энергий 3,7–7,0 МэВ, объединяющий квантово-механический метод полных волн (Full-Wave Method, FWM), моделирование методом Монте-Карло на базе Geant4 и экспериментальные данные [1–3]. Фазовые сдвиги были получены путём решения уравнения Шрёдингера с использованием оптического потенциала, включающего микроскопическое взаимодействие CDM3Y [4] и параметризацию Вудса–Саксона для мнимой части, с учётом спинорбитального взаимодействия. Полученные дифференциальные сечения были сопоставлены с экспериментальными измерениями и результатами моделирования в Geant4, показав согласие в пределах 3–6% в рассматриваемом энергетическом диапазоне. Наблюдаемое нелинейное увеличение фазовых сдвигов и сечений выше 5,5 МэВ указывает на отклонения от стандартного оптического поведения. Эти результаты свидетельствуют о кластерной и гало-подобной структуре ядра ¹⁴C [5], подтверждая его экзотическое строение. Предлагаемая гибридная методология позволяет согласовать теоретические расчёты и моделирование с экспериментальными данными, открывая возможность применения Geant4 в инженерных расчётах после верификации на основе микроскопических квантовых моделей. Данный подход применим как для анализа реакций в неисследованных энергетических областях, так и для моделирования радиационных эффектов в материалах.

1. Murillo G., Fernández M., Ramírez J., Mejía-Gil M.G., Policroniades R., Varela A. et al. Characterization of excited states of 15N through 14C(p,p)14C using polarized proton beam // Revista Mexicana de Física S. – 2011. – Vol. 57, No. 1. – P. 55–59.

2. Khoa D.T., Satchler G.R., von Oertzen W. Folding model analysis of proton elastic scattering on exotic nuclei // Phys. Rev. C. – 1994. – Vol. 49, No. 4. – P. 1652–1661.

3. Khoa D.T., Khanh D.C., Loc B.M. Extended versions of the M3Y interaction and nuclear matter incompressibility // Phys. Rev. C. – 2016. – Vol. 94. – P. 034612.

4. Ray L. Proton–nucleus elastic scattering and the optical model // Phys. Rev. C. – 1979. – Vol. 19. – P. 1855–1872.

5. Satchler G.R., Love W.G. Folding model potentials from realistic interactions for heavy-ion scattering // Phys. Rep. – 1979. – Vol. 55, No. 3. – P. 183–254.

6. Horiuchi W., Suzuki Y. Nuclear reaction radii and matter radii of unstable nuclei // Phys. Rev. C. – 2006. – Vol. 74. – P. 034311.

7. Tanihata I. Neutron halo nuclei // J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. – 1996. – Vol. 22. – P. 157.

8. Bertulani C.A., Danielewicz P., Liendo J.A. Introduction to Nuclear Reactions. – Bristol: IOP Publishing, 2021. – 365 p.

9. Rawitscher G.H. Microscopic optical model potential using the g matrix // Phys. Rev. C. – 1982. – Vol. 25. – P. 2196.

10. Gadioli E., Hodgson P.E. Pre-Equilibrium Nuclear Reactions. – Oxford: Clarendon Press, 1992. – 424 p.

11. An C., Cai X. Microscopic optical potentials based on a density-dependent M3Y interaction // Phys. Rev. C. – 2006. – Vol. 73. – P. 054605.

12. Koning A.J., Delaroche J.P. Local and global nucleon optical models from 1 keV to 200 MeV // Nucl. Phys. A. – 2003. – Vol. 713. – P. 231–310.

13. Mahaux C., Sartor R. Dispersion relation for the opticalmodel potential // Adv. Nucl. Phys. – 1991. – Vol. 20. – P. 1–223.

14. Watanabe S. High energy elastic scattering of nucleons and the optical model // Nucl. Phys. – 1958. – Vol. 8. – P. 484–492.

15. Chamon L.C. et al. Toward a global description of the nucleus–nucleus interaction // Phys. Rev. C. – 1997. – Vol. 55. – P. 235.

16. Hodgson P.E. The Optical Model of Elastic Scattering. – Oxford: Clarendon Press, 1963. – 284 p.

17. Satchler G.R. Direct Nuclear Reactions. – Oxford: Clarendon Press, 1983. – 582 p.

18. Gadioli-Erba E., Hodgson P.E. Pre-Equilibrium Reactions and Nuclear Models. – Oxford: Pergamon Press, 1981. – 452 p.

19. Varner R.L. et al. A global nucleon optical model potential // Phys. Rep. – 1991. – Vol. 201, No. 2. – P. 57–119.

20. Capote R. et al. RIPL – Reference Input Parameter Library for Calculation of Nuclear Reactions and Nuclear Data Evaluations // Nucl. Data Sheets. – 2009. – Vol. 110, No. 12. – P. 3107–3214.

21. EXFOR – Experimental Nuclear Reaction Data. – IAEA, Vienna. – URL: https://www-nds.iaea.org/exfor

22. Geant4 Collaboration. GEANT4 – A simulation toolkit // Nucl. Instrum. Meth. A. – 2003. – Vol. 506. – P. 250–303.

23. Agostinelli S. et al. GEANT4: A simulation toolkit // Nucl. Instrum. Meth. A. – 2003. – Vol. 506, No. 3. – P. 250–303.

24. Allison J. et al. Recent developments in Geant4 // Nucl. Instrum. Meth. A. – 2016. – Vol. 835. – P. 186–225.

25. Chauhan R. et al. Elastic scattering of protons using Geant4: Application to nuclear materials // Nucl. Phys. A. – 2020. – Vol. 1007. – P. 122107.

26. Shultis J.K., Faw R.E. Radiation Shielding. – La Grange Park: ANS, 2000. – 352 p.

27. Forrest R.A. FISPACT-2005: User manual. – UKAEA FUS 534, 2005. – 153 p.

28. EXFOR Manual. – IAEA, 2020. – URL: https://wwwnds.iaea.org/publications/exfor-manual.pdf

29. Koning A.J., Rochman D. Modern nuclear data evaluation with the TALYS code system // Nucl. Data Sheets. – 2012. – Vol. 113. – P. 2841–2934.

30. Thompson I.J. Coupled reaction channels calculations in nuclear physics // Comput. Phys. Rep. – 1988. – Vol. 7, No. 4. – P. 167–212.

31. Kunz P.D. DWUCK4: Distorted Wave Born Approximation Program. – University of Colorado, 1990. – 74 p.

32. Soad A., Ali M.K. Dispersive optical model analysis of proton–nucleus elastic scattering at low and intermediate energies // Eur. Phys. J. A. – 2021. – Vol. 57. – P. 201.

33. Aharonian H. et al. Elastic scattering of protons on light nuclei within the optical model // J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. – 2022. – Vol. 49, No. 11. – P. 115103.

34. Dabýlova A. et al. Nuclear reaction modeling and simulation of light nuclei within optical model approaches // Proc. Int. Conf. NUCLEUS-2021. – Курчатов: НЯЦ РК, 2021. – P. 112–118.

35. Gusseinova D., Alimov D., Kenzhebayev N. et al. Optical model analyses for the elastic scattering of 8B, 7Be and 6Li with 12C // ANSA Journal. – 2024. – Vol. 5, No. 1. – P. 24–33.