TOF探测器的改进及T_z=-2丰质子核素质量测量

发布时间：2020-05-23 16:30

【摘要】：依托兰州重粒子储存环装置HIRFL-CSR,可以开展短寿命核素的等时性质量测量。本论文的工作主要为两方面:等时性质量谱仪上TOF探测器的性能改进和T_z=-2短寿命丰质子核素质量测量。在等时性质量测量实验中,TOF探测器即飞行时间探针安装在实验储存环上,用以测量离子在谱仪中的循环周期。TOF探测器的时间分辨极大地影响着谱仪的分辨能力,同时其探测效率和探测信号幅度对次级束的离子鉴别起着辅助作用。对TOF探测器各项性能的实验研究能很好的帮助我们拓展和提升谱仪的性能,并对实验数据分析提供必要的硬件参数。为解决实验中质量刻度的系统性偏差以及提升谱仪质量分辨能力,我们开展了双TOF等时性质量测量实验,通过在储存环直线段两端安装两台TOF探测器实现对离子速度的测量。实验中,TOF探测器的时间性能起着决定性的作用。为保证双TOF实验的顺利开展,我们改进TOF探测器结构并进行了离线测试。同时针对双TOF在线实验中发现的问题,对谱仪也实施了一系列后续改造。等时性模式下短寿命T_z=-2丰质子核素由468.00MeV/u的~(58)Ni~(19+)初级束流轰击Be靶产生。针对实验中产额低、注入离子少的特点,改进了数据处理中的筛选条件以提高数据利用率。通过关联离子的信号幅度和探测效率来鉴别离子并排除偶然符合事例,采用加权平移修正方法。首次在实验上测量了~(44)Cr、~(46)Mn、~(48)Fe、~(50)Co、~(52)Ni共5个T_z=-2核素的质量,提高了~(29)S、~(40)Ti两个核素的质量精度。实验测量得到的质量数据用来检验IMME、FRDM等质量模型。其中:发现在均匀带电球模型假设下,由IMME的一阶、二阶系数分别得到的库仑半径并不相等。目前没有理论可以解释该现象,除库伦相互作用外核力中也可能存在破坏同位旋对称性的成份。本工作中对~(29)S质量的再次测量进一步证实了这一点。因此建议对sd-壳中其它关键的奇异核质量进行重新测量。~(44)Cr质量可以通过IMME局域质量关系来预测~(44)V同位旋多重态质量,并对系列中~(44)Ti的T=2,T=0的两个0~+同位旋混态进行区分、指认。利用TPC测量得到的β缓发质子能谱,重新构建~(44)Cr的衰变纲图。并通过镜像核激发能级的比对进一步加以验证。依据另一次独立测量得到的~(52)Co~(g.s.)和~(52)Co~(isomer)质量,发现β缓发质子发射过程中,最强的质子峰并非来源于~(52)Ni超容许β跃迁后布居在的~(52)Co,T=2的同位旋多重态,建议了新的β缓发质子衰变方式并确立了~(52)Co~(IAS)的质量。利用本次测量的~(52)Ni质量,通过IMME对~(52)Co~(IAS)和~(52)Mn~(IAS)的指认进行验证。目前T=2的同位旋五重态系列中,仅有A=8,12,20,24,28,32,36的T_z=-2核素质量为已知,且均为sd壳的偶偶核。本次实验测量了一系列fp壳的T_z=-2核素质量,利用其质量检验IMME公式在T=2,fp壳的适用性。
【图文】：

核素图,半衰期,数据基,原子核

光要提高目标核素的产额，同时也要对奇异核束流进行分离纯化，增加目标核素所占的比重。与此同时，由于现今待研究的放射性核素寿命都在秒量级甚至更短，如图1.4所示，，所以目前在各放射性束装置中，以两种分离方法为主：在线同位素图 1.4: 核素图中部分原子核基态半衰期分布（数据基于 NUBASE2016）[23]。黑色代表稳定核素，黄色代表半衰期在秒量级的核素，红色代表半衰期小于 100ms的核素。除以上核素之外的部分未在图中显示 [24]。分离（ISOL）[26]、飞行时间分离（In-flight）[27]。如图1.5所示，图中标识出了分离过程所需的时间范围, 可见其均可对半衰期短于秒量级的放射性核素进行分离。1.2.2.1 ISOL 分离技术在 ISOL 分离方法中，用高流强离子束撞击厚靶（比如质子束撞击铀靶），导致靶核发生裂变等反应。之后核反应产生的放射性原子核产物沉积在厚靶中，产物通过扩散过程传输到离子源中进行离子化，这样产物就由电中性转变为带电离子。这些离子被加速到 10-100keV

装置图,装置图,美国,放射性束装置

图 1.7: 建设中的美国 FRIB 装置图片 [33]。飞行时间质谱仪 MR-TOF 上得到了成功的应用 [35]。国际上也正在发展新的放射性束装置，试图将多种方法结合在一起，形成新
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O572.212

【参考文献】