储存环上开展的fp壳层丰质子核素质量测量

发布时间：2020-10-01 06:36

　　 质量是原子核基本属性之一,反映了核子之间各种相互作用的综合效果,对于了解核结构与元素起源有着重要作用。对于β稳定线附近核素的质量,大部分在实验上已经被精确测量,而对于滴线附近核素,由于寿命短、产额低,实验上测量还存在一些困难。位于兰州的重离子研究装置HIRFL(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou)被认为是世界上少数几个可以对滴线附近核素质量进行有效测量的大型科学装置。本文详细介绍在HIRFL实验环上开展的质量测量实验,实验目标为fp壳层丰质子核素。实验中,利用~(58)Ni~(19+)初级束流轰击RIBLL2入口处15mm厚Be靶。通过弹核碎裂反应产生次级离子,之后经过RIBLL2筛选的次级束流被注入到实验环内做周期运动。通过飞行时间探测器来提取离子飞行时间信息,并由此得到目标核素质量。相比之前实验,本次实验在束流管道内设置了一个宽度为60mm的狭缝,目的就是为了减小离子动量分散。借助于狭缝的帮助,显著提高了质量结果精度。实验中使用的狭缝对离子磁刚度起到了筛选作用,对于飞行圈数很少的离子其磁刚度偏差也很小。因此在数据分析时放宽了储存环中离子寿命的限制,寿命阈值由186μs降低到100μs。最终各个核素的统计得到了大幅增加,对于一些核素其统计可以增加两倍之多。实验首次得到了~(52)Co、~(44)V和~(56)Cu三个核素质量,提高了其它多个核素的质量精度,并且以此为基础开展了多项物理讨论。~(52)Co基态和激发态质量在本次实验中被首次精确测量。结合新实验结果与以往实验数据,我们重新构建了~(52)Ni衰变纲图。由衰变纲图,我们重新指认出~(52)Co的IAS态,纠正了之前的错误。新IAS态可以很好地被IMME公式描述,从而验证本次结果的可靠性。另外,我们通过~(52)Ni衰变纲图研究了其中IAS态的衰变机制,指出其主要是通过γ射线的方式来退激的,而非之前认为的质子发射。利用实验结果,研究了在fp壳层中原子核库伦能张量与矢量成分随着质量数A的变化趋势。除此之外,把质量应用在基本相互作用中,试图通过精度的提高来验证弱相互作用中的矢量流守恒假设。最终,相应β衰变的比较半衰期精度被大大提高,而衰变分支比成为影响精度的主要因素。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O571
【部分图文】：

评估 (Atomic Mass Evaluation，AME[11]) 中。对于已有实验数据的核素，AME 对质量数据进行加权评估后，给出每种核素的推荐质量和误差。对于质量未知核素，通过理论外推方法给出近似质量和误差。由图1.1可以看出，在稳定线附近核素质量精度已经达到了很高水平，但是对于滴线附近核素，大部分质量精度很低甚至很多质量至今还未被实验测量。鉴于原子核质量的重要作用，几乎所有稳定核素都已被精确测量。稳定核素1第一章 引言

图 1.4: 熔合蒸发反应、碎裂反应和裂变反应次级产物的分布 [22]。为了研究滴线附近的放射性核素，首先要做的就是产生这些核素。由于半十分短，无法在自然界中直接得到，一般利用稳定核素轰击靶核，通过核反

离子在产生后会经过分离、冷却和纯化过程，最后储存在彭宁井中。图 1.7: Penning trap 结构示意图以及离子在其中运动方式 [9]。如图1.7所示，目标离子被均匀电磁场限制在彭宁井中做周期性运动。均匀磁场对离子提供了径向约束力，静电四极场对离子提供轴向约束力。离子的运动模式是三种谐振运动的叠加 [33]，包括：回旋频率、磁控频率和轴向频率。不同质10储存环上开展的 fp 壳层丰质子核素质量测量

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