HIRFL-CSR上短寿命核素质量的精确测量

发布时间：2017-12-18 04:00

  本文关键词：HIRFL-CSR上短寿命核素质量的精确测量

  更多相关文章： 原子核质量 储存环 等时性质量谱仪 磁场漂移 信号平均幅度 粒子鉴别 同位旋多重态质量公式 质子中子相互作用 双TOF探测器

【摘要】：质量是原子核的基本性质之一。高精度原子核质量测量在原子核结构和核天体物理等领域发挥着重要的作用。从第一台质谱仪诞生起,原子核质量测量的方法已经发展了100多年。随着加速器技术的发展和放射性束流线的建设,大量新的高精度质量测量方法不断发展出来,包括Penning trap和储存环等。在兰州重离子研究装置冷却储存环HIRFL-CSR投入使用后,实验环(CSRe)上的等时性质谱仪(IMS)被用来测量半衰期最短为几十微秒的奇异核的质量。本论文的工作包括了在CSRe上完成的两次IMS实验：78Kr和58Ni碎片等时性质量测量实验。实验中IMS的最高质量分辨能力(m／Δm)约为2×105 (FWHM),与国际上同类装置水平相当,达到了世界领先水平。论文前半部分介绍了原子核质量测量的历史,等时性质量测量的原理和实验设置,以及之前采用的数据处理方法。后半部分对数据处理中存在的一些问题提出了具体的解决方案,对实验得到的质量结果进行了讨论,并初步分析了相关的物理。本论文的亮点主要包括：·新磁场修正算法。在IMS实验中,实验环供电系统的稳定性对环中二极磁铁的磁场强度影响很大。而磁场强度的变化会降低IMS对循环周期的分辨能力,从而降低目标核的质量精度。针对磁场变化会近似使循环周期谱发生整体平移的性质,我们研究出了加权平移法,并使用新的算法重新处理了78K.r和58Ni实验的数据。在不引入额外系统误差的前提下,新方法尽可能地消除了磁场漂移对离子循环周期的影响。对于等时性区间内的离子,新方法可以得到了更高的质量精度。加权平移法还可以用来在线监控储存环的转变点,这有助于提高束流时间的利用率。该算法是当前等时性质谱仪中修正磁场晃动对离子循环周期影响的最优算法,而且可能还适用于其他领域中物理量的相对测量。·利用平均信号幅度的离子鉴别。在数据处理的过程中,我们发现TOF探测器上获取到的离子平均信号幅度与离子在碳膜上的能损有关,因而与离子的电荷态有关。这个性质被用来鉴别荷质比相近但电荷态相差较大的离子。利用环中离子的平均信号幅度可以成功地鉴别34Ar和51Co离子,从而首次在实验上给出了51Co的质量和误差。该方法是对储存环上离子鉴别方法的有效补充,具有普遍的适用性。·fp-shell中的同位旋不守恒力。利用78Kr和58Ni实验中确定的同位旋第三分量Tz=-1/2,-1,-3/2的缺中子核质量,我们研究了fp-shell中镜像核的库仑位移能(CDE)和同位旋三重态位移能(TDE)。理论研究表明,在fp-shell中壳模型的计算必须考虑同位旋不守恒相互作用,才能解释实验得到的库仑位移能。·fp-shell中IMME公式的检验。利用58Ni实验得到的一系列Tz=-3/2的原子核质量,我们检验了IMME公式在f7/2-shell的适用性,发现A=53,T=3/2同位旋四重态的质量无法用二阶IMME公式描述,其三次项系数与0的偏差超过3σ。目前没有理论可以解释该现象。更进一步的的研究显示53Co同位旋相似态的激发能需要重新测量,以确定A=53的同位旋四重态质量无法用二阶IMME公式描述。·双幻核56Ni附近的质子中子相互作用。利用78Kr实验得到的56Cu的质量,以及58Ni实验中确定的55Cu的质量,我们研究了双幻核56Ni附近奇奇核的p-n相互作用强度,发现在N=Z=28壳层附近δVpn的值存在“交叉”现象。这种现象可以用价核子空间波函数的重叠解释。目前,其它已知的存在这种现象的双幻核只有208Pb和i32Sn,而Z=28是所有存在这种现象的最小的幻数。·双TOF等时性质谱仪的基本原理。由于IMS的系统偏差主要是次级离子的动量分散引起的,为了解决这一问题,我们提出了双TOF等时性质量测量方法。原则上,两个TOF探测器测得的离子速度可以用来对离子的轨道(或磁刚度)进行修正,从而提高IMS的循环周期的分辨能力。本文初步讨论了在实验环中,离子的速度,轨道和周期的相互关系,并给出了用离子速度对循环周期.进行修正的可行算法。本文对双TOF实验中其它可能遇到的问题也给出了解决方案。这种新的测量方法还需要用实验数据进行验证。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O571

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本文编号：1302696