【摘要】：依托蘭州重粒子儲存環(huán)裝置HIRFL-CSR,可以開展短壽命核素的等時性質(zhì)量測量。本論文的工作主要為兩方面:等時性質(zhì)量譜儀上TOF探測器的性能改進(jìn)和T_z=-2短壽命豐質(zhì)子核素質(zhì)量測量。在等時性質(zhì)量測量實(shí)驗中,TOF探測器即飛行時間探針安裝在實(shí)驗儲存環(huán)上,用以測量離子在譜儀中的循環(huán)周期。TOF探測器的時間分辨極大地影響著譜儀的分辨能力,同時其探測效率和探測信號幅度對次級束的離子鑒別起著輔助作用。對TOF探測器各項性能的實(shí)驗研究能很好的幫助我們拓展和提升譜儀的性能,并對實(shí)驗數(shù)據(jù)分析提供必要的硬件參數(shù)。為解決實(shí)驗中質(zhì)量刻度的系統(tǒng)性偏差以及提升譜儀質(zhì)量分辨能力,我們開展了雙TOF等時性質(zhì)量測量實(shí)驗,通過在儲存環(huán)直線段兩端安裝兩臺TOF探測器實(shí)現(xiàn)對離子速度的測量。實(shí)驗中,TOF探測器的時間性能起著決定性的作用。為保證雙TOF實(shí)驗的順利開展,我們改進(jìn)TOF探測器結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了離線測試。同時針對雙TOF在線實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)的問題,對譜儀也實(shí)施了一系列后續(xù)改造。等時性模式下短壽命T_z=-2豐質(zhì)子核素由468.00MeV/u的~(58)Ni~(19+)初級束流轟擊Be靶產(chǎn)生。針對實(shí)驗中產(chǎn)額低、注入離子少的特點(diǎn),改進(jìn)了數(shù)據(jù)處理中的篩選條件以提高數(shù)據(jù)利用率。通過關(guān)聯(lián)離子的信號幅度和探測效率來鑒別離子并排除偶然符合事例,采用加權(quán)平移修正方法。首次在實(shí)驗上測量了~(44)Cr、~(46)Mn、~(48)Fe、~(50)Co、~(52)Ni共5個T_z=-2核素的質(zhì)量,提高了~(29)S、~(40)Ti兩個核素的質(zhì)量精度。實(shí)驗測量得到的質(zhì)量數(shù)據(jù)用來檢驗IMME、FRDM等質(zhì)量模型。其中:發(fā)現(xiàn)在均勻帶電球模型假設(shè)下,由IMME的一階、二階系數(shù)分別得到的庫侖半徑并不相等。目前沒有理論可以解釋該現(xiàn)象,除庫倫相互作用外核力中也可能存在破壞同位旋對稱性的成份。本工作中對~(29)S質(zhì)量的再次測量進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。因此建議對sd-殼中其它關(guān)鍵的奇異核質(zhì)量進(jìn)行重新測量。~(44)Cr質(zhì)量可以通過IMME局域質(zhì)量關(guān)系來預(yù)測~(44)V同位旋多重態(tài)質(zhì)量,并對系列中~(44)Ti的T=2,T=0的兩個0~+同位旋混態(tài)進(jìn)行區(qū)分、指認(rèn)。利用TPC測量得到的β緩發(fā)質(zhì)子能譜,重新構(gòu)建~(44)Cr的衰變綱圖。并通過鏡像核激發(fā)能級的比對進(jìn)一步加以驗證。依據(jù)另一次獨(dú)立測量得到的~(52)Co~(g.s.)和~(52)Co~(isomer)質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)β緩發(fā)質(zhì)子發(fā)射過程中,最強(qiáng)的質(zhì)子峰并非來源于~(52)Ni超容許β躍遷后布居在的~(52)Co,T=2的同位旋多重態(tài),建議了新的β緩發(fā)質(zhì)子衰變方式并確立了~(52)Co~(IAS)的質(zhì)量。利用本次測量的~(52)Ni質(zhì)量,通過IMME對~(52)Co~(IAS)和~(52)Mn~(IAS)的指認(rèn)進(jìn)行驗證。目前T=2的同位旋五重態(tài)系列中,僅有A=8,12,20,24,28,32,36的T_z=-2核素質(zhì)量為已知,且均為sd殼的偶偶核。本次實(shí)驗測量了一系列fp殼的T_z=-2核素質(zhì)量,利用其質(zhì)量檢驗IMME公式在T=2,fp殼的適用性。
【圖文】：

光要提高目標(biāo)核素的產(chǎn)額，同時也要對奇異核束流進(jìn)行分離純化，增加目標(biāo)核素所占的比重。與此同時，由于現(xiàn)今待研究的放射性核素壽命都在秒量級甚至更短，如圖1.4所示，， 所以目前在各放射性束裝置中，以兩種分離方法為主：在線同位素圖 1.4: 核素圖中部分原子核基態(tài)半衰期分布（數(shù)據(jù)基于 NUBASE2016）[23]。黑色代表穩(wěn)定核素，黃色代表半衰期在秒量級的核素，紅色代表半衰期小于 100ms的核素。除以上核素之外的部分未在圖中顯示 [24]。分離（ISOL）[26]、飛行時間分離（In-flight）[27]。如圖1.5所示，圖中標(biāo)識出了分離過程所需的時間范圍, 可見其均可對半衰期短于秒量級的放射性核素進(jìn)行分離。1.2.2.1 ISOL 分離技術(shù)在 ISOL 分離方法中，用高流強(qiáng)離子束撞擊厚靶（比如質(zhì)子束撞擊鈾靶），導(dǎo)致靶核發(fā)生裂變等反應(yīng)。之后核反應(yīng)產(chǎn)生的放射性原子核產(chǎn)物沉積在厚靶中，產(chǎn)物通過擴(kuò)散過程傳輸?shù)诫x子源中進(jìn)行離子化，這樣產(chǎn)物就由電中性轉(zhuǎn)變?yōu)閹щ婋x子。這些離子被加速到 10-100keV

圖 1.7: 建設(shè)中的美國 FRIB 裝置圖片 [33]。飛行時間質(zhì)譜儀 MR-TOF 上得到了成功的應(yīng)用 [35]。國際上也正在發(fā)展新的放射性束裝置，試圖將多種方法結(jié)合在一起，形成新
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O572.212

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 徐星;HIRFL-CSR上短壽命豐中子核素的精確質(zhì)量測量[D];中國科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）;2015年

2 帥鵬;HIRFL-CSR上短壽命核素質(zhì)量的精確測量[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

3 顏鑫亮;儲存環(huán)上短壽命缺中子核素的精確質(zhì)量測量[D];中國科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）;2014年

本文編號：2677637