質(zhì)量是原子核基本屬性之一,反映了核子之間各種相互作用的綜合效果,對于了解核結(jié)構(gòu)與元素起源有著重要作用。對于β穩(wěn)定線附近核素的質(zhì)量,大部分在實驗上已經(jīng)被精確測量,而對于滴線附近核素,由于壽命短、產(chǎn)額低,實驗上測量還存在一些困難。位于蘭州的重離子研究裝置HIRFL(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou)被認(rèn)為是世界上少數(shù)幾個可以對滴線附近核素質(zhì)量進(jìn)行有效測量的大型科學(xué)裝置。本文詳細(xì)介紹在HIRFL實驗環(huán)上開展的質(zhì)量測量實驗,實驗?zāi)繕?biāo)為fp殼層豐質(zhì)子核素。實驗中,利用~(58)Ni~(19+)初級束流轟擊RIBLL2入口處15mm厚Be靶。通過彈核碎裂反應(yīng)產(chǎn)生次級離子,之后經(jīng)過RIBLL2篩選的次級束流被注入到實驗環(huán)內(nèi)做周期運(yùn)動。通過飛行時間探測器來提取離子飛行時間信息,并由此得到目標(biāo)核素質(zhì)量。相比之前實驗,本次實驗在束流管道內(nèi)設(shè)置了一個寬度為60mm的狹縫,目的就是為了減小離子動量分散。借助于狹縫的幫助,顯著提高了質(zhì)量結(jié)果精度。實驗中使用的狹縫對離子磁剛度起到了篩選作用,對于飛行圈數(shù)很少的離子其磁剛度偏差也很小。因此在數(shù)據(jù)分析時放寬了儲存環(huán)中離子壽命的限制,壽命閾值由186μs降低到100μs。最終各個核素的統(tǒng)計得到了大幅增加,對于一些核素其統(tǒng)計可以增加兩倍之多。實驗首次得到了~(52)Co、~(44)V和~(56)Cu三個核素質(zhì)量,提高了其它多個核素的質(zhì)量精度,并且以此為基礎(chǔ)開展了多項物理討論。~(52)Co基態(tài)和激發(fā)態(tài)質(zhì)量在本次實驗中被首次精確測量。結(jié)合新實驗結(jié)果與以往實驗數(shù)據(jù),我們重新構(gòu)建了~(52)Ni衰變綱圖。由衰變綱圖,我們重新指認(rèn)出~(52)Co的IAS態(tài),糾正了之前的錯誤。新IAS態(tài)可以很好地被IMME公式描述,從而驗證本次結(jié)果的可靠性。另外,我們通過~(52)Ni衰變綱圖研究了其中IAS態(tài)的衰變機(jī)制,指出其主要是通過γ射線的方式來退激的,而非之前認(rèn)為的質(zhì)子發(fā)射。利用實驗結(jié)果,研究了在fp殼層中原子核庫倫能張量與矢量成分隨著質(zhì)量數(shù)A的變化趨勢。除此之外,把質(zhì)量應(yīng)用在基本相互作用中,試圖通過精度的提高來驗證弱相互作用中的矢量流守恒假設(shè)。最終,相應(yīng)β衰變的比較半衰期精度被大大提高,而衰變分支比成為影響精度的主要因素。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O571
【部分圖文】：

評估 (Atomic Mass Evaluation，AME[11]) 中。對于已有實驗數(shù)據(jù)的核素，AME 對質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)評估后，給出每種核素的推薦質(zhì)量和誤差。對于質(zhì)量未知核素，通過理論外推方法給出近似質(zhì)量和誤差。由圖1.1可以看出，在穩(wěn)定線附近核素質(zhì)量精度已經(jīng)達(dá)到了很高水平，但是對于滴線附近核素，大部分質(zhì)量精度很低甚至很多質(zhì)量至今還未被實驗測量。鑒于原子核質(zhì)量的重要作用，幾乎所有穩(wěn)定核素都已被精確測量。穩(wěn)定核素1第一章 引言

圖 1.4: 熔合蒸發(fā)反應(yīng)、碎裂反應(yīng)和裂變反應(yīng)次級產(chǎn)物的分布 [22]。為了研究滴線附近的放射性核素，首先要做的就是產(chǎn)生這些核素。由于半十分短，無法在自然界中直接得到，一般利用穩(wěn)定核素轟擊靶核，通過核反

離子在產(chǎn)生后會經(jīng)過分離、冷卻和純化過程，最后儲存在彭寧井中。圖 1.7: Penning trap 結(jié)構(gòu)示意圖以及離子在其中運(yùn)動方式 [9]。如圖1.7所示，目標(biāo)離子被均勻電磁場限制在彭寧井中做周期性運(yùn)動。均勻磁場對離子提供了徑向約束力，靜電四極場對離子提供軸向約束力。離子的運(yùn)動模式是三種諧振運(yùn)動的疊加 [33]，包括：回旋頻率、磁控頻率和軸向頻率。不同質(zhì)10儲存環(huán)上開展的 fp 殼層豐質(zhì)子核素質(zhì)量測量

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本文編號：2831526