發(fā)布時(shí)間：2017-12-18 04:00

  本文關(guān)鍵詞：HIRFL-CSR上短壽命核素質(zhì)量的精確測(cè)量

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【摘要】：質(zhì)量是原子核的基本性質(zhì)之一。高精度原子核質(zhì)量測(cè)量在原子核結(jié)構(gòu)和核天體物理等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。從第一臺(tái)質(zhì)譜儀誕生起,原子核質(zhì)量測(cè)量的方法已經(jīng)發(fā)展了100多年。隨著加速器技術(shù)的發(fā)展和放射性束流線的建設(shè),大量新的高精度質(zhì)量測(cè)量方法不斷發(fā)展出來(lái),包括Penning trap和儲(chǔ)存環(huán)等。在蘭州重離子研究裝置冷卻儲(chǔ)存環(huán)HIRFL-CSR投入使用后,實(shí)驗(yàn)環(huán)(CSRe)上的等時(shí)性質(zhì)譜儀(IMS)被用來(lái)測(cè)量半衰期最短為幾十微秒的奇異核的質(zhì)量。本論文的工作包括了在CSRe上完成的兩次IMS實(shí)驗(yàn)：78Kr和58Ni碎片等時(shí)性質(zhì)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中IMS的最高質(zhì)量分辨能力(m／Δm)約為2×105 (FWHM),與國(guó)際上同類裝置水平相當(dāng),達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。論文前半部分介紹了原子核質(zhì)量測(cè)量的歷史,等時(shí)性質(zhì)量測(cè)量的原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)置,以及之前采用的數(shù)據(jù)處理方法。后半部分對(duì)數(shù)據(jù)處理中存在的一些問(wèn)題提出了具體的解決方案,對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的質(zhì)量結(jié)果進(jìn)行了討論,并初步分析了相關(guān)的物理。本論文的亮點(diǎn)主要包括：·新磁場(chǎng)修正算法。在IMS實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)環(huán)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)環(huán)中二極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度影響很大。而磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化會(huì)降低IMS對(duì)循環(huán)周期的分辨能力,從而降低目標(biāo)核的質(zhì)量精度。針對(duì)磁場(chǎng)變化會(huì)近似使循環(huán)周期譜發(fā)生整體平移的性質(zhì),我們研究出了加權(quán)平移法,并使用新的算法重新處理了78K.r和58Ni實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。在不引入額外系統(tǒng)誤差的前提下,新方法盡可能地消除了磁場(chǎng)漂移對(duì)離子循環(huán)周期的影響。對(duì)于等時(shí)性區(qū)間內(nèi)的離子,新方法可以得到了更高的質(zhì)量精度。加權(quán)平移法還可以用來(lái)在線監(jiān)控儲(chǔ)存環(huán)的轉(zhuǎn)變點(diǎn),這有助于提高束流時(shí)間的利用率。該算法是當(dāng)前等時(shí)性質(zhì)譜儀中修正磁場(chǎng)晃動(dòng)對(duì)離子循環(huán)周期影響的最優(yōu)算法,而且可能還適用于其他領(lǐng)域中物理量的相對(duì)測(cè)量。·利用平均信號(hào)幅度的離子鑒別。在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)TOF探測(cè)器上獲取到的離子平均信號(hào)幅度與離子在碳膜上的能損有關(guān),因而與離子的電荷態(tài)有關(guān)。這個(gè)性質(zhì)被用來(lái)鑒別荷質(zhì)比相近但電荷態(tài)相差較大的離子。利用環(huán)中離子的平均信號(hào)幅度可以成功地鑒別34Ar和51Co離子,從而首次在實(shí)驗(yàn)上給出了51Co的質(zhì)量和誤差。該方法是對(duì)儲(chǔ)存環(huán)上離子鑒別方法的有效補(bǔ)充,具有普遍的適用性。·fp-shell中的同位旋不守恒力。利用78Kr和58Ni實(shí)驗(yàn)中確定的同位旋第三分量Tz=-1/2,-1,-3/2的缺中子核質(zhì)量,我們研究了fp-shell中鏡像核的庫(kù)侖位移能(CDE)和同位旋三重態(tài)位移能(TDE)。理論研究表明,在fp-shell中殼模型的計(jì)算必須考慮同位旋不守恒相互作用,才能解釋實(shí)驗(yàn)得到的庫(kù)侖位移能。·fp-shell中IMME公式的檢驗(yàn)。利用58Ni實(shí)驗(yàn)得到的一系列Tz=-3/2的原子核質(zhì)量,我們檢驗(yàn)了IMME公式在f7/2-shell的適用性,發(fā)現(xiàn)A=53,T=3/2同位旋四重態(tài)的質(zhì)量無(wú)法用二階IMME公式描述,其三次項(xiàng)系數(shù)與0的偏差超過(guò)3σ。目前沒(méi)有理論可以解釋該現(xiàn)象。更進(jìn)一步的的研究顯示53Co同位旋相似態(tài)的激發(fā)能需要重新測(cè)量,以確定A=53的同位旋四重態(tài)質(zhì)量無(wú)法用二階IMME公式描述�！るp幻核56Ni附近的質(zhì)子中子相互作用。利用78Kr實(shí)驗(yàn)得到的56Cu的質(zhì)量,以及58Ni實(shí)驗(yàn)中確定的55Cu的質(zhì)量,我們研究了雙幻核56Ni附近奇奇核的p-n相互作用強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)在N=Z=28殼層附近δVpn的值存在“交叉”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可以用價(jià)核子空間波函數(shù)的重疊解釋。目前,其它已知的存在這種現(xiàn)象的雙幻核只有208Pb和i32Sn,而Z=28是所有存在這種現(xiàn)象的最小的幻數(shù)。·雙TOF等時(shí)性質(zhì)譜儀的基本原理。由于IMS的系統(tǒng)偏差主要是次級(jí)離子的動(dòng)量分散引起的,為了解決這一問(wèn)題,我們提出了雙TOF等時(shí)性質(zhì)量測(cè)量方法。原則上,兩個(gè)TOF探測(cè)器測(cè)得的離子速度可以用來(lái)對(duì)離子的軌道(或磁剛度)進(jìn)行修正,從而提高IMS的循環(huán)周期的分辨能力。本文初步討論了在實(shí)驗(yàn)環(huán)中,離子的速度,軌道和周期的相互關(guān)系,并給出了用離子速度對(duì)循環(huán)周期.進(jìn)行修正的可行算法。本文對(duì)雙TOF實(shí)驗(yàn)中其它可能遇到的問(wèn)題也給出了解決方案。這種新的測(cè)量方法還需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O571

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本文編號(hào)：1302696