發(fā)布時(shí)間：2017-03-30 02:16

  本文關(guān)鍵詞：HIRFL-CSR上短壽命豐中子核素的精確質(zhì)量測(cè)量，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：原子核是由兩種費(fèi)米子  質(zhì)子和中子組成的量子多體系。質(zhì)量是原子核的基本屬性之一,它反映了在原子核內(nèi)部核子與核子之間強(qiáng)相互作用、弱相互作用和電磁相互作用的綜合效應(yīng)。因此原子核的質(zhì)量是理解原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及宇宙中元素的起源時(shí)不可缺少的信息。而對(duì)遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的奇異原子核的質(zhì)量測(cè)量嚴(yán)重受限于它們極小的產(chǎn)生截面和極短的壽命�；趦�(chǔ)存環(huán)的等時(shí)性質(zhì)量譜儀(Isochronous Mass Spectrometry,IMS)已被證明是測(cè)量這一類原子核的質(zhì)量的有效的工具。本文敘述了在蘭州重離子研究裝置(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL)中的實(shí)驗(yàn)環(huán)(experimental Cooler Storage Ring,CSRe)上開展的短壽命豐中子核素的首次質(zhì)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中,初級(jí)束流86Kr28+在主環(huán)(main Cooler Storage Ring,CSRm)中被加速至460.65Me V/u,然后轟擊15mm厚的9Be靶發(fā)生彈核碎裂反應(yīng),產(chǎn)生次級(jí)束流。反應(yīng)產(chǎn)生的短壽命豐中子核素被放射性束流線RIBLL2篩選提純之后注入到設(shè)置為等時(shí)性模式的CSRe中。利用安裝在CSRe中的一個(gè)飛行時(shí)間探測(cè)器(Time of Flight,TOF)探測(cè)器被用來(lái)測(cè)量這些離子在CSRe中的循環(huán)周期,并根據(jù)此時(shí)間信息來(lái)推算出相應(yīng)原子核的質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)中,CSRe的二極磁場(chǎng)強(qiáng)度受到供電系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定的影響會(huì)產(chǎn)生漂移,進(jìn)而降低了IMS的質(zhì)量分辨能力。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,我們針對(duì)磁場(chǎng)變化對(duì)所有離子的循環(huán)周期造成的影響近似相同的性質(zhì),創(chuàng)造性地提出加權(quán)平移方法,并應(yīng)用此方法修正了二極磁場(chǎng)強(qiáng)度漂移的影響,使得IMS的質(zhì)量分辨能力(m/?m)達(dá)到了8.2×104。在本次實(shí)驗(yàn)中我們重新測(cè)量了39個(gè)核素的質(zhì)量,提高其中16個(gè)核素質(zhì)量精度。通過(guò)與之前相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,發(fā)現(xiàn)其中兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果非常符合,其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果都有系統(tǒng)性的偏差。因此重新確定了52-54Sc和56Ti四個(gè)核素的質(zhì)量。我們的質(zhì)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在21Sc同位素鏈中N=32處存在一個(gè)明顯的殼層結(jié)構(gòu)。且其殼能隙強(qiáng)度與20Ca同位素鏈中相當(dāng)。本文中還利用已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究了等時(shí)性質(zhì)譜儀的性能特點(diǎn)。我們根據(jù)束流光學(xué)的六維傳輸理論模擬了離子在實(shí)驗(yàn)環(huán)中的的運(yùn)動(dòng),并重現(xiàn)了我們的之前開展的豐質(zhì)子核素58Ni彈核碎片等時(shí)性質(zhì)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,我們研究了在該次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量刻度過(guò)程中出現(xiàn)的系統(tǒng)性偏差的現(xiàn)象。通過(guò)模擬計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)引起質(zhì)量刻度系統(tǒng)偏差有兩個(gè)原因。第一個(gè)原因是離子的動(dòng)量分布的形狀不一致,第二個(gè)原因是不同的離子在TOF探測(cè)器中的能損不一致。這兩種因素的影響有時(shí)候會(huì)互相抵消減小系統(tǒng)偏差,而有的時(shí)候會(huì)增大系統(tǒng)偏差。為了消除系統(tǒng)偏差,并提高等時(shí)性質(zhì)譜儀的分辨能力,本文在最后提出了雙TOF等時(shí)性質(zhì)譜儀的具體測(cè)量方案,并首次提出了可行的數(shù)據(jù)處理方法。我們模擬了雙TOF等時(shí)性質(zhì)譜儀的實(shí)驗(yàn),并處理了模擬數(shù)據(jù)。我們的工作顯示雙TOF等時(shí)性質(zhì)譜儀不僅能夠提高質(zhì)量分辨能力而且能夠消除在單TOF等時(shí)性質(zhì)譜儀中出現(xiàn)的系統(tǒng)偏差,且雙TOF等時(shí)性質(zhì)譜儀的質(zhì)量分辨能力也主要由TOF探測(cè)器的時(shí)間性能決定。
【關(guān)鍵詞】：HIRFL-CSR 等時(shí)性質(zhì)量譜儀 原子核質(zhì)量 幻數(shù) 雙TOF探測(cè)器
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O571.2
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 目錄11-14
• 第一章 引言14-26
• 1.1 原子核質(zhì)量測(cè)量的意義14-16
• 1.2 原子核質(zhì)量測(cè)量的歷史及現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 質(zhì)量譜儀的發(fā)展簡(jiǎn)史16-18
• 1.2.2 質(zhì)量測(cè)量的方法18-19
• 1.3 同位素的產(chǎn)生與分離19-22
• 1.3.1 同位素的產(chǎn)生19-20
• 1.3.2 同位素的分離20-22
• 1.4 原子核質(zhì)量評(píng)估22-26
• 第二章 儲(chǔ)存環(huán)質(zhì)量譜儀工作原理26-38
• 2.1 離子在儲(chǔ)存環(huán)中的運(yùn)動(dòng)26-31
• 2.1.1 離子在儲(chǔ)存環(huán)中的橫向運(yùn)動(dòng)27-30
• 2.1.2 離子在儲(chǔ)存環(huán)中的縱向運(yùn)動(dòng)30-31
• 2.2 儲(chǔ)存環(huán)質(zhì)量譜儀工作原理31-33
• 2.3 HIRFL-CSR等時(shí)性質(zhì)量譜儀介紹33-38
• 2.3.1 HIRFL-CSR裝置介紹33-34
• 2.3.2 飛行時(shí)間探測(cè)器系統(tǒng)介紹34-38
• 第三章 數(shù)據(jù)處理38-64
• 3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置概述38-39
• 3.2 提取離子循環(huán)周期39-47
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)采集的原始數(shù)據(jù)39-40
• 3.2.2 原始信號(hào)的光滑降噪40-41
• 3.2.3 原始信號(hào)的定時(shí)41-45
• 3.2.4 離子循環(huán)周期的確定45-47
• 3.3 離子鑒別47-50
• 3.4 修正磁場(chǎng)晃動(dòng)的影響50-55
• 3.5 質(zhì)量刻度55-64
• 3.5.1 質(zhì)量刻度的方法55-59
• 3.5.2 質(zhì)量刻度可靠性檢驗(yàn)59-62
• 3.5.3 質(zhì)量刻度的結(jié)果62-64
• 第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及物理分析64-76
• 4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)量評(píng)估64-69
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整體評(píng)估64-66
• 4.1.2 與GSI的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較66
• 4.1.3 與TOFI的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較66-69
• 4.1.4 原子核質(zhì)量的重新評(píng)估69
• 4.2 相關(guān)物理討論69-76
• 第五章 等時(shí)性質(zhì)量譜儀的研究76-88
• 5.1 目前等時(shí)性質(zhì)量譜儀存在的問(wèn)題76-78
• 5.2 HIRFL-CSR的蒙特卡洛模擬78-80
• 5.3 造成等時(shí)性質(zhì)量譜儀的系統(tǒng)偏差的因素80-88
• 5.3.1 影響離子速度分布的因素82-84
• 5.3.2 造成系統(tǒng)偏差的各個(gè)因素的影響84-88
• 第六章 雙TOF等時(shí)性質(zhì)量譜儀的原理及模擬88-102
• 6.1 雙TOF等時(shí)性質(zhì)量譜儀的原理89-91
• 6.1.1 雙TOF等時(shí)性質(zhì)量譜儀的設(shè)置89
• 6.1.2 雙TOF等時(shí)性質(zhì)量譜儀的原理89-91
• 6.2 雙TOF等時(shí)性質(zhì)量譜儀模擬結(jié)果91-102
• 6.2.1 模擬的條件91-93
• 6.2.2 模擬的結(jié)果及討論93-102
• 第七章 總結(jié)與展望102-104
• 附錄A 最小二乘法104-108
• 表格108-110
• 插圖110-118
• 參考文獻(xiàn)118-130
• 簡(jiǎn)歷130-132
• 發(fā)表文章目錄132-134

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