CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2020年
质子诱发的原子核巨偶极共振模式研究及丰质子核~(23)Si的β缓发(双)质子衰变实验研究
王康
Subtype博士
Thesis Advisor沈文庆
2019-06-01
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Place of Conferral中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Keyword质子俘获 巨偶极共振 丰质子核~(23)Si β缓发(双)质子衰变
Abstract原子核物理作为人类认识世界本质的重要学科,一直都是物质科学的最前沿,对人类的生存和文明的发展有重大影响,是决定国家的综合国力和国际地位的重要因素。然而人们至今对于原子核结构、性质及核动力学等仍有非常多疑惑,因此国内外大量科研人员在理论和实验上对核物理进行研究,主要集中在核物质状态方程、核多体动力学、放射性核束物理、核天体物理等方面。在核物质状态方程和核多体动力学研究方面,同位旋矢量的巨偶极共振GDR(Isovector Giant Dipole Resoance,GDR)是近年来研究的热点之一。GDR可以看作原子核内质子和中子之间的相对集体震荡,几乎所有的原子核都具有这种集体运动模式,GDR的能谱参数可以提取最可靠的核结构和核多体动力学性质的信息,因此被作为核物理性质研究的有效探针。GDR的能谱参数主要包括峰值能量,共振强度,以及共振宽度。其中峰值能量与原子核质量数、核物质状态方程和对称能直接相关;共振强度在能量加权求和规则中占很大百分比;而共振宽度与原子核自旋、温度和激发能等有关,尤其是共振宽度在温度较高时是否饱和,目前仍存在争议,也是我们研究的主要对象。本文第一部分,我们利用拓展的量子分子动力学模型EQMD(Extended Quantum Molecular Dynamics model,EQMD)模拟质子俘获反应~(11)B(p,γ)~(12)C,~(27)Al(p,γ)~(28)Si,~(39)K(p,γ)~(40)Ca以及~(67)Co(p,γ)~(68)Ni诱发~(12)C、~(28)Si、~(40)Ca、~(68)Ni等一系列核素的GDR,研究其能谱参数的依赖性。计算结果表明,不同反应体系下GDR的峰值能量与熔合核的质量数呈负相关,且其下降程度与熔合核质量数也呈负相关;共振强度随质子入射能量提高先增大后减小;相较于质子入射能量,共振宽度则与熔合核温度的依赖性更加明显,在温度低于1.5 MeV时几乎保持不变,在1.5 MeV-3.5 MeV之间时,共振宽度随温度提高而急剧增加,与之前理论和实验的研究结果相一致,而在温度高于4 MeV时,我们的计算结果支持GDR共振宽度趋于饱和。在放射性核束物理中,远离β稳定线的奇异核展示出了许多不同于稳定核素的性质,尤其是对于其衰变模式的研究,可以获得很多关于能级位置、能级宽度、能级密度、自旋、宇称、原子核质量等核结构信息,拓展了传统核物理的研究领域,对壳模型等理论提供补充和验证,是当前的研究热点之一。~(23)Si是最轻的T_z=-5/2的丰质子核,其可能具有β缓发质子衰变、双质子衰变、三质子衰变、质子α粒子衰变等多种奇异衰变模式,它的衰变性质是精确计算其原子核质量的重要依据,对验证壳模型理论也有重要作用。1986年Langevin等首次通过~(40)Ca的碎裂反应生成并观测到~(23)Si。之后在1997年Blank等首次研究了~(23)Si的衰变现象,得出了~(23)Si的半衰期和衰变带电粒子能谱,并通过与壳模型理论计算结果的比较,他们分析认为~(23)Si发生了β缓发双质子衰变,然而他们并没有观测γ射线,因此未能直接从实验结果上证明这一现象,这也正是我们实验的主要目的。本文的第二部分,我们在兰州放射性束流线装置上利用75.8 MeV/u的~(28)Si~(14+)主束轰击1980μm的~9Be初级靶,通过弹核碎裂法生成目标核~(23)Si,之后使用硅探测器阵列和高纯锗探测器阵列通过注入-衰变方法研究其衰变现象,测量了~(23)Si的带电粒子能谱和γ射线能谱。最终我们分析得出了~(23)Si的β缓发粒子衰变的分支比以及~(23)Si的半衰期(40.17±1.86)ms,与之前Blank的研究结果一致。除此之外,我们新发现了一个位于3811 keV的βp衰变能量峰以及与之对应的新的衰变能级,并首次通过双质子衰变能谱与γ射线能谱的关联直接确认了~(23)Si具有β缓发双质子衰变到~(21)Na第一激发态的衰变模式。不过受限于统计量和探测效率,同Blank的结果一样,我们也未能观测到~(23)Si可能具有的β缓发三质子衰变和质子α粒子衰变等更奇异的衰变模式。
Pages129
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/31254
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2020年
Recommended Citation
GB/T 7714
王康. 质子诱发的原子核巨偶极共振模式研究及丰质子核~(23)Si的β缓发(双)质子衰变实验研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2019.
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