兰州重离子加速器及热核和远离核实验研究

当代原子核物理的前沿是极端条件下原子核的研究.重离子核物理正沿着能量(激发能、核温度)、同位旋和自旋3个维度及非核自由度不断取得新的进展.与重离子物理的发展相适应,重离子加速器技术正在向更高能量、多种类放射性束和高品质(低能散和低发射度)束流3个方向发展.兰州重离子加速器(HIRFL)是加速低、中能重离子束流的回旋加速器系统(见图1).近年来在HIRFL上进行了炮弹碎裂(PF)型放射性束流线RIBLL和电子回旋共振(ECR)离子源的研制.这是HIRFL最重要的发展升级.利用HIRFL系统和其他实验装置,中国科学院近代物理研究所(IMP)在重离子物理关于热核和远离稳定线原子核前沿领域的实验研究中取得了重要进展.本文以PF型RIBLL和ECR离子源研制为重点,介绍HIRFL的最新发展;综述 HIR-FL上的中能重离子碰撞热核性质研究,包括轻粒子发射时标和发射源时空演化、三和四重碎片发射、复杂碎片发射机制、靶余核质量产额分布和相关衰变机制、热核限制性温度和不稳定核在平面和出平面发射等;本文还讨论近代物理研究所在HIRFL和高压倍加器强中子源及其他实验装置上远离稳定线新核素的合成,及远离核衰变性质和核结构研究的重要进     

原子核的分子现象

为了了解原子核的结构和性质,长期以来人们用电子、质子、中子和α粒子(氦原子核)等轻粒子去轰击各种原子核,通过对观测数据的分析逐渐认识到,许多原子核的结构类似于原子的球形壳层结构(核壳层模型),而另一些原子核的结构则具有明显的整体形变(核集体模型),近年来,由于重离子加速器在技术     

原子核电荷改变反应截面的测量及电荷半径

原子核是由强相互作用将核子(包括质子和中子)束缚而成的一个有限量子多体系统,是物质结构的一个重要微观层次,其尺度在费米量级.实验上,在不同能区开展的核反应是研究原子核结构和性质的重要手段.近年来,核反应研究的一个新的增长点是对奇特原子核开展电荷改变反应截面(charge-changing cross section, CCCS)的系统测量,探索可能存在的奇特结构和新奇现象.原子核电荷改变反应截面指的是炮弹原子核在与反应靶中原子核碰撞发生相互作用后,弹核中质子数减少的总概率,反映了参与反应的弹核和靶核之间的碰撞几何截面,可用于提取弹核的电荷半径.本文回顾了世界范围内原子核电荷改变反应截面测量的进展,内容从20世纪80年代末期放射性核束物理开始时的早期工作到远离稳定线丰中子原子核的最新进展;介绍了基于兰州重离子加速器装置(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, HIRFL)开展的研究工作,初步测量了30余个轻原子核的电荷改变反应截面,下一步计划开展sd壳原子核的系统测量,研究Z(N)=14、16处的壳层结构;讨论并分析了当前实验研究中的主要问题和拓展...     

封面说明

正原子核是物质结构的一个基本微观层次,核物理研究中的重大科学涉及核力以及核力管控核中核子的方式.定量地理解这些科学问题,需要构建不同特征的"核场所",沿着不同的"途径",采取不同的"方法"来探究原子核的特性.为此,现代核物理研究主要依托大型科学研究装置,采用先进的实验技术和方法来研究不稳定原子核的静态(核结构)和动态(核反应)性质.兰州重离子加速器研究装置HIRFL是我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到国际先进水平.     

基于HIRFL-CSR的原子核质量测量实验进展

质量是原子核最基本的性质之一,核质量数据被广泛应用于核结构及核天体物理等多个研究领域.短寿命原子核质量的高精度测量是核物理研究的前沿课题.基于兰州重离子加速器装置HIRFL-CSR(cooler storage ring of heavy ion research facility in Lanzhou),我们建设了先进的等时性质谱术,精确测量了一批短寿命原子核的质量,研究了核结构及核天体物理中的前沿科学问题.本文介绍了国际研究现状,回顾了冷却储存实验环(experimental cooler storage ring, CSRe)质量测量发展过程,综述了近期取得的一些代表性成果,并对未来工作进行了展望.     

原子核相对论密度泛函理论

随着世界范围内稀有同位素束流装置的发展,人们对原子核的认识从稳定核拓展至不稳定核.在不稳定原子核中涌现出许多新奇的物理现象,而研究这些现象是核物理领域的重要课题.过去几十年中,原子核相对论密度泛函理论取得了长足的发展,在描述和解释原子核各种性质方面取得了很大成功.本文介绍原子核物理中相对论密度泛函理论的基本概念,简要回顾相对论密度泛函的发展历史,阐述相对论密度泛函理论在描述原子核性质方面的优势和特点,主要讨论相对论密度泛函理论在原子核质量、手征进动以及裂变动力学方面的最新应用.最后,文章简要综述原子核相对论第一性原理计算的最新成果,这些成果为进一步构建微观普适的第一性原理相对论密度泛函奠定了基础.     

低能核辐射探测

低能核辐射指原子核衰变或反应时发出的辐射或粒子,包括电子、质子、中子、光子、中微子等基本粒子与氘核、氚核、α粒子、裂变碎片、碳离子、铁离子等各种原子核与重离子。核辐射通过介质时,会产生各种物理效应:电离、激发、原子移位、发射次级粒子、产生核反应等等,并导致某些化学变化。用核辐射探测器将这些变化记     

β衰变与同位旋对称性破缺

研究同位旋对称性破缺对于深入理解核力与核结构有着重要意义.我们在兰州重离子加速器国家实验室放射性束流线终端采用双面硅条与高纯锗组成强大的探测器阵列,精确测量sd壳质子滴线附近原子核β衰变性质,然后与其镜像核的衰变性质进行对比,系统性研究轻核区同位旋对称性破缺现象.     

稳定核素分布的整数律

一、新的原子核图原子核都由一定数目的质子和中子(统称为核子)组成。在以质子数Z、中子数N或质子数Z、核子数A为坐标的原子核分布图中,核素稳定区呈窄长条形,稳定线是一条斜度渐增的折线。这种图常需分幅绘制,使用不太方     

利用不稳定原子核的衰变研究核物质对称能的性质

对称能可表征核物质中质子和中子的同位旋不对称效应,在核物理和天体物理方面都具有非常重要的作用,例如会对原子核的质量、奇特原子核的结构与性质、重离子核反应的物理机制、中子星的结构与成分和冷却过程等产生重要影响.目前人们对核物质对称能关于密度的依赖行为了解得还不够清楚,尤其是在高于饱和密度区域,对称能的性质还存在很大的不确定性.研究表明,除了二阶对称能,四阶对称能也会对中子星的冷却过程产生重要影响,也会影响到中子星壳的内侧边缘的具体位置等,进而影响到中子星的结构性质.利用Hugenholz-van Hove(HVH)基本定理,对称能的性质可以直接与核子单粒子势联系起来.不稳定原子核的衰变可以用于提取核子单粒子势的相关性质,也可以用于研究核物质对称能的密度依赖行为.     

113,115,117和118号超重元素的推荐命名和超重原子核的研究

正超重元素和原子核的理论和实验研究,是数十年来原子核物理和核化学最重要、最引人注目、竞争最为激烈的前沿之一[1,2].新超重元素的发现,已将门捷列夫元素周期表第7行右端存在的空缺填满,并为20世纪60年代提出的超重稳定岛的理论预言提供了实验证据.该理论预言,在核素图上跨过不稳定海洋,在中子数N=184和质子数     

质子发射核结构研究进展

关于远离β稳定线的原子核的研究是当前原子核结构领域的一个重要前沿.质子发射现象是远离β稳定线的原子核的一种重要衰变模式,可以为研究质子滴线附近的原子核性质提供宝贵的信息.现代实验技术已经能够比较深入地研究极端条件下的原子核结构情况,许多最新实验结果为人们理解奇特原子核的性质起到了重要作用.本文试图综述近年来国际上关于质子发射核研究的进展,旨在为质子发射核结构研究提供一些参考.     

轻核中多粒子关联的一些基本结构

六十年代以来,一系列实验事实告诉我们,原子核内核子之间的关联是有规律的,存在着一些基本的结构。例如,原子核的奇偶质量差及偶-偶核单粒子激发能谱的能隙现象反映了同类核子之间的对关联结构。这就是大家熟知的原子核的超导现象。近年来,随着重离子反应研究的进展,人们对核内n-p关联的重要性有了进一步的认识。我们知道,原子核内两个质子、两个中子结合得特别紧,一系列球形     

中高能重离子碰撞中奇异粒子产生和超核形成机制

中高能重离子碰撞可以形成大于饱和密度的核物质状态.高密核物质中奇异粒子成分影响核物质状态方程.重离子碰撞是产生丰中子超核的唯一途径.本文评述了中高能重离子碰撞中奇异粒子研究最新进展,讨论了在我国强流重离子加速器(HIAF)上开展核物质状态方程和丰中子超核研究的可行性.基于兰州量子分子动力学模型,以反应系统~(58)Ni+~(58)Ni和~(197)Au+~(197)Au为例,分析了阈能附近奇异粒子产生动力学和高密核物质状态方程;系统研究了Λ超核形成动力学机制并给出了超核的质量、电荷、动能分布和动能谱;讨论了核物质状态方程和碰撞中心度对奇异粒子产生和超核形成的影响.研究结果表明,K介子在高动能部分产额可以提取高重子密度下核物质状态方程;Λ超子与核子相互作用势会影响超核的形成,如吸引的相互作用势有利于超核的形成;重离子碰撞有利于形成轻质量区超核并且碰撞中心度对超核的形成有重要影响.     

帶电粒子加速器的种类特性和用途

一总论 (一) 加速器应用的一般介紹 “帶电粒子加速器”是用人工方法使带电粒子受电磁场作用而加速达高能量的裝置,一般簡称为“加速器”,其用途很广: 1.首先在原子核物理领域,常要求从加速器中得到高能粒子作为核彈去轟击各种原子核。主要进行的工作有以下三方面: (1) 核反应工作; (2) 核結構問题的研究; (3) 核力問題的研究。通常作为核彈的粒子有五种:a(氦核_2He~4),d(重氫核_1H~2)、p(氫核_1H~1)、中子(_0n~1)和光子(γ)。后兩种核彈不帶电,虽不能直接由加速器获得,但可以通过帶电粒子的核反应間接地得到。例如氘核与氘核作用放出中子,电子射綫遇到其他物質則放出γ射     

北京大学重离子物理研究所40年发展历程

<正>北京大学重离子物理研究所是在北京大学原技术物理系的基础上发展起来的.北京大学技术物理系成立于1955年(初期称物理研究室),是我国第一个核科学研究和人才培养基地,几十年来为国家培养了5000多名核科学技术人才. 20世纪80年代初,针对当时核科学与技术的发展形势,北京大学酝酿成立重离子物理研究所,     

细推万物理,一字亦当核

<正>北京大学重离子物理研究所创建于1983年5月,是在北京大学原技术物理系(成立于1955年)的基础上发展起来的. 2007年,整合重离子物理研究所和技术物理系的主要力量,原重离子物理教育部重点实验室升级成为核物理与核技术国家重点实验室,重离子物理研究所及技术物理系成为该重点实验室的主要依托力量.     

流体热力性质统一三参数通用计算图

流体热力性质的重要性及其计算的复杂性促使人们对热力性质的计算进行研究与探讨.在各种计算方法中,利用通用计算图进行计算是一种工程上常用的方法.然而以往文献所提供的通用计算图(如以T_r 为参数,以p_r 为横坐标的偏差函数图、逸度系数图、压缩因子图等)都没有从各种热力性质间的内在联系上进行分     

兰州重离子加速器研究装置HIRFL

兰州重离子加速器装置HIRFL是目前我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到国际先进水平,是世界上几个重要的核物理研究设施之一.HIRFL由ECR离子源、扇聚焦回旋加速器SFC、分离扇回旋加速器SSC、放射性束流分离线RIBLL1和RIBLL2、冷却储存环主环CSRm和实验环CSRe等主要设施组成.HIRFL具有加速全离子的能力,可提供多种类、宽能量范围、高品质的稳定核束和放射性核束,用以开展重离子物理及交叉学科研究.本文重点介绍了兰州重离子加速器装置HIRFL的发展现状以及取得的系列成果,同时对国内外重离子加速器装置的发展现状做了简要介绍.     

“原子核物理学”

随着科学技术的迅速发展,原子核物理学已从第二次世界大战后的一门新兴学科扩展为一个广阔的、重要的科学领域了。它不仅是人类进一步认识物质微观结构的起点,并且也是和平利用原子能的基础。本书对这门学科作了比较全面而系统的论述,是既可供一般科学研究工作者参考,又可充当高等学校教材的综合性专著。本书的内容是以低能原子核物理学为主,书内详尽论述了原子核的一般性质、放射性、核力、核模型和核反应等等。如所周知,原子核物理的历史是从放射性的发现开始的,并且今天的许多研究工作也还是与放射性分不开的。因此,这方面的资料