轻丰中子核的奇特结构研究进展

不稳定核的奇特结构,例如集团结构、闯入态等,是放射性核束物理研究的热点方向之一.直接核反应实验是研究丰中子核奇特结构的重要手段之一.本课题组自主研发了适用于放射性束流在质子和氘靶上发生直接核反应实验研究的带电粒子探测阵列.利用该高精度、大立体角、模块化、多用途的探测阵列,我们在轻丰中子核的奇特结构实验研究方面取得了一系列重要进展:从实验上确认了¹⁴C的π型线性链状分子转动带;发现了丰中子核¹⁶C的π²σ²构型线性链状分子结构,¹⁴C的一个共振态可能有“3α呈线性排列”的线链超形变结构.我们定量研究了¹²Be、¹³B等N=8附近丰中子核的s波和d波闯入强度,结果表明:¹²Be基态中s波占19%,远远小于¹¹Be(～80%),而d波成分却高达57%,是主要的闯入成分;¹³B基态中的s(d)波闯入成分约为12%(5%),处于从Be到C的过渡.     

质子滴线核17F在近库仑势垒能区的反应机制研究进展

质子滴线核在近库仑势垒能区的反应机制研究是当前核物理领域的热点问题.本文对国内外开展的~(17)F在近库仑势垒能区的实验研究进行了回顾和总结.为了深入探索~(17)F的反应机制,本课题组相继开展了~(17)F+~(12)C,~(89)Y和~(208)Pb的弹性散射研究以及~(17)F+~(58)Ni的全反应道研究.目前的弹性散射研究表明,在大范围的靶区内,~(17)F的破裂连续态对弹性散射的耦合效应并不显著.对于破裂反应,在近垒能区只有~(17)F+~(58)Ni体系的细致研究.研究表明,去弹破裂是主要的~(16)O产生机制.而对于熔合反应,目前只有~(17)F+~(58)Ni和~(208)Pb两个体系的实验结果.~(17)F+~(58)Ni体系在垒下表现出明显的总熔合截面增强现象.理论计算表明,这种增强主要是由~(17)F连续态的耦合效应导致.而对于~(17)F+~(208)Pb,其总熔合激发函数与~(19)F+~(208)Pb基本相同.~(17)F+~(58)Ni和~(208)Pb体系熔合激发函数的差异还需要进一步研究.     

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...     

近库仑位垒重离子熔合反应动力学的系统研究

近库仑位垒重离子俘获与熔合是一个典型的多自由度耦合的位垒穿透过程.理论上,解耦合道方程可以描述多维位垒穿透问题.在本征道的理论框架下,多自由度的耦合会使单个位垒劈裂成一系列的分立位垒.基于位垒分布的思想,发展了一个经验的耦合道模型,系统地研究了220个反应体系的俘获激发函数.在该模型中,相对运动和内禀自由度的耦合效应及中子转移效应一并包含在一个非对称的高斯型位垒分布函数中.基于特定的核-核相互作用势,提出了计算位垒分布函数参数的经验公式.结果表明:本文发展的经验耦合道模型能够系统地描述近库仑位垒能区的俘获截面.该经验耦合道模型不仅能够解释俘获动力学中的重要现象,还有望对合成超重核的反应体系的俘获激发函数提供理论预言.本文将简要地评述描述近库仑位垒重离子俘获反应的相关模型,介绍经验耦合道模型,并基于该模型讨论振动耦合、转动耦合及中子转移效应对俘获截面的影响.     

丰中子锂同位素的Gamow壳模型计算

对丰中子锂同位素^7～10Li进行了现实核力Gamow壳模型计算,研究了同位素链接近中子滴线区的弱束缚和非束缚核的性质,并探讨了单粒子能级中能量高于费米面的连续谱对弱束缚核的低激发能级及其衰变性质的影响.本文从现实核力CD-Bonn势出发,在由质子轨道0p_3/20p_1/2与中子轨道0p_3/20p_1/2,及p_1/2分波中更高能量的连续谱轨道构成的模型空间内开展Gamow壳模型计算,得到同时具有激发能量与能级共振宽度物理意义的复本征能量.计算结果表明,现实核力Gamow壳模型能同时对稳定束缚以及弱束缚的原子核给出准确的激发能级以及高于核子发射阈值的共振能级的共振宽度.在对¹⁰Li的计算中,现实核力Gamow壳模型计算证实了连续谱效应在弱、非束缚核能谱中具有重要的影响.另外,对于弱、非束缚核能级的共振宽度,现实核力相比唯象核力在Gamow壳模型计算中能够给出与实验结果更为吻合的结果,说明对于弱、非束缚原子核,基于拟合稳定核性质的相互作用存在一...     

放射性核素标记的硼携带剂

硼中子俘获治疗（boron neutron capture therapy,BNCT）面临的严峻挑战之一就是缺少精确的剂量测算体系.核素成像是一种非侵入且能提供体内硼携带剂分布的技术.本文介绍了核素成像中硼携带剂的放射性核素标记方法的研究进展.¹⁸F标记的4-硼-L-苯丙氨酸(¹⁸F-BPA)最早是由亲电取代法制备的,也是研究最多的一种放射性标记的硼携带剂.研究表明,BPA和¹⁸F-BPA在正常组织/器官中具有相似的药代动力学.[¹⁸F]-FBPA也可以从高价碘叶立德前体进行亲核氟化反应得到,该方法标记时间较短,比活度高.作为靶向肿瘤的正电子发射断层扫描显像剂,¹⁸F标记的含硼酪氨酸衍生物([¹⁸F]-FBY)可以通过同位素交换法非常高效地制备.利用亲电碘化反应可以对巢式和闭式的碳硼烷进行放射性碘(¹³¹I和¹²⁵I)的标记.利用同位素交换反应也可以实现放射性碘标记碳硼烷衍生物,但是标记产物比活度较低.在水溶液中...     

丰中子区近132Sn原子核的壳演化研究进展

弱束缚区原子核传统幻数的消失和新幻数的产生一直是放射性核束物理的前沿研究方向.近年来,基于世界各地大科学装置的研究已经积累了丰硕的成果.在远离稳定线的轻丰中子区,人们已经发现8,20,28传统中子幻数的消失和新中子幻数14,16,34等的出现.在中重丰中子区,已有的实验和理论研究显示,50和82传统中子闭壳随着中质比的增大,有减弱直至消失的趋势.利用日本理化学研究所的放射性束流装置,我们开展了对~(123)Pd和~(125)Pd核的β衰变实验研究,在衰变子核~(123)Ag和~(125)Ag的低激发能区发现了具有β放射性的同核异能态.利用新发现的同核异能态,讨论了奇质量Ag同位素核中由πg_(9/2)和πp_(1/2)两个轨道形成的Z=40亚闭壳能隙在N=82附近的演化,发现在N=82处,Z=40亚闭壳能隙可能存在明显的减小.为进一步了解壳演化的微观机制,使用包含张量力的壳模型计算了这个质量区单粒子轨道的演化.结果显示,相比于N=50处,Z=40亚闭壳能隙在N=82处存在明显的减小,张量力对Ag同位素中πg_(9/2)和πp_(1/2)轨道以及Z=40亚闭壳能隙在接近N=82时的演化起到非常重要的作用.     

北京丰中子束流装置及其应用前景

放射性核束物理和核天体物理是国际核物理研究的前沿,关键科学问题包括:壳演化和新幻数、原子核的中子稳定极限(中子滴线)、超重新元素的合成、原子核的晕结构、新的衰变模式、宇宙中铁以上重元素的核合成机制等.为了解决这些关键科学问题,世界各国都投入大量人力物力建造可以用来产生放射性核束的大型实验装置.综述了国内外已有、在建和计划中的核物理不稳定核束装置情况,并介绍了新一代装置——北京丰中子束流装置(BISOL)的设想.BISOL装置计划采用反应堆和强流氘加速器双驱动源,综合在线同位素分离和炮弹碎裂两种成熟技术,可产生比国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流,同时通过建设强流氘加速器,提供国际最强的加速器中子源之一,以此为基础大力推进核能系统材料研究.     

A～60和A～80质量区原子核磁转动研究进展

近年来,人们在很多原子核中发现了具有强M1跃迁、较弱E2跃迁的磁转动结构,这已经成为原子核高自旋态的研究热点.通过在束γ谱学实验,北京大学实验核物理研究组在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器和南非iThemba国家实验室回旋加速器上先后开展了对A～80和A～60质量区原子核磁转动结构的研究.在⁷⁵As、⁷⁹Se和⁶²Cu核中发现了高激发磁偶极带结构,利用基于协变密度泛函理论的倾斜轴推转模型分析了它们的结构特点.研究表明,⁷⁵As和⁷⁹Se核中磁偶极带的角动量形成机制不同于传统的磁转动剪刀机制,随着转动频率的增加,它们只有中子角动量J_ν向总角动量方向出现了较大角度的闭合,而质子角动量J_π基本上保持不动,总角动量的倾斜角出现了一个较大的变化(向x轴方向闭合).这种只有一个剪刀片闭合的角动量形成机制被形象地称为订书机机制.     

用于不稳定原子核研究的共线激光谱仪研制进展

不稳定原子核的基本性质是研究核结构的重要探针之一,有助于我们理解丰中子/丰质子核中出现的新奇物理现象,也是检验和发展核理论模型的重要依据.利用精密激光谱学技术测量核外电子的超精细结构光谱,可以精确提取不稳定原子核基态和长寿命同核异能态的自旋、磁矩、电四极矩和电荷半径等多个基本性质.本文简单介绍了国际上激光谱学技术的发展现状和超精细结构光谱的测量原理.在此基础上,详细介绍了在我国研制的基于荧光探测的共线激光谱系统及近期的优化升级现状.通过测量Ti原子和Ca离子的高分辨共振谱,有效验证了共线激光谱设备的整体性能.最后,结合我国现有和发展中放射性核束装置的物理目标,提出进一步优化升级激光谱技术,提高其分辨率和灵敏度,并用于不稳定核研究的计划.     

零温度和有限温度下原子核的中子皮厚度

中子皮厚度是研究原子核内质子和中子性质差异,尤其是分布差异的重要物理量,一直受到人们的重视,在零温度情况下(原子核为“冷核”),实验上通过分析质子弹性散射和α散射数据来确定中子皮厚度,但中子分布是很难精确测定的,由此得到的中子皮厚度的差别很大,在有限温度情况下(原子核为“热核”),由于热核的亚稳定性,在实验上很难通过分析实验数据来确定中子皮厚度,因此,迫切需要从理     

重离子核物理

所谓重离子就是指一切质量大于氦核的原子核的总称.重离子核物理乃是利用能量接近或超过靶核库仑位垒的炮弹轰击各种原子核,从而研究原子核的结构性质、衰变性质和原子核反应规律的一门学科.它是原子核物理的重要分支,而且是当代原子核物理的一个十分活跃的前沿阵地. 为了识别原子核,人们习惯于把各种原子核按其组成的中子数(N)、质子数(Z)标绘在核素图上(见图1).天然存在的稳定同位素,图中用黑方块表示,大致分布在一条很窄的斜线上,称为β稳定线.这些核素     

HIRFL-CSR气体内靶核反应研究进展

近年来,基于重离子冷却储存环气体内靶,在逆运动学下,发展出了开展轻粒子诱发直接核反应的新实验技术.该技术弥补了常规实验的一些缺陷,具有低动量灵敏、高探测效率和低本底的特点,适合于开展物理化学性质易变材料和放射性同位素的研究.本文介绍了国际上该类研究的现状,阐述了2016年以来中国科学院近代物理研究所依托大科学装置兰州重离子冷却储存环(cooler-storage ring at the heavy ion research facility in Lanzhou, HIRFLCSR)开展气体内靶核反应研究取得的进展,着重描述了储存环气体内靶核反应谱仪关键探测单元的研发和利用谱仪开展的首次质子在~(58)Ni上的低动量转移弹性散射实验.最后,介绍了开展碱金属~(133)Cs核物质密度分布半径测量的意义,以及未来HIRFL-CSR气体内靶核反应谱仪的研究方向.     

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.     

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     

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.     

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.     

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     

现代核物理研究前沿和新机遇

正原子核是由质子和中子构成的量子多体系统,是物质结构的一个基本微观层次.经过逾一个世纪的科学研究,人们已经发现并认识了许多核现象,这些核现象深化了人类对微观物质结构的认知.同时,以核电站和放射性医疗为代表,核物理研究对社会经济发展也作出了重大贡献.尽管核物理实验和理论研究取得了巨大成就,但是,从纯科学的角度讲,核层次中面临的重大科学问题依然没有得到彻底解决,例如,将核子结合在一起的核力是什么?它是如何管控着核中的核子?为了定量地理解这个重大科学问题,必须构建或创立不同特征的"核场所",     

π子和核结构

最近的实验表明,π子可用来研究核的大小和形状的细节,从而有可能成为研究核结构的一种新的强有力的工具。这种方法是,在π子-核子的(3,3)共振区(即量子数相当于角动量为3/2、同位旋为3/2的共振),比较正负π子的散射。负π子和中子、正π子和质子的共振振幅比负π子和质子、正π子和中子的共振振幅大三倍。于是通过振幅测量,有可能查明原子核各部分的中子和质子的相对数。