基于HIRFL-RIBLL1装置的放射性核弹性散射和破裂反应研究进展

放射性核束物理是当前核物理研究的重点领域之一,直接核反应是研究放射性核的反应机制和奇特结构的重要方法.本文回顾了近年来在HIRFL-RIBLL1上开展的放射性核的弹性散射和破裂反应研究,并介绍了国际上的研究现状.通过对典型中子晕核¹¹Be和质子滴线核⁸B在高于库仑势垒能区弹性散射的系统性比较研究,明确了即使在3倍库仑势垒附近的能区,破裂反应道仍然会对丰中子核的弹性散射道有强烈的耦合效应.研究表明,与入射能量相比,破裂反应对其他反应道耦合效应的强弱对奇特核的核结构更加敏感.此项研究加深了学界对放射性核反应动力学的认识.无论是丰中子核还是丰质子核,去弹破裂都在破裂反应中起到重要的作用,尤其在大角度范围内.总体而言,丰质子核的破裂截面明显小于丰中子核.同时理论研究表明,紧密束缚核的破裂反应主要来自去弹破裂的贡献,对破裂反应机制的理解还需要开展进一步的实验研究.     

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.     

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.     

α转移机制的研究

最近,文献[1]完成了~(16)O+~*(24)Mg弹性散射全角度微分截面的测量,实验结果在大角度区呈现出振荡上升的反常现象,理论计算表明,     

H2+OD→H+HOD反应的量子动力学研究

含时量子波包理论因其计算量小而在原子分子反应散射的动力学计算中得到了广泛的应用,对于由4个或更多原子组成的道数较多的体系,更能显示出含时方法计算小的巨大优越性,本文就利用这一理论对H_2+OD→H+HOD反应进行计算,此反应体系共有6个自由度,但因存在一个非反应的观察者OD键,在动力学计算中没有必要精确处理该键的键长坐标,而是采用势平均五维(PA5D)模型.通过Fourier变换将含时波函数变为不含时波函数,进而可从单一波包传播中抽出许多能量确定的反应几率.文中最后给出了H_2+OD→H+HOD反应初态确定的反应几率、反应截面及速率常数.1 计算方法对双原子-双原子反应AB+CD→A+BCD,其中CD是一观察者键,将其振动作绝热处理,则给定总角动量J的PA5D Hamilton在Jacobi坐标系(图1)中山表示为H=H_0+V_(rot)+V(R,r_1,θ_1,θ_2,(?)),(1)其中H_0=-((?)~2/2μ(?)~2/(?)R~2)-((?)~2/2μ_1(?)~2/(?)r_1~2)+V_1(r_1)+B_v_(20)j_2~2(2a)Jacobi坐标系     

F+H2化学反应中的动力学共振以及氢分子转动的影响

化学反应共振态是长期以来备受关注的化学反应动力学研究课题, 对于理解基元化学反应的机理有着重要的意义. 本文介绍了最近我们在这一研究方向的重大进展. 通过对F+H₂化学反应的全量子态分辨的分子束反应散射实验研究, 观测到了F+H₂中反应中明显的反应共振现象. 通过高精度的全量子散射动力学研究, 发现这一共振现象是由两个动力学共振态所引起的, 而且这两个动力学共振态之间在前向散射有明显的量子干涉效应. 这项研究工作使得对这一重要基元反应中的化学反应共振态的研究向前迈进了一大步. 此外, 还进一步在实验和理论上研究了氢分子转动对动力学共振的影响, 并且观测到了F+H₂ (j = 1)反应的动力学共振现象.     

重离子耗散撞同位素产物截面涨落的首次观测

近年来,在重离子耗散碰撞激发函数的测量中发现了一种新的截面涨落结构.一系列的实验已经证实,对于质量数A_1+A_2(?)100的较轻的核反应系统,这一现象具有普遍性,理论工作者也以极大的兴趣发展了好几种模型,解释并拟合了部分实验结果.这种研究提供了探讨双核系统的平均寿命、转动周期以及时间-空间分布性质的新方法.当前,理论与实验研究都十分活跃.最近,我们在北京原子能科学研究院的HI-13串列静电加速器上完成了~(19)F+~(51)V耗散反应类弹产物激发函数的测量,入射能量`从102.25 MeV到109.50MeV,步长250keV,     

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.     

二甲基亚烷基卡宾与丙酮环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰和密度泛函理论研究了单重态二甲基亚烷基卡宾与丙酮的环加成反应机理, 采用MP2/6-31G^*和B3LYP/6-31G^*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量. 结果表明, 反应(1)的b途径是单重态二甲基亚烷基卡宾与丙酮环加成反应的主反应通道. 该反应途径由两步组成: (ⅰ) 两反应物首先生成了一富能的中间体INT1b, 它是一无势垒的放热反应, 放出的热量为23.3 kJ/mol, (ⅱ) 中间体INT1b通过过渡态TS1b异构化为三元环产物P1, 其势垒为22.2 kJ/mol. 该反应途径与其竞争反应的反应速率相差较大, 具有很好的选择性. 从热力学和动力学的角度综合分析, 该反应在1大气压(101325 Pa)下, 温度为300~800 K时进行为宜, 如此, 反应既有较大的自发趋势和平衡常数, 又具有较快的反应速率.     

碳酸脱氢酶催化中质子转移机理的密度泛函理论

在B3LYP/6-31G(D)水平下研究碳酸脱氢酶中的质子转移反应, 活性中心包括Zn²⁺, 其周围的4个组氨酸和2个苏氨酸残基, 以及3个水分子. 研究表明, 与Zn²⁺配位的水分子中的质子可以转移到邻近的水分子中, 从而形成一个含有H₃O⁺的中间体. 其能量仅比反应复合物高1.3 kJ/mol, 而反应能垒也较低(8.1 kJ/mol).     

离子簇合物(N_2Ar)~+的势能面研究

近年来,由于对大气化学、反应动力学的机理探索,使对含惰性原子的离子簇合物的研究受到重视.对离子簇合物N_2~+He和N_2~+Ne等进行了电子光谱、红外光谱以及理论方面的研究.在这两个离子簇合物中,N_2~+与HeNe的作用很弱,其中的N_2~+基本保持孤立N_2~+离子的特性.Ar原子比He和Ne原子的极化率大,可变性大.可以想见,在(N_2Ar)~+中N_2~+与Ar作用更强,实际上已具有化学键的性质.本文的研究着重于体系(N_2Ar)~+的势能面,有关(N_2Ar)~+的实验研究亦在开展中.     

Bi_(1.6)Pb_(0.4)Sr_2Ca_2Cu_(3-x)V_xO_y体系的超导电性

元素替换是探索高温超导电性机理和材料物理研究的重要途径之一。由于Bi系组分的复杂性,因此元素替换的实验研究大量集中在Bi位和Bi_2Sr_2Ca_1Cu_2O_x组分的ca位,Cu位的替代很少。在Bi_2Sr_2Ca_(1-x)Gd_x,Cu_(2-x)Li_xO_(8+d)体系中,Li~+部分替代Cu~(2+)引起的无序导致库仑作用的增强,因而抑制了T_c;在Bi_1.7.TPb_(0.3)Sr_2Ca_2(Cu_(3-x)sn_x)_1.2O_y体系中的情形也是如此。在(Bi,Pb)-Sr-Ca-(Cu_(1-x),Ni_x)-0(110K 相)中,T_c先随替代量的增加而迅速减小,而     

HOSO+X(X=F,Cl,Br)的反应机理及电子密度拓扑分析

在CCSD(T)/6-311++G(d, p)//MP2/6-311++G(d, p)水平上研究了HOSO+X(X= F, Cl,Br)的反应机理. 优化得到了反应势能曲线上各驻点的几何构型, 通过内禀反应坐标(IRC)确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性. 在CCSD(T)/6-311++G(d, p)水平上对计算得到的构型进行了能量校正. 应用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT), 并结合小曲率隧道效应模型(SCT)校正的方法, 计算了该反应在200~3000 K 温度范围内的速率常数k_TST,k_CVT 和k_CVT/SCT. 计算结果表明: HOSO+X(X= F, Cl, Br)反应在单态和三态条件下均可发生, 其中单态为主反应通道, HX+SO₂ 为主产物. 并利用电子密度拓扑分析方法研究了主反应通道化学键的变化.     

胱氨酸氧化反应动力学的脉冲辐解研究

由于在酶反应动力学上的重要性,二硫化合物的氧化还原反应得到了广泛研究。水合电子与二硫化合物(RSSR)的反应产物RSSR~(·-)被证明是导致二硫键断裂从而进一步造成酶失去活性的重要中间体。类似地,可以推测胱氨酸的辐射直接电离产物胱氨酸阳离子CySSCy~(·+),CySS~·也是引起酶失活的中间体。许多人用SO_4~(·-),Br_2~(·-),OH,Ag~(2+),Ag(OH)~+     

一氧化氮与亚稳态一氧化碳分子的传能反应

激发态分子和自由基的反应是大气化学、化学激光、燃烧化学中重要的过程,有关亚稳态分子的传能反应一直受到人们的极大重视.Setser在流动体系中,对CO(a)与NO分子的反应进行了初步研究,求得了产物的形成速率,Ottinger在束气条件下,利用CO~+束源与NO作用,认为CO~+与NO首先发生共振激发传能产生CO(a)再进一步与NO反应,但事实上他并没有观察到CO(a)的发射.本工作在分子束条件下,利用束放电方法产生高浓度的亚稳态CO(a)分子束并与NO反应,得到了振转分辨的NO(A)化学发光光谱,并结合相空间理论进行了讨论.     

改性碳纳米管的表面特性及其对Pb2+的吸附性能

采用硝酸酸煮法氧化改性了碳纳米管. 红外光谱仪的测定结果表明改性碳纳米管表面引人了羟基(-OH)、羰基(-C == O)等官能基团, 比表面仪测定结果显示改性碳纳米管表面积略有增加. 采用改性碳纳米管进行了吸附Pb2+的研究, 结果表明其吸附除Pb2+效能较未改性的碳纳米管有了显著提高, 在所实验的温度范围内吸附等温线符合Langmuir方程, 反应级数为三级.     

轻稀土钕离子Nd3+可以被纤细裸藻(Euglena gracilis) 277摄入细胞内部

单细胞的纤细裸藻 (Euglenagracilis) 2 77有很强的从水溶液中摄取Nd3 +的能力 .ICP AES分析结果指出 ,当反应体系中Nd3 +总量和细胞总数一定时 ,每个细胞中Nd3 +摄取量的平均值 (mNd)与溶液体系的稀土浓度 (CNd)之间无显著依赖关系 ,mNd随体系中Nd3 +总量与细胞总数的比值 ( ξ)增大呈线性增加 .纤细裸藻快速冷冻超薄切片的电子显微镜分析和X射线能量色散 (EDAX)分析证明 ,Nd3 +可进入细胞内部 ,叶绿体是Nd3 +在胞内的主要驻留区室之一 .四氯四碘荧光素 (I4TCF)可以作为Nd3 +细胞原位的光吸收指示剂 ,用于定量测定Nd3 +在裸藻细胞内的含量及分布 .裸藻细胞内的Nd3 +平均浓度远大于胞外水溶液中的浓度 ,Nd3 +的跨膜表观浓度梯度可达 5个量级以上 .研究结果提示 ,纤细裸藻细胞中可能存在一个与Ca2 +通道特性相关的Nd3 +跨膜转运机制     

缺中子同位素~(215-217)U的α衰变研究

通过重离子熔合蒸发反应~(180)W(~(40)Ar,xn)~(220-x)U,合成了两个缺中子新核素~(216)U和~(215)U.目标核由熔合反应产生后从薄靶中反冲出来,在飞行中被兰州充气谱仪从大量的本底离子中分离并偏转到探测系统.探测系统对目标核的注入以及随后将发生的α衰变进行探测.探测器上产生的信号经电子学处理后被数据获取系统转换成一定格式的数据保存下来.实验采用能量-位置-时间关联的数据分析方法来寻找和鉴别目标核.在束流能量为187.2 MeV的情况下,新核素~(216)U的两个α衰变态被观察到:一是基态,它的α粒子能量为10.384(30)MeV,半衰期为4.72_(-1.57)~(+4.72)ms;二是自旋宇称为8~+的同核异能素态,它的α粒子能量为10.582(30)MeV和8.182(30)MeV,半衰期为1.31_(-0.48)~(+1.80)ms.在束流能量为205.5 MeV的情况下,新核素~(215)U被观测到,它的α粒子能量和半衰期被确定为8.428(30)MeV和0.73_(-0.29)~(+1.33)ms.此外,实验还观测到从~(217)U的基态产生的两个新的α跃迁,它们的α粒子能量分别为8.210(30)MeV和8.098(30)Mev.     

Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)超导体的正电子寿命研究

自从Maeda等人在Bi-Sr-Ca-Cu氧化物中发现超导电性以来,由于Bi系超导体具有较高的超导转变温度和广阔的应用前景,日益受到人们的重视.在Bi系超导材料的研究中,金属离子的置换对超导性能和材料结构的影响一直是研究的热点之一.许多作者用Pb替换Bi,以便了解Bi-O层对超导电性的作用.文献[4]研究了Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_2O_(8+δ)体系,由Raman散射实验证实Pb可以替换Bi,且其最大替换量可以达到x=0.35;随着Pb含量的增加,超导转变温度T_c从85K减小为76K,并且指出这是由于体系空穴浓度增加所致.然而,Pb掺杂对样品结构的影响以及空穴浓度增加的原因尚不清楚.本工作使用对固体材料微观结构极灵敏的正电子湮没谱仪测量了Bi_2Sr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)和Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)系列样品的正电子寿命,给出了正电子寿命和转变温度随掺杂量X的变化关系,研究了Pb掺杂对Bi系超导体电子结构的影响,以及由此引起的样品中空穴浓度变化情况.     

表面金属热渗辅助钎焊C/SiC-Nb接头界面增强机制

针对碳纤维增强碳化硅复合材料(C/SiC)与Nb金属钎焊接头存在残余应力高导致连接强度下降的难题,借助反应扩散机制对C/SiC复合材料表面进行改性,成功制备了纤维增强热渗区,降低了钎焊接头的残余应力,实现了界面结构强化,获得了高质量钎焊连接接头.本研究选用的热渗金属Ni-Cr-Si合金可在C/SiC复合材料表面充分润湿,为扩散的快速充分进行奠定了基础;之后探究了热渗工艺对热渗深度及界面结构的影响规律,实现了任意深度热渗区的可控制备.用AgCuTi钎料对热渗处理后的C/SiC复合材料与Nb进行了钎焊连接,钎焊接头的典型界面结构可表示为:C/SiC/C_f+Ni₂Si+Cr₃Ni₂Si+Cr₂₃C₆/Ag(s,s)+(Cu,Ni)/Nb.本研究从残余应力的调控与界面结构改善所引导的第二相强化等方面,详细阐述了热渗工艺对接头的界面强化机制.热渗区热膨胀系数介于复合材料与钎料之间,形成属性梯度过渡,有效缓解了接头高残余应力.热渗区钎料的连接由Cu、Ni互扩散实现,替...