串列加速器上的核结构研究 吴晓光 中国原子能科学研究院在束  谱学组 课题组成员 吴晓光、李广生、贺创业、郑云 姚顺和、于蓓蓓、曹雪朋、李聪博 竺礼华 ( 北京航空航天大学 )

HI-13 串列加速器及在束伽玛实验终端介绍 目前正在开展的束伽玛核结构研究工作 近期的计划 前景与展望

设计最高端压： 13+2MV 运行最高端压 : ~13.5MV 加速离子 : p-U, 惰性气体除外 HI-13 串列加速器 及在束 γ 谱学实验终端 在束  谱学终端

CIAE γ 探测器阵列 HI-13 串列加速器上在束  谱学研究介绍 合作单位： 1) 原子能院 2) 兰州近物所 3) 清华大学 4) 吉林大学 5) 北京大学 6) 山东大学 ( 威 海分校 ) …… 主要研究课题 : 1 ）原子核手征转动 2 ）旋称反转, 3 ）磁转动, 4 ）三轴形变, 5 ）壳效应与集体运动, 6 ）形状共存, 7 ）电磁跃迁特性等研究, …… CIAE γ 探测器阵列  15 套 HPGe+BGO 反康谱仪  HPGe 效率 ~30%  HPGe 表面离靶中心距离 15cm  液氮补给 : 计算机控制每次 2 小时  真空： <1 小时, 对探测器无干扰 ……

目前正在开展的工作 1), 原子核手征转动带研究 2), 原子核磁转动带研究 3), 原子核 X(5) 对称性及形状相变研究 4), 129 Cs, 126 I, 106 Pd, 89 Zr 等核高自旋态研究 5), 设备研制 :siball 和 plunger 装置的研制工作

 宏观世界：左右手，海螺壳  手性药物： 2001 年诺贝尔奖  分子生物学：氨基酸、 DNA 分子  粒子物理 ：中微子 1, 手征转动带研究手征对称性在自然界中普遍存在

三个相互垂直的角动量： 质子（粒子） j  沿短轴 中子（空穴 ) j 沿长轴 核心的集体角动量 R 沿中间轴 Titled rotation of triaxial nuclei S.Frauendorf and Jie Meng(1997) 三轴形变核可能存在手征转动带 结构 三轴核心角动量与质子中子角动量的不同耦 合出现左右手对称性 原子核手征转动带研究

手征双重带的特性 双带具有相同的宇称和近似简并的能级； 能级劈裂 几乎恒定； 较强的带内 M1 跃迁，高自旋处较弱的带间 E2 跃迁； B(M1)/B(E2) 值的奇偶自旋摇摆效应； 有近似的带内 B(M1),B(E2) 值。

A ～ 190 h 9/2 (i 13/2 ) Tl A~100 (  g 9/2 ) -1  h 11/2 A~130  h 11/2  ( h 11/2 ) -1 实验上观测到的手征双重带结构 107 Ag

Evidence for chiral structures in 130 Cs A J Simons et al.2005 J.Phys.G Cs 是 A~130 区产 生手征二重带的最 佳核素 130 Cs 手征性检验

实验简介 : 反应： E beam =65MeV 靶 124 Sn: 7.06mg/cm 2 衬 208 Pb: 6.7mg/cm 2 中国原子能科学研究院 HI-13 串列加速器

对于手征双重带证据缺乏重要的一条： 双带是否有相似的 B(M1),B(E2) 值 ？  （ DSAM ）  B （ M1 ）、 B （ E2 ） 手征特性 ？ 手征带

13 测量得到的 130 Cs 核 957keV 跃迁拟合峰形

Cs 手征双重带寿命测量结果

130 Cs 手征双重带 B(M1) 和 B(E2) 比较图

Cs 手征双重带 B(M1) 和 B(E2) 实验值和理论计算值比较图 Calculation based on Particle-Rotor Model J. Meng

106 Ag 手征带的 B （ M1 ）和 B （ E2 ）实验值 106 Ag 手征性检验 ( 郑云报告 ) 实验 : 11 B+ 100 HI-13 Tandem 检验 106 Ag 的手征双重是否 有相似的 B(M1),B(E2) 值？  （ DSAM ）  B （ M1 ）、 B （ E2 ） 手征特性？

107 Ag 手征带寻找 ( 贺创业报告 ) E beam =60MeV 靶 100 Mo: 1.57mg/cm 2 衬 Au: 8.03mg/cm 2 中国原子能科学研究院 HI-13 串列加速器 反应： 100 Mo( 11 B, 4n) 107 Ag

19 2 ，原子核磁转动带研究 152 Dy E2 199 Pb M1 谱特点： 很强的 M1 跃迁， B(M1) 随 J 减小； 较弱的 E2 跃迁即小的 B(E2) ； 转动模式：近球形核 角动量来源于核芯外处于粒子或空穴轨道的少数价核子 ( 质子、 中子 ) ，这些价核子轨道成一定夹角。最低能量态对应于 90 0 夹 角，角动量增加，夹角减小

Ag 106 Ag 磁转动带 1) 大的 B(M1)/B(E2) 比值 Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 11 B+ 100 HI-13 Tandem 2 ）动力学转动惯量 J (2) ~20 ħMeV -1, 小于超形变带及正常形变带 C.Y.He et al., HEP&NP, (2006),Vol. 30, S2, 166 C.Y.He et al., Phys.Rev.C81,057301(2010)

21 ★ ★ ★ ★ ★ 112 In 能级纲图 12 + 态 B(M1)/B(E2) ～ 262 µ N 2 /e 2 b In 磁转动带 110 Pd( 7 Li,5n) 112 串列加速器 发现 100 余条新 g 射线， 10 个能带。

106 Ag 电转动与磁转动交叉！ E ∝ I(I+1) 3 B(M1)/B(E2) ～ 262 µ N 2 /e 2 b Ag 、 112 In 电转动与 磁转动共存？ 112 In

3,X(5) 核 176,178 Os 高自旋态的电磁跃迁性质研究 178 Os 实验 : 154 Sm( 28 Si,4n) 176 串列加速器 154 Sm( 29 Si,5n) 178 串列加速器 DSAM 方法进行寿命测量  Qt 随角动量增加， 176,178 Os 从 X(5) 演化到 SU(3) 转子 原子核形状相变

129 Cs 的能级寿命测量 Sihotra S et al. Phys Rev.2009 C79: Y X Zhao,Y J Ma et al.Chin Phys Lett :9 E beam =65MeV 靶 124 Sn: 7.06mg/cm 2 衬 208 Pb: 6.7mg/cm 2 中国原子能科学研究院 HI-13 串列加速器 反应： 124 Sn( 11 B, 6n) 129 Cs DSAM 方法进行寿命测量  Qt

多普勒展宽的拟合峰形

自旋能量（ MeV ）寿命 (ps)Q t （ eb ） B （ E2 ） (e 2 b 2 )  h 11/2 band B2 35/ <0.58>2.48> / / / /  g 7/2 band B4 27/ <0.16>6.37> / / /  d 5/2 band B3 25/ <0.26>8.58> / Cs 各个转动带的能级寿命、 B(E2) 、电四极矩

转动带的电四极矩值随自旋的变化 随着自旋的增加， Qt 值显示出明显的变化。这种行为意味着原子核 的形状发生了改变。在正宇称带主要来至于 h11/2 质子顺排，而负宇称 带中则主要是 h11/2 中子顺排。

106 Pd 核的高自旋态研究 中国原子能科学研究院 HI-13 串列加速器 反应： 100 Mo( 11 B, 1p3n) 106 Pd E beam =60MeV 靶 100 Mo: 1.57mg/cm 2 衬 Au: 8.03mg/cm 2

The level scheme of 126 I 126 I 的高自旋态研究 ( 于蓓蓓报告 ) 中国原子能科学研究院 HI-13 串列加速器 反应： 124 Sn( 7 Li, 5n) 126 I E beam =48MeV 靶 124 Sn: 4.6mg/cm 2

实验与理论比较 89 Zr 高自旋态能级结构研究 ( 曹雪朋报告 ) 中国原子能科学研究院 HI-13 串列加速器 反应： 76 Ge( 19 F, 1p5n) 89 Zr E beam =80MeV 靶 76 Ge: 2.2mg/cm 2 衬 Pb: 10mg/cm 2

反冲距离法（ RDM ）测量核态寿命 该项目的工作是建立一个 ps 级能级寿命的反冲距离法测量装置 通过该装置的建立, 可以利用多普勒反冲距离法（ RDM ）测量能级寿命，拓宽了我 们测量范围，同时具备了精确测量 ps 级高自旋态 g- 因子的能力。 该装置的建立对于将来在我院开展诸如丰中子核结构研究等国际上前沿课题的研究 也具有重要意义。 plunger 装置的研制

后角 30° 探测器测到的 78 Kr 核 455keV γ 跃 迁分别在 15μm 、 150μm 以及 600μm 距 离下飞行峰与阻停峰的变化 Plunger 测试实验 反应： E beam =77MeV 实验靶 63 Cu: 1.7mg/cm 2 阻停靶 197 Au: 14.5mg/cm 2 Plunger 测试实验简介： 中国原子能科学研究院 HI-13 串列加速器 63 Cu( 19 F, 2p2n) 78 Kr

反应： E beam =130MeV 自支撑靶 98 Mo: 0.88mg/cm 2 siball 测试实验简介： 中国原子能科学研究院 HI-13 串列加速器 32 S+ 98 Mo Siball 简介： 4  硅球带电粒子探测器能对重离子融合蒸发反应中的  粒子和质子 反应道进行鉴别，从而有效的提高了在束  谱学实验的探测效率，并能分别针对感兴 趣的反应核的实验数据进行物理分析。 我们组已经自行研制了一套 4  硅球带电粒子探测器，这是一套由 26 片厚度为 200  m 的 全耗尽型金硅面垒型探测器组成的球形多探测器系统，能够同时探测质子和  粒子。 4  硅球带电粒子探测器研制

近期的计划 1 ）设备建设：建立内转换电子测量方法（测量能级自旋和宇 称） 2 ）研究内容： 对 107 Ag 的电转动带和磁转动带进行寿命测量，进而对其电 转动到磁转动演化中的临界性质进行研究，束靶组合是 11 B+ 100 Mo 。 74 As, 73 As 核的高自旋态研究及手征带寻找, 束靶组合是 7 Li+ 70 Zn 114 In 核的高自旋态及磁转动性质研究, 束靶组合是 7 Li+ 110 Pd.

近期建立内转换电子测量方法 内转换电子的在束测量装置图 G = Ge 探测器， T = 靶， M = 微桔谱仪， D = Si (Li) 探测器， F = 冷却棒， B = 波纹管 在原子核高自旋态的实验研究中，通过实验测量的内转换系数与理论计算值 的比较可以推断 γ 跃迁的电磁多极性，进而确定能级的自旋和宇称，这对于核结 构研究具有重要意义。

新实验终端建设 丰质子重核、锕系区、近超重核  谱学 丰中子 (A~200, 中重，轻 ) 核  谱学 高自旋态超形变核结构、衰变及形成机制 原子核新运动模式：电磁转动、手征性等 丰中子、丰质子核衰变 远景的规划 （结合串列升级工程，拟开展核结构研究） 前景与展望

黑色：已有设备 红色：新建设备 HI-13 升级工程 -BRIF 超导加 速段， 2MV/q 100MeV 200  A 质子回旋 在线同位素分离器 (ISOL) m/  m =20000

BRIF 效果图 串列实验厅 串列加速器 回旋加速器 回旋实验厅

BRIF 装置提供 120 余种不稳定核的束流

束流 主探测器：  阵列 —8~15 个分割 Clover +15 个常规型 ( 现有 ) +BGO 反康 反冲质谱仪 核结构研究实验终端愿景 3) 中子探测器 4) Plunger 装置：寿命测量 5) 高能  探测器： GDR… 6) 衰变测量： Moving tape? 辅助探测器： 1)  多重过滤 (inner ball) 2) 带电粒子 ( 裂变碎片 ) 探测器