【摘要】：依托蘭州重粒子儲存環(huán)裝置HIRFL-CSR,可以開展短壽命核素的等時性質(zhì)量測量。本論文的工作主要為兩方面:等時性質(zhì)量譜儀上TOF探測器的性能改進和T_z=-2短壽命豐質(zhì)子核素質(zhì)量測量。在等時性質(zhì)量測量實驗中,TOF探測器即飛行時間探針安裝在實驗儲存環(huán)上,用以測量離子在譜儀中的循環(huán)周期。TOF探測器的時間分辨極大地影響著譜儀的分辨能力,同時其探測效率和探測信號幅度對次級束的離子鑒別起著輔助作用。對TOF探測器各項性能的實驗研究能很好的幫助我們拓展和提升譜儀的性能,并對實驗數(shù)據(jù)分析提供必要的硬件參數(shù)。為解決實驗中質(zhì)量刻度的系統(tǒng)性偏差以及提升譜儀質(zhì)量分辨能力,我們開展了雙TOF等時性質(zhì)量測量實驗,通過在儲存環(huán)直線段兩端安裝兩臺TOF探測器實現(xiàn)對離子速度的測量。實驗中,TOF探測器的時間性能起著決定性的作用。為保證雙TOF實驗的順利開展,我們改進TOF探測器結構并進行了離線測試。同時針對雙TOF在線實驗中發(fā)現(xiàn)的問題,對譜儀也實施了一系列后續(xù)改造。等時性模式下短壽命T_z=-2豐質(zhì)子核素由468.00MeV/u的~(58)Ni~(19+)初級束流轟擊Be靶產(chǎn)生。針對實驗中產(chǎn)額低、注入離子少的特點,改進了數(shù)據(jù)處理中的篩選條件以提高數(shù)據(jù)利用率。通過關聯(lián)離子的信號幅度和探測效率來鑒別離子并排除偶然符合事例,采用加權平移修正方法。首次在實驗上測量了~(44)Cr、~(46)Mn、~(48)Fe、~(50)Co、~(52)Ni共5個T_z=-2核素的質(zhì)量,提高了~(29)S、~(40)Ti兩個核素的質(zhì)量精度。實驗測量得到的質(zhì)量數(shù)據(jù)用來檢驗IMME、FRDM等質(zhì)量模型。其中:發(fā)現(xiàn)在均勻帶電球模型假設下,由IMME的一階、二階系數(shù)分別得到的庫侖半徑并不相等。目前沒有理論可以解釋該現(xiàn)象,除庫倫相互作用外核力中也可能存在破壞同位旋對稱性的成份。本工作中對~(29)S質(zhì)量的再次測量進一步證實了這一點。因此建議對sd-殼中其它關鍵的奇異核質(zhì)量進行重新測量。~(44)Cr質(zhì)量可以通過IMME局域質(zhì)量關系來預測~(44)V同位旋多重態(tài)質(zhì)量,并對系列中~(44)Ti的T=2,T=0的兩個0~+同位旋混態(tài)進行區(qū)分、指認。利用TPC測量得到的β緩發(fā)質(zhì)子能譜,重新構建~(44)Cr的衰變綱圖。并通過鏡像核激發(fā)能級的比對進一步加以驗證。依據(jù)另一次獨立測量得到的~(52)Co~(g.s.)和~(52)Co~(isomer)質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)β緩發(fā)質(zhì)子發(fā)射過程中,最強的質(zhì)子峰并非來源于~(52)Ni超容許β躍遷后布居在的~(52)Co,T=2的同位旋多重態(tài),建議了新的β緩發(fā)質(zhì)子衰變方式并確立了~(52)Co~(IAS)的質(zhì)量。利用本次測量的~(52)Ni質(zhì)量,通過IMME對~(52)Co~(IAS)和~(52)Mn~(IAS)的指認進行驗證。目前T=2的同位旋五重態(tài)系列中,僅有A=8,12,20,24,28,32,36的T_z=-2核素質(zhì)量為已知,且均為sd殼的偶偶核。本次實驗測量了一系列fp殼的T_z=-2核素質(zhì)量,利用其質(zhì)量檢驗IMME公式在T=2,fp殼的適用性。
【圖文】：

光要提高目標核素的產(chǎn)額，同時也要對奇異核束流進行分離純化，增加目標核素所占的比重。與此同時，由于現(xiàn)今待研究的放射性核素壽命都在秒量級甚至更短，如圖1.4所示，， 所以目前在各放射性束裝置中，以兩種分離方法為主：在線同位素圖 1.4: 核素圖中部分原子核基態(tài)半衰期分布（數(shù)據(jù)基于 NUBASE2016）[23]。黑色代表穩(wěn)定核素，黃色代表半衰期在秒量級的核素，紅色代表半衰期小于 100ms的核素。除以上核素之外的部分未在圖中顯示 [24]。分離（ISOL）[26]、飛行時間分離（In-flight）[27]。如圖1.5所示，圖中標識出了分離過程所需的時間范圍, 可見其均可對半衰期短于秒量級的放射性核素進行分離。1.2.2.1 ISOL 分離技術在 ISOL 分離方法中，用高流強離子束撞擊厚靶（比如質(zhì)子束撞擊鈾靶），導致靶核發(fā)生裂變等反應。之后核反應產(chǎn)生的放射性原子核產(chǎn)物沉積在厚靶中，產(chǎn)物通過擴散過程傳輸?shù)诫x子源中進行離子化，這樣產(chǎn)物就由電中性轉(zhuǎn)變?yōu)閹щ婋x子。這些離子被加速到 10-100keV

圖 1.7: 建設中的美國 FRIB 裝置圖片 [33]。飛行時間質(zhì)譜儀 MR-TOF 上得到了成功的應用 [35]。國際上也正在發(fā)展新的放射性束裝置，試圖將多種方法結合在一起，形成新
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O572.212

【參考文獻】

相關博士學位論文 前3條

1 徐星;HIRFL-CSR上短壽命豐中子核素的精確質(zhì)量測量[D];中國科學院研究生院（近代物理研究所）;2015年

2 帥鵬;HIRFL-CSR上短壽命核素質(zhì)量的精確測量[D];中國科學技術大學;2016年

3 顏鑫亮;儲存環(huán)上短壽命缺中子核素的精確質(zhì)量測量[D];中國科學院研究生院（近代物理研究所）;2014年

本文編號：2677637