29Sβ缓发质子衰变实验研究

作     者：钟福鹏 

作者单位：广西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨永栩;林承键

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 082701[工学-核能科学与工程] 

主      题：丰质子奇特核 β缓发质子衰变 分支比 半衰期 衰变纲图 

摘      要：原子核是一个复杂的量子多体系统,其结构对于我们理解周围世界以及理解宇宙如何发展到今天具有重要的作用。理解如何构建这样一个系统,并从一些简单的成分来描述它的衰变是一个挑战。核体系主要由三种基本相互作用所支配,即:强相互作用,弱相互作用和电磁相互作用。远离稳定线的原子核衰变能大,使得更多的β缓发粒子发射的衰变道被打开。通过观测这些缓发粒子的谱学信息,可以让我们更好地理解不稳定原子核的性质以及核内核子间的有效相互作用等重要问题。β缓发质子衰变等奇特衰变方式本质上反映了核内核子间的相互作用关系,对各种衰变模式的研究已经成为探索滴线附近原子核及其结构的重要途径,深入研究这种现象将加深我们对核物质世界的认识与理解。合成滴线附近新核素并测量其奇特衰变性质方面已取得引人注目的成果,发现新现象、揭示新规律的同时也带动了实验方法和技术不断变革与创新。在过去的半个世纪中,通过β衰变研究了大量的核系统,让我们在理解核内核子的结构和行为方面有了很大的发展。通过对不同核衰变模式的研究,可以确定核的能级能量和宽度、自旋宇称、同位旋、能级密度及核质量,对基本对称性及壳模型理论进行严格地检验。本文简单回顾了部分奇特衰变方式的衰变原理,以及目前对奇特核衰变的研究现状,介绍了以往29Sβ缓发质子衰变的实验研究。通过与镜像核29Al的镜像核对比确定29S的不对称参数。近年来本研究组已多次开展丰质子核衰变实验,自主研发硅探测器、前置放大器及数据获取程序,利用印刷电路板实现低噪声电子学,低温、低本底测量技术,我们在这些经验和技术积累的基础上于2017年11月在中国科学院近代物理研究所兰州放射性束流线(Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou,RIBLL)开展了29Sβ衰变实验。由分离扇回旋加速器产生能量为80.6 Me V/u,流强为87 en A的主束32S16+,轰击9Be初级靶发生弹核碎裂反应,弹核碎裂反应产物经RIBLL1谱仪磁刚度–能损–磁刚度(Bρ–?E–Bρ)消色差选择和分离。将感兴趣核注入厚度分别为142μm和60μm的两块双面硅条探测器,以兼顾对带电粒子的低能探测阈值与高效率,从而实现优势互补。周围设置不同厚度的四分硅探测器实现各种重离子、轻粒子和电子的符合测量。管道外安装五个Clover型的高纯锗探测器测量γ射线。利用步进电机驱动降能片调节束流注入深度;循环冷却系统保证探测器具有良好的分辨率、前放具有稳定的工作状态;硅探测器结面和欧姆面的信号做“与符合开门、主放大器×10能量输出信号倒相进行前沿甄别以降低噪声的触发率;采用不受探测器死层影响因而准确性更高的内源能量刻度方法;离线处理时通过能量和时间的多重符合鉴别,结合Monte-Carlo模拟进行探测效率修正,获取系统死时间修正,能谱本底修正等数据分析方法,增强对稀有衰变事件的鉴别能力。本工作首次同时测量了29S的β缓发质子和退激γ射线,因此可以利用质子–γ射线符合鉴别各种衰变成分,获得了丰富的谱学信息。此次实验测得的29S半衰期为189(10)ms,与以往的结果相比在误差范围内一致。利用质子图谱上记录的质子能量,结合注入硅探测器的29S粒子总数得到了各质子峰的相对应的分支比,通过与已有文献数据对比发现了6个新的质子峰。然后根据质子-γ射线符合指认相应质子峰的衰变末态,发现了2个新的能级,确定了3414 ke V质子峰的衰变末态以及发现3570 ke V质子峰的衰变末态与以往的实验不符。不仅证实了我们实验方法的可行性与数据处理程序的可靠性,也显示了我们的探测装置具有较高的探测效率、对稀有衰变事件有较强的鉴别能力。