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基于中子诱发锕系元素核裂变的二维断点理论的研究及裂变TPC探测器的研制

基于中子诱发锕系元素核裂变的二维断点理论的研究及裂变TPC探测...

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作者：魏康兰州大学

学位级别：硕士

原子核裂变作为一种剧烈的衰变方式,在中低能核物理的研究中发挥着极其重要的作用。同时它也包含着丰富的物理学信息,如壳结构、自旋以及质量和电荷的不对称性等。此外,它还会导致天体演化中r-过程的终止。然而时至今日,由于复杂的量子... 详细信息

原子核裂变作为一种剧烈的衰变方式,在中低能核物理的研究中发挥着极其重要的作用。同时它也包含着丰富的物理学信息,如壳结构、自旋以及质量和电荷的不对称性等。此外,它还会导致天体演化中r-过程的终止。然而时至今日,由于复杂的量子效应以及实验技术的限制,理论和实验上仍存在一系列悬而未决的问题。目前理论研究普遍认为核裂变存在多种裂变模式,分别对应于裂变母核势能面上存在的多个由鞍点到断裂点的低谷,这使得在裂变过程中裂变母核存在多个不同的裂变路径。但大部分传统的实验研究都针对单一可观测量进行描述,如裂变碎片的质量分布、电荷分布以及能量分布等,并积累了大量的实验数据。而在数据分析的过程中,往往单一可观测量的描述上需要对理论模型中的其他变量进行积分,这就使得裂变母核势能面上的局部结构在实验上难以描述,不同的裂变路径也没办法区分。自然而然地,人们逐渐认识到不同可观测量之间的关联性测量对于进一步提取裂变信息具有相当大的物理意义。并且近些年以来,随着中子束流的能区扩展以及关联技术的发展,中子诱发锕系元素核裂变的关联测量也取得了不错的进展,这使得我们可以更为深入地了解裂变碎片各个参量之间的关系,更好地探索核裂变的反应机制。基于此,在理论上,本论文借助超重核冷融合反应中的双核系统(DNS)的概念,计算了两个裂变碎片形成的双核系统随着质心距离演化的相互作用势。根据能量最低原则,在双核系统演化的中,两个裂变碎片应始终保持着尖对尖(tip-to-tip)的取向。这是因为相比于其他取向,尖对尖的取向具有相对较高的内部势垒和沿r方向较低的外部库仑势垒,这将导致裂变概率的增加。在此基础上,我们探究了双核系统的驱动势随裂变碎片不对称度η的变化,所得结果在一定程度上反应了裂变碎片的产额分布。之后我们将DNS的驱动势引入到二维断点模型(TDSPM)当中并进行了计算,同时原子核的基态形变以及壳的阻尼效应也同样被考虑到模型构建当中。最后,我们利用简化的二维断点模型研究了低激发能(0～20)Me V下裂变碎片的质量、电荷和能量分布。结果表明,通过简化的二维断点模型所得到的裂变碎片产额可以较好地再现裂变碎片产额,与最近公布的同中子素链的裂变实验结果相比,也具有较好地一致性。计算得到的裂变碎片产额在峰位、峰宽以及峰高都与实验数据具有较好的一致性。并且通过分析裂变碎片的电荷分布,原子核的奇偶效应也得到了较好的体现。这表明该简化方法在一定程度上可以重现裂变碎片的产额,这将有助于我们实现裂变碎片的多参数全局测量。在实验上,我们正在搭建基于GEM工艺的裂变时间投影室(TPC)探测器,该裂变TPC探测器主要包含低气压控制系统、基于GEM工艺的裂变TPC探测系统、缓发γ辅助测量系统以及后端电子学读出系统四大部分。整个裂变TPC探测器采用流气式压强自动调节系统,通过模拟得到,为了保证裂变碎片三维径迹的完整测量,该探测器需要工作在25 k Pa～42 k Pa低压环境中。而探测器的读出系统主要是由一块数据获取母板控制13块APV25集成前放构成,总共可以实现1634路电子学的读出。整个读出系统可以实现对单个信号进行连续30个周期采样,每个周期25 ns,共计750 ns。而基于GEM工艺的裂变TPC探测系统作为整个裂变TPC探测器的核心组成部分,主要由两块GEM膜、一块漂移极和一块PCB读出板构成,用于完成裂变碎片的产生,电离,电子倍增以及收集等工作。另外,除缓发γ辅助测量系统外,其余探测器主体结构的加工和搭建基本完成,并在常气压下,利用Fe源的X射线对探测器性能进行了测试。在低气压下,利用Fe源的X射线和烟雾报警器中的α源对整个探测系统的性能进行了测试工作。测试结果表明,整个探测器性能稳定,有望在未来实现单个裂变碎片信息的准确测量。

关键词：核裂变多参数全局测量 TDSPM 裂变TPC

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