25Mg(p, γ)26Al实验研究进展

长寿命放射性核素26Al是星际介质、$\gamma$射线天文学和太阳系形成研究中最重要的核素之一。最可能合成26Al的三种天体场所都与25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al反应相关，因此精确测量其近阈能级的共振强度和天体物理反应率对人们认识宇宙26Al的来源具有重要意义。本文回顾了25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al反应的实验研究方法和最新研究进展，特别是介绍了我国对该反应的间接测量实验以及直接实验测量计划。当前的间接测量结果提升了25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al天体物理反应率的精度，也可以帮助我们估算直接测量的产额，并优化深地直接测量的实验设计。高能点的直接测量结果与国际上其它实验结果在误差范围内符合很好，表明本项目研制的探测装置工作状态良好，能够胜任锦屏深地核天体物理实验研究。     

中子星可观测量与不同密度段核物质状态方程的关联

中子星物质主要是由高密度非对称核物质组成。目前通过地面重离子碰撞等实验来认识高密度非对称核物质的物态还存在很大的不确定性。随着对中子星天文观测精度的提高以及可观测量的增多,基于对中子星的天文观测来反向约束高密度非对称核物质物态成为了可能。从理论上去探讨中子星的可观测量与不同密度段物态方程的关联程度,将有助于上述反向对中子星物质物态的研究。本文利用分段式多方物态方程,通过对中子星的半径(R)、潮汐形变参数($\varLambda$)、转动惯量(I)等可观测量的计算分析,给出了这些观测量与物态方程各密度段的关联度。结果表明,质量为1.4$ M_{\odot}$的典型中子星潮汐形变参数($\varLambda$)和f-模频率($\nu$)主要与$ 0.5\rho_{\rm{sat}} \sim 1.5\rho_{\rm{sat}}$、$ 2.5\rho_{\rm{sat}} \sim 3.5\rho_{\rm{sat}}$和$3.5\rho_{\rm{sat}} \sim $$ 4.5\rho_{\rm{sat}}$ 三个密度段物态方程有较强关联;中子星半径(R)主要与$ 1.5\rho_{\rm{sat}} \sim 3.5\rho_{\rm{sat}}$及壳层物态有较强关联;转动惯量(I)与$ 4.5\rho_{\rm{sat}}$以下各密度段均有一定关联。     

双重味重子的理想混合角

本工作研究了双重味重子的理想混合角。理想混合角是将$^{2S+1}(l_\lambda)_J$态转换为具有确定重夸克对称性的态时所对应的旋转角度。在标准的$\rho-\lambda$图像下,求得了$L_\rho=0$情形时重夸克对称性的态$\left(J, j_\ell\right)$和$\left(J, s_{\rm q}+j_\rho\right)= $$ \left(J, \{^4l_\lambda/^2l_\lambda\}\right)$态之间的理想混合角,其中${\boldsymbol{j}}_\ell={\boldsymbol{l}}_\lambda+{\boldsymbol{s}}_{\rm q}$, ${\boldsymbol{s}}_\rho={\boldsymbol{s}}_{\rm Q1}+{\boldsymbol{s}}_{\rm Q2}$和${\boldsymbol{j}}_\rho={\boldsymbol{s}}_\rho+{\boldsymbol{L}}_\rho$。本工作指出当研究双重味重子的衰变性质时,需要采用$(1S1p)1/2^-$和$(1S1p)3/2^-$等理想混合态。     

Polyakov-loop拓展的夸克介子模型中的Roberge-Weiss相变研究

${\mathbb{Z}}_3$-QCD是具有严格中心对称性的类QCD理论，研究其在特殊条件下的性质有助于理解QCD退禁闭相变。本文应用三种味道的Polyakov-loop拓展的夸克介子模型作为${\mathbb{Z}}_3$-QCD的低能有效理论，研究了不同中心对称性破缺模式下的Roberge-Weiss(RW)相变。为保证RW周期性，本文采用味道依赖的虚化学势$(\mu_{\rm{u}},\mu_{\rm{d}},\mu_{\rm{s}})={\rm{i}}T(\theta-2C\pi/3,\theta,\theta+2C\pi/3)$，其中${\mathbb{Z}}_3$-QCD是具有严格中心对称性的类QCD理论，研究其在特殊条件下的性质有助于理解QCD退禁闭相变。本文应用三种味道的Polyakov-loop拓展的夸克介子模型作为${\mathbb{Z}}_3$-QCD的低能有效理论，研究了不同中心对称性破缺模式下的Roberge-Weiss(RW)相变。为保证RW周期性，本文采用味道依赖的虚化学势$(\mu_{\rm{u}},\mu_{\rm{d}},\mu_{\rm{s}})={\rm{i}}T(\theta-2C\pi/3,\theta,\theta+2C\pi/3)$，其中$0\!\leqslant\!{C}\!\leqslant1$。传统的和夸克反馈效应改进的两种不同Polyakov-loop势被分别用于相应的计算。研究表明，当$N_{\rm{f}}\!=\!3$，$C\!\ne\!1$时，RW相变出现在$\theta=\pi/3$(mod $2\pi/3$)处，其强度随$C$值的减小而加强；当$C\!=\!1$，$N_{\rm{f}}\!=\!2\!+\!1$时，RW相变位置出现反常，变为$\theta=2\pi/3$(mod $2\pi/3$)；而当$C\!=\!1$，$N_{\rm{f}}\!=\!1\!+\!2$时，RW相变点又返回$\theta\!=\!\pi/3$(mod $2\pi/3$)。上述几种情形的RW相变端点均为三相点。研究发现，夸克反馈效应使得RW相变强度减弱，退禁闭相变温度变低，但并未改变前述的定性结论。     

单个谐振子波函数中的有效β值

当一个简单谐振子波函数(SHO)作为有效波函数时,在SHO波函数里面一个重要的参数是有效$ \, \beta$值。得到了简单谐振子波函数有效$ \, \beta$值($ \, \beta_{\rm eff}$)在坐标空间和动量空间的解析表达式。将解析式运用到轻介子系统($u\bar{u}, \, u\bar{s}$)比较 $ \, \beta_{\rm eff}$的行为,结果表明在基态时坐标空间的$ \, \beta_ {{\rm eff}, \, \boldsymbol{r}}$和动量空间的$ \, \beta_ {{\rm eff}, \, \boldsymbol{p}}$在康奈尔势下的值不相同,而在高激发态时两者大小相近。     

锦屏深地核天体物理实验(JUNA)地面实验进展

锦屏深地核天体物理(JUNA)实验项目将利用中国锦屏深地实验室(CJPL)的良好条件，在天体物理伽莫夫能量窗口开展核天体关键反应$^{25}{\rm{Mg}}({\rm{p}},{\rm{\gamma}})^{26}{\rm{Al}}$、$^{19}{\rm{F}}({\rm{p}},\alpha)^{16}{\rm{O}}$、$^{13}{\rm{C}}(\alpha, {\rm{n}})^{16}{\rm{O}}$和$^{12}{\rm{C}}(\alpha,{\rm{\gamma}})^{16}{\rm{O}}$的直接测量，为理解恒星演化和元素起源提供新的数据。目前，已经在地面上对加速器装置、束流稳定性、靶、探测器以及电子学进行了系统的测试。地面实验内容包括高纯锗探测器效率刻度，$^{25}{\rm{Mg}}({\rm{p}}, {\rm{\gamma}})^{26}{\rm{Al}}$在304 keV的共振强度测量，$^{19}{\rm{F}}({\rm{p}}, \alpha)^{16}{\rm{O}}$的截面测量，聚乙烯作为慢化体的中子探测器的设计、加工和效率刻度，靶的设计和稳定性检测等。JUNA项目整体进展顺利，地面实验已取得一系列关键进展和初步成果。在不远的将来，JUNA项目将有序开展地下实验，完成设定目标，也将促进更广泛的国际合作，助力于天体演化中的若干重大科学问题的解决。     

等效质量模型中的重子质量谱

在等效质量模型框架下,考虑线性禁闭和一阶微扰相互作用的贡献并通过拟合$ \mathrm{p} $、$ \mathrm{n}$、$\Lambda$和$ \Delta $的质量来得到模型参数。发现,等效质量模型能够较好地给出符合实验的重子质量谱。而禁闭强度$D$、强耦合常数$\alpha_{\rm{s}}$以及夸克质量因子$f$与微扰强度$C$之间都存在关联,并能够很好地用解析公式逼近。除此之外,单胶子交换相互作用的色磁部分在重子质量谱中起着重要作用,从而使自旋$J=1/2$和3/2的重子之间的质量差最高达到300 MeV。为了更好地描述超子质量,对于包含奇异夸克的一对夸克间的相互作用我们进一步采用不同的强耦合常数,其具体的模型参数通过拟合$ \Sigma $和$ \Xi $的质量得到。基于本工作得到的等效质量模型参数组,能够更好地描述$ \mathrm{ud}$夸克物质团、奇异子以及致密星。     

235, 237Np高自旋态的理论研究

锕系核的转动性质对于揭示$A \approx 250 $质量区原子核的顺排机制、对关联性质、能级结构等十分重要,研究这些核的高自旋结构一方面可以对现有的理论模型进行检验,另一方面有助于深入认识超重核。本工作采用基于推转壳模型的粒子数守恒方法研究了实验上观测到的$^{235}{\rm{Np}}$和$^{237}{\rm{Np}}$中转动带的性质,计算得到的转动惯量、角动量顺排等与实验符合。首先,通过描述转动谱的$ab$公式确定了$^{235}{\rm{Np}}$中观测到的转动带的带头自旋。随后,通过对比理论与实验上的转动惯量,确定了其组态为$\pi 5/2^-[523]$。此外,也讨论了高阶形变$\varepsilon_6^{}$对中子$j_{15/2}^{}$顺排的作用,探索了在计算中出现而在实验上未观测到中子$j_{15/2}^{}$顺排的原因,从而解释了$^{235, 237}{\rm{Np}}$的转动带中产生上弯的机制。最后,还讨论了$^{237}{\rm{Np}}$的转动带$\pi 5/2^-[523]$中出现旋称劈裂的原因,发现可能是由于这个转动带的两个旋称分支上弯以后高阶形变$\varepsilon_6^{}$不同所导致的。     

Os-Pt区核的基态三轴形状

在偶-偶核基态中寻找稳定的三轴形状, 其中最大三轴形变为$ \left| \gamma \right| $≈30°,仍然是核结构的一个主要主题。 在本工作中,使用推转Woods-Saxon(WS)壳模型来研究Os-Pt区基态和集体转动态中可能的三轴形状。为寻找核态可能存在的三轴形变,具体用对力-形变-转动频率自洽推转壳模型对偶-偶176-202Os和182-204Pt同位素进行了总Routhian面计算。计算是在四极形变($\;{\beta _2} $, $ \gamma $)网格中进行的,而十六极形变$\;{\beta _4} $可变。事实上,在四极形变($\;{\beta _2} $, $\gamma $)的每个网格点上,计算的能量相对于十六极形变$\; {\beta _4} $最小化。发现某些核的基态譬如196Os和188-194Pt既非扁椭球亦非长椭球, 而是在这些核中基态极小值是形状非轴对称的,即三轴形变。同时, 我们把从实验数据提取出的转动惯量与我们的计算结果作比较, 显示实验数据不能很好地与转动假定相一致,说明有振动行为。此外,我们使用一种辅助的方法提取了平衡$\gamma _{0} $值,该值支持我们的预言。     

N=127同中子素219U和216Ac的α衰变研究

本工作通过重离子熔合蒸发反应 40Ar+183W，产生了质子滴线附近的轻锕系核素 219U和 216Ac。实验在兰州充气反冲谱仪(SHANS)上开展，目标核产生后从薄靶中反冲出来，在飞行中与大量的本底粒子进行分离并偏转到位于焦平面的探测系统中。探测系统对注入的反冲核和随后的$ \alpha $衰变进行探测，并利用寻找$ \alpha $衰变链的方法对产物进行寻找和鉴别。在本次工作中，219U已知的$ \alpha $衰变数据得到改善，其基态衰变到子核215Th基态的$ \alpha $粒子能量被确定为$E_{\alpha}\!=\!9\ 763(15)$ keV，半衰期为$ T_{1/2} $=60(7) μs。首次发现了219U两个新的$ \alpha $衰变分支，其能量为$ E_{\alpha} $=9 246(17) keV, 8 975(17) keV，并指认它们分别是从 219U 的基态衰变到子核 215Th的低激发态 (5/2–)和(3/2–)。此外，通过对 216Ac的$ \alpha $衰变数据的分析，证实了216Ac存在同核异能态。     

应用光核反应计算μ原子中的核极化效应

近年来，瑞士保罗谢勒研究所的CREMA合作组通过测量$\mu$氢原子兰姆位移显著提升了质子半径的测量精确度。然而这一新实验结果与已知质子半径标准值(CODATA)相差5.6个标准差，被称为质子半径之谜，受到众多物理学家的关注。受此启发，CREMA合作组在不同的$\mu$原子中展开了一系列兰姆位移光谱的测量实验。他们计划从这些$\mu$原子的测量中得到轻核(包括$^{2,3}{\rm{H}}$,$^{3,4}{\rm{He}}$)的电荷半径。除了对光谱测量精度的要求外，轻核半径的实验精度当前仍被一项理论输入量限制:核极化效应对$\mu$原子光谱的修正。核极化效应体现了$\mu$子与原子核进行双光子交换中对核的虚激发，进而对$\mu$原子能谱产生高阶修正。因此，这一效应与光核反应以及康普顿散射直接相关。核极化效应对兰姆位移的修正可通过计算光核吸收截面以及虚光子康普顿振幅的求和规则而得到。本工作运用第一性原理的核结构计算方法，研究了$\mu$原子中的核极化效应。通过结合现代核力模型与超球简谐基展开多体方法，计算了一系列与核极化相关的光核反应及康普顿散射求和规则。这一理论研究为从$\mu$原子光谱测量中对核半径的精确提取提供了关键性的理论输入。     

丰中子核63,65,67Mn的在束γ谱学研究

利用放射性束68Fe轰击液氢靶引起的敲出反应，研究了极端丰中子核63,65,67Mn的激发态，指认了它们的自旋宇称，建立了这三个原子核的能级纲图。纲图包含11/2–、9/2–和 7/2– 三个激发态以及$5/2_{\rm{g.s.}}^{-}$基态，它们由三条$\Delta I \!=\! 1$的$\gamma$跃迁连接。这种能级结构与$K \!=\! 5/2$时强耦合转动带的特征一致。使用改进的LNPS有效相互作用(LNPSm)的大规模壳模型计算能很好地重现观测到的能级。计算表明，65,67Mn的低位激发态都主要包含处于$4p{\text -}4h$的中子组态和$1p{\text -}1h$的质子组态。基于实验结果发现，在吸积中子星壳中，与质量数$A \!=\! 63$相关的Urca中微子冷却效果比预期的要强很多，而$A \!=\! 65, 67$的冷却效果比预期的更弱。     

第一性原理无核芯壳模型计算原子核谱因子

原子核谱因子表征原子核单粒子轨道的性质以及占据数等信息,是联系核结构、核反应与核天体物理的重要物理量。 对于原子核谱因子的计算强烈依赖于理论模型得到的原子核多体波函数,在实际计算中通常选用普通壳模型。随着计算机性能的提高以及核多体方法的发展,第一性原理方法被应用于研究原子核性质,并取得巨大成功。 本工作基于现实两体相互作用,利用第一性原理无核芯壳模型计算较轻原子核谱因子。首先,计算了$A =6$和$7$原子核的低激发态能量,考察第一性原理无核芯壳模型对能量计算的收敛性,并比较普通壳模型与第一性原理无核芯壳模型对于$A =6$和$7$能谱的描述。结果表明,无核芯壳模型计算结果与实验符合较好,可以很好地描述结合能和激发谱性质。 然后,利用无核芯壳模型系统计算了$^{7}{\rm{Li}}$与 $^7{\rm{Be}}$镜像核叠积函数与谱因子,并分析谱因子计算的收敛性。结果显示,谱因子随着模型空间的增大收敛较慢,对于$^{7}{\rm{Li}} $,无核芯壳模型计算的谱因子同最新实验值符合得很好。最后,采用无核芯壳模型系统计算$A =6,\, 7$和$8$原子核低激发谱能量与谱因子,为核反应与核天体研究提供必要的输入量。     

碳离子治疗计划中的RBE加权剂量鲁棒优化方法

提出基于混合束模型的相对生物学效应(RBE)加权剂量鲁棒优化方法,用于减少碳离子束射程和摆位偏差对生物剂量分布的影响。建立概率组合鲁棒优化模型,利用二次型目标函数表达式,分别制定针对物理吸收剂量和RBE加权剂量的碳离子束治疗计划,并基于共轭梯度优化算法求解出各自最优的权重解,使得靶区和危及器官(OAR)实际剂量分布在射程和摆位偏差组合情况下尽量满足剂量要求。采用C型靶模型测试鲁棒优化方法的有效性。与基于计划靶区(PTV)的常规优化方法相比,针对物理吸收剂量的鲁棒优化计划临床靶区(CTV)的$ \Delta {D}_{95{\text{%}} } $减少10.00 cGy,OAR的$ \Delta {D}_{5{\text{%}} } $和$ \Delta {D}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $分别减少21.50和35.97 cGy,计划的鲁棒性得到了很好的提升。针对RBE加权剂量的鲁棒优化计划CTV的$ \Delta {D}_{95{\text{%}} } $降低14.00 cGy(RBE),OAR的$ \Delta {D}_{5{\text{%}} } $和$ \Delta {D}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $分别减少19.00和26.28 cGy(RBE),说明该方法不仅减少了CTV的生物剂量变化,也减少了OAR的生物剂量热点。该结果证明了基于混合束模型的RBE加权剂量鲁棒优化方法在有效提高碳离子放疗计划鲁棒性的同时使OAR也得到了很好的保护。     

重核的断前粒子发射与鞍点后摩擦的探测

基于考虑了粒子发射的随机Langevin模型，计算了重裂变核240Am在 鞍点后发射的中子、质子和$ \alpha $粒子多重性作为鞍点后摩擦强度($ \beta $)的函数。结果表明在高激发能($ E^* $)和高角动量($ \ell $)条件下，这些轻粒子发射对摩擦的敏感性变强。进而，比较了在(高$ E^* $，低$ \ell $)和(低$ E^* $，高$ \ell $)这两个不同初始条件下，240Am核在鞍点后蒸发的粒子随$ \beta $的演化。发现前者不但能增强核摩擦对粒子发射的影响，也显著提高了带电粒子对$ \beta $的敏感性。在实验方面，我们建议可以用中能重离子碰撞的方式产生高激发的重裂变系统，来更精确地用粒子发射(尤其是轻带电粒子)来探测鞍点后的摩擦强度。     

铀同位素链α衰变的研究

利用传输矩阵方法计算了铀同位素链$\alpha$衰变的穿透几率,并且与常用于计算势垒穿透几率的Wenzel Kramers Brillouin(WKB)近似方法进行了比较,发现由WKB近似方法得到的穿透几率比精确值小40%左右,而且WKB方法带来的误差与$\alpha$衰变的衰变能有很好的抛物线关系。基于结团模型,利用传输矩阵方法得到$\alpha$粒子穿透势垒的精确几率,计算了铀同位素链$\alpha$衰变的半衰期。还研究了势阱深度$V_0$、弥散宽度$a$和主量子数$G$对半衰期的影响。结果表明,考虑一组同位旋依赖的势阱深度和弥散宽度参数,结团模型能够较好地再现铀同位素链$\alpha$衰变的半衰期。     

合成Z=119, 120超重核的理论研究

合成Z=119,120超重核是当今各核物理实验室争相追逐的目标,理论预言可靠的弹靶组合、入射能等信息有助于超重核合成的实验设计和探测。本工作基于双核模型研究影响重离子核反应生成截面大小的反应机制,计算了$^{50}{\rm{Ti}}$+$^{249}{\rm{Bk}}$、$^{50}{\rm{Ti}}$+$^{249}{\rm{Cf}}$两个弹靶组合,预测$^{50}{\rm{Ti}}$+$^{249}{\rm{Bk}}$的生成截面为0.021 1 pb。考虑双核系统熔合与存活两个过程,重点关注$^{52-59}{\rm{Cr}}$+$^{243}{\rm{Am}}$、$^{54-62}{\rm{Mn}}$+$^{243}{\rm{Am}}$、$^{56-72}{\rm{Ni}}$+$^{238}{\rm{U}}$生成截面的同位素链依赖性,研究表明熔合几率随弹核质量数呈现强烈的依赖行为,直接影响蒸发剩余截面大小。     

通过费米能区重离子碰撞产额分布来研究16O原子核的团簇结构

近几年来,原子核核内的$\alpha$团簇结构引起了人们的广泛关注。本工作的目的是讨论在费米能区下重离子碰撞的碎片产额分布是否可以作为研究轻核中$\alpha$团簇结构的工具。本文基于扩展的量子分子动力学输运模型(EMQD)模拟了16O具有4种不同的初始化$\alpha$构型(长链型、风筝型、四方型以及正四面体型)的16O+16O反应,通过观察碎片产额多重数分布情况研究了具有不同结构的团簇核的核反应。计算结果表明,碰撞后产生的自由质子及4He的产额受不同构型的影响明显,表明4He/proton可以作为团簇结构的一个表征量。此外,自由质子及4He的出射$\theta$和$\phi$角及动能能谱可以用来提取16O的$\alpha$团簇构型信息。     

基于LNDM模型的碳离子束混合辐射场相同剂量平均LET下关键纳剂量学指标及RBE分析

纳剂量学量正在成为新的表征辐射品质的量,也是用于精确计算相对生物学效应(RBE)的基础数据。具有相同剂量平均传能线密度(LET)离子束混合辐射场导致的生物学效应也未必相同。为研究关键纳剂量学指标[电离簇尺寸N_ICS$\geqslant 1 $的条件概率密度分布的一阶矩($M_1^{{C_1}}$)、N_ICS$\geqslant 2$的条件概率密度分布的一阶矩($M_1^{{C_2}}$)、N_ICS$\geqslant 2 $的累计概率($F_2^{{C_1}}$)和N_ICS$\geqslant 3 $的累计概率($F_3^{{C_2}}$)]以及RBE在相同剂量平均LET混合辐射场中的分布,在蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟的基础上,结合单能离子束关键纳剂量学指标数据集,计算得到了不同能量碳离子束在不同贯穿深度处相同剂量平均LET混合辐射场中的$M_1^{{C_1}}$、$M_1^{{C_2}}$、$F_2^{{C_1}}$、$F_3^{{C_2}}$及RBE值。计算结果显示:在相同剂量平均LET混合辐射场中,不同能量碳离子束的$F_3^{{C_2}}$没有发生显著变化,而$M_1^{{C_1}}$、$M_1^{{C_2}}$和$F_2^{{C_1}}$变化显著,且随能量的增大而减小,并且随剂量平均LET的增加,$M_1^{{C_1}}$、$M_1^{{C_2}}$和$F_2^{{C_1}}$变化差异逐渐变大。正是由于$M_1^{{C_1}}$、$M_1^{{C_2}}$、$F_2^{{C_1}}$和$F_3^{{C_2}}$的不同,在相同剂量平均LET混合辐射场中基于纳剂量学模型计算得到的RBE值也显著不同。这些结果表明,剂量平均LET并不能很好地用于描述离子束混合辐射场的品质,而关键纳剂量学指标则有望成为表征离子束混合辐射场品质的量。     

测量宇生μ子寿命验证堆积事例处理新方法

提出了一种在数据分析中降低堆积事例误差的一种修正方法,并通过塑料闪烁体搭建的宇生μ子时间符合探测器开展寿命测量实验进行验证。寿命测量实验研究表明,主要本底事件来自电子学噪声和堆积事例。为了弥补在本地实验室中,μ子衰变事例在总体宇生μ子事例中较为稀有的短板,我们使用蒙特卡罗模拟程序产生大样本量,进一步验证该分析方法的有效性。修正后的最终实验结果为$\tau_{\mu}^{\rm exp} = 2.19 \pm 0.07$ μs,而修正前的实验结果为$\tau_{\mu}' = 2.27 \pm 0.07$ μs。(95%置信度水平)。预计,统计学处理堆积事例的方法将适用于符合测量与堆积事例伴生的同类型实验。