活性靶技术熔合截面测量极限研究

天体环境中丰中子核素熔合反应率对研究中子星表面超级暴现象的点火机制有重要意义。由于次级束流强过低,无法使用传统固体靶实验技术测量垒下熔合反应截面。活性靶技术的发展为垒下丰中子核素熔合反应截面的测量提供了可行的途径。基于Geant4模拟详细地分析了多重采样电离室（MUSIC）与时间投影室（TPC）两种活性靶探测器中熔合反应与弹性散射的运动学性质,给出了4种熔合反应鉴别判据,并且计算了由这些判据误判引起的熔合截面系统误差。在E_cm=13.6 MeV时,MUSIC与TPC的弹性散射误判截面分别为0.5 mb和2.9×10-3 mb,都远小于此时熔合截面（877 mb）。在垒下,MSUIC的熔合截面系统误差已经超出实验测量要求,而TPC能够进行实验测量的能量可以降低至E_cm=4.7 MeV。Reaction rates of fusion reactions among neutron-rich nuclei in the astrophysical environment are of great significance to understand the ignition of superbursts on neutron stars. Since beam intensity is rather low for radioactive ion beams, it is extremely difficult to operate a direct measurement for cross sections of such fusion reactions below the Coulomb barrier using thick target technique. In this case, a novel technique, active target technique, has been developed recently. To study the energy limit for measurement below Coulomb barrier, the kinematics of elastic scattering and fusion reaction in MUSIC and TPC are discussed with Geant4 simulation. Four identification methods are used and uncertainties of cross sections resulted from misjudgments are calculated. With E_cm=13.6 MeV, the uncertainties of cross sections for MUSIC and TPC are 0.5 mb and 2.9×10-3 mb, respectively. The uncertainties for MUSIC become far beyond measurement when below coulomb barrier, while TPC remains to be a suitable detector for measuring fusion cross sections until E_cm=4.7 MeV.     

12C+13C熔合截面测量中统计模型引入的系统误差研究(英文)

在本工作中,我们分别采用薄靶和厚靶实验技术,测量了12C+13C反应在质心系能量4~6 MeV的熔合截面。实验得到了12C+13C反应的在线γ产额和离线的24Na活度,利用TALYS统计模型给出的反应道分支比,导出了熔合反应的总截面。通过对比不同实验得到的总截面,定量研究了统计模型修正所带来的系统误差:在线γ分支比修正引入的系统误差为14%;由离线24Na活度测量得到总截面时,24Na分支比修正带来的系统误差也为14%。     

质子滴线核12N在28Si靶上的核反应总截面测量

描述了50.4MeV/u的¹²N和42.3MeV/u的¹³N次级放射性束在²⁸Si靶上引起的核反应总截面σ_r实验研究,结果发现¹²N的反应总截面σ_r比其相邻同位素核¹³N有着异常的增大.这可能是核形变及核子对效应造成的,试验中的测量误差也不可忽视.利用微观Glauber模型计算了¹²N在²⁸Si靶上的核反应总截面,并与实验结果做了比较,发现理论计算与实验结果拟合较好 关键词： 质子晕 反应截面     

HIRFL-CSR外靶装置上的放射性束实验数据分析方法研究

开发了HIRFL-CSR外靶实验装置的大型数据分析程序(ANAETF)，并成功应用于核物理实验数据分析。详细阐述了该程序中的数据分析流程、漂移室寻迹算法、粒子鉴别方法和反应截面提取技术。利用本程序分析了240 MeV/u能量下12C次级束流打碳靶的实验数据，实现了清楚的碳和硼剩余核的粒子鉴别，总探测效率达到 ~90%，本工作提取的反应截面与已有的实验结果符合较好。     

弱束缚原子核引起的熔合反应机制研究

弱束缚原子核引起的熔合反应机制研究是近几十年中实验核物理研究的重要课题之一。相比于放射性核束，加速器提供的稳定弱束缚原子核束流的强度要高几个数量级，利用稳定弱束缚原子核作为弹核进行反应机制的研究，可以在保证统计性和准确性的基础上，深入研究原子核的破裂、转移等反应道对熔合过程的耦合作用。已有很多实验数据表明，在库仑位垒附近，弱束缚原子核引发的熔合反应有很多有趣的现象，例如完全熔合截面的“垒下增强”和“垒上压低”。本文主要回顾近年来弱束缚原子核“垒上压低”的研究结果，并探讨造成“垒上压低”的可能原因。完全熔合截面“垒上压低”的主要原因是弱束缚原子核在进入熔合位垒之前发生破裂，从而降低了完全熔合反应道的入射通量。同时，实验研究表明完全熔合截面压低的程度可能与靶核质量数以及靶核结构相关。目前，在实验上对弱束缚原子核引起的熔合反应研究主要有3种测量方法，分别为$\gamma$射线测量方法、带电粒子测量方法以及带电粒子-$\gamma$射线符合测量的方法。其中，带电粒子-$\gamma$射线符合测量的方法在反应道鉴别方面具有明显的优势。本文对这3种测量方法进行了概要介绍，并就国内外对运用这3种方法开展的研究进行了介绍，包括本研究组在此方面的研究工作。此外，对弱束缚原子核引起的熔合反应近期在理论方面的研究工作也做了些介绍。     

低温高密核物质测量谱仪时间投影室的集团重建

低温高密核物质测量谱仪(CEE)是研究高重子数密度区核物质性质的重离子碰撞实验谱仪。使用了先进的 SAMPA 电子学读出芯片的时间投影室(TPC)是 CEE 最核心的探测器。在集团重建的过程中,同一排读出板的信号被首先重建成 2 维集团,然后根据 2 维集团的 ADC 加权平均位置重建击中点。当信号 ADC 随漂移时间变化呈峰-谷-峰结构时,一个集团可能被重建成两个或更多击中点,从而提高双径迹分辨能力。使用模拟信号的测试显示,该重建算法在$x/ y$方向可以达到0.100/0.043 cm的位置分辨能力和1.1/2.8 cm的双径迹分辨能力。     

~(12)C+~(13)C熔合截面测量中统计模型引入的系统误差研究（英文）

在本工作中,我们分别采用薄靶和厚靶实验技术,测量了~(12)C+~(13)C反应在质心系能量4～6 MeV的熔合截面。实验得到了~(12)C+~(13)C反应的在线γ产额和离线的24Na活度,利用TALYS统计模型给出的反应道分支比,导出了熔合反应的总截面。通过对比不同实验得到的总截面,定量研究了统计模型修正所带来的系统误差:在线γ分支比修正引入的系统误差为14%;由离线24Na活度测量得到总截面时,~(24)Na分支比修正带来的系统误差也为14%。     

低气压多丝正比室及其在放射性束流实验中的应用

介绍了为在放射性束流线上开展精确的散射和反应实验中,对入射束流的角度和有效数目等进行在线监测而设计制造的低气压多丝正比室.它透射性好,不干扰束流,并方便在真空环境中工作.测量表明,它的位置分辨率约0.5mm.对20—30MeV/u的低Z的放射性束流有着大于90%的位置探测效率,适用于中能次级束实验靶前的束流定位及在线监测,也可用在靶后测量出射带电粒子的角度.     

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实验研究了超强激光与平面薄膜Cu靶的相互作用中,在靶背法线方向产生的离子能量分布.实验中采用固体核径迹探测器CR39和Thomson谱仪相结合测量离子能谱.实验中同时测量到了质子和C4+、C3+、C2+和C1+离子.实验结果表明:离子沿着靶背法线方向发射,离子在一定能量处出现截断;在固体核径迹探测器CR39上可以看出碳离子信号比质子信号弱,质子的产额远高于碳离子,质子对碳离子有屏蔽作用;在相同发次中C4+、C3+、C2+和C1+离子随着荷质比的增大,相应离子的截止能增加.     

~(12)C离子与各种靶核相互作用的裂变激发函数

本工作采用金硅面垒型半导体探测器和固体径迹探测器测量了57.0—73.0MeV~(12)C ~(169)Tm,~(175)Lu,~(181)Ta,W,Re,Pt.~(197)Au,Pb和~(209)Bi裂变反应碎片角分布和裂变激发函数。由相当于全动量转移的裂变事件的碎片角分布统计理论直接确定了全熔合反应截面σ_(fu),从而获得了作为激发能函数的〈Г_f/Г_n〉实验值。与理论计算符合得到裂变位垒高度,标准偏差为2.5MeV。实验上确定的裂变位垒与非旋转液滴模型计算值相符合。用同样方法,我们还分析了已经发表了的~(12)C ~(174)Yb,~(12)C ~(198)Pt,~(16)O ~(142)Nd,~(16)O ~(170)Er,~(16)O ~(181)Ta和~(18)O ~(192)Os裂变反应激发函数,研究了裂变位垒随裂变核质量数A的变化,并且和液滴模型理论做了比较。     

氘核与聚变中子耦合输运方法及应用

对加速器驱动中子发生器的数值模拟包括离子输运、聚变反应、中子输运等。由于核反应截面远低于带电粒子输运的库仑截面,且核反应平均自由程远大于靶厚度,直接蒙卡抽样难以抽到聚变反应。在MCNPX程序基础上,采用“强迫”聚变方法,即每个入射氘核必发生一次聚变反应,聚变反应处氘核的真实状态(位置、能量和方向)以抽样产生,并以此状态来确定聚变中子的出射状态,实现了氘核与聚变中子的耦合输运模拟计算。研究结果表明,该方法能够给出氘核输运对聚变中子能谱和角分布的影响,中子产额计算结果符合预期。     

INFLUENCE OF THE NEUTRON NUMBER OF TARGET NUCLEUS ON CROSS SECTIONS OF PARTICLES EMISSION IN 12C+112,124Sn

The energy spectra and angular distributions of Li, Be, B particles emitted from the ¹²C+¹¹²Sn and ¹²C+¹²⁴Sn reactions at E_L=70.0MeV are measured. The angular distributions of the Li, Be, and B particles are found to be peaked around the grazing angle, without any forward peaked component.
The experimental results also showed that the cross section for emission is larger in ¹²C+¹¹²Sn reaction than that in ¹²C+¹²⁴Sn reaction, in contrast with the cross sections for Li, Be and B emissions. The indicates the effect of the neutron number of the target nucleus on the emission probability.     

轻丰中子核反应中子集团产生截面的理论研究

采用Boltzmann-Langevin方程研究了能量为35MeV/u的¹⁴Be, ⁸He,⁶He,¹¹Li,¹⁷B,¹¹Be,¹⁹C与¹²C靶的反应,计算了产生中子集团的截面, 发现^14,Be与¹²C靶反应产生⁴n的截面与实验值符合得很好. 通过这几个入射核与¹²C靶形成中子集团截面的对比, 发现核的晕中子越多产生中子集团的截面越大, 晕中子数相同时, 质量数越大产生中子集团的截面越大.中子集团可能主要来自晕核子.     

The Reaction Cross Section and Neutron Removal Cross Sections of 17C

The reaction cross section, together with the one-, two- and three neutron removal cross sections, of ¹⁷C with the energy of 79A MeV on carbon target were measured using the radioactive beam line RIPS of RIKEN. The reaction cross section and the one-neutron removal cross section were analyzed within the frame of Glauber model. Both the analyses favor the dominant configuration of a ¹⁶C core (2⁺) plus a d_5/2 valence neutron for ¹⁷C. The work for the neutron-rich carbon isotope on the reaction cross section σ_R and the interaction cross section σ_I on ^{12C target are summarized.}     

用QMD模型研究晕核 11 Be+208Pb的熔合机制

通过用QMD模型研究晕核^11Be ^208Pb的近垒熔合反应,发现晕核引起的熔合反应中,并存着两种相互竞争的机制：一方面当入射晕核^11Be靠近靶核时,由于^11Be是弱束缚体系,与靶核的相互作用可使其很容易破裂或少数核子被靶核俘获形成核子转移反应,从而对于熔合表现出压制;另一方面当^11Be的少数中子进入靶核并与靶核相互作用而使得靶核有些激发,而使局部半径增大,导致熔合势垒降低,熔合截面增强。用QMD模型计算出的熔合截面与实验值基本符合,垒附近表现出增强效应。     

推广的Glauber理论及其在晕核散射中的应用

介绍了推广到晕核散射的Glauber理论,并用其研究晕核¹⁴Be的散射问题.弹核的密度分布分别采用谐振子密度分布和相对论平均场理论计算得到具有两个晕中子结构的密度分布,对晕核模型的多重积分采用蒙特卡洛数值积分方法.计算了不同能量下¹⁴Be,¹²Be与靶核¹²C散射的反应截面,并与实验结果进行比较,¹⁴Be的两个中子采用具有晕中子密度分布的理论计算与实验符合较好,而采用不具有晕中子密度分布的结果与实验值相差较大.     

Heavy-ion fusion at low energies

Through precision measurements of fusion cross sections at energies close to the Coulomb barrier and through the application of the method of “experimental barrier distributions” which these permit, many recent advances have been made in our understanding of the dynamical processes occurring during a heavy-ion collision. It is now clear that the target and projectile reach one another in superpositions of states which correspond to different orientations for rotational nuclei or to different induced deformations for vibrational nuclei. The creation of a neck of neutron matter has also long been postulated and by studying the isotopic dependence of the fusion reaction, some recent results in the ¹⁰Ca+^90,96Zr systems appear to confirm this result. For large Z ₁ Z ₂ a type of extra-push effect can arise from the same inelastic entrance-channel effects which enhance the fusion of lighter systems, though this will be absent in cases where the enhancement arises from neutron transfers. The existence of different barriers will of course influence all other reaction channels. Fusion simply allows one to visualise the barriers most easily, since for this process, the total cross section is an incoherent sum of the contributions from all relevant eigenchannels. Some effects in other channels have already been observed. Other possible effects will be discussed. These include; the exploitation of the lowest-energy barrier to produce exotic evaporation residues and strongly deformed high-spin states at low excitation energy.     

Design of a neutron-TPC prototype and its performance evaluation based on an alpha-particle test

A neutron-TPC(n TPC)is being developed for use as a fast neutron spectrometer in the fields of nuclear physics,nuclear reactor operation monitoring,and thermo-nuclear fusion plasma diagnostics.An n TPC prototype based on a GEM-TPC(Time Projection Chamber with Gas Electron Multiplier amplification)has been assembled and tested using argon-hydrocarbon mixture as the working gas.By measuring the energy deposition of the recoil proton in the sensitive volume and the angle of the proton track,the incident neutron energy can be deduced.A Monte Carlo simulation was carried out to analyze the parameters affecting the energy resolution of the n TPC,and gave an optimized resolution under ideal conditions.An alpha particle experiment was performed to verify its feasibility,and to characterize its performance,including energy resolution and spatial resolution.Based on the experimental measurement and analysis,the energy resolution(FWHM)of the n TPC prototype is predicted to be better than 3.2%for 5 Me V incident neutrons,meeting the performance requirement(FWHM5%)for the n TPC prototype.