原子核Gamow-Teller共振和β衰变寿命的超越平均场描述

原子核的β衰变是决定宇宙中从铁到铀重元素合成的关键核过程之一。原子核β衰变的主导核跃迁是Gamow-Teller(GT)跃迁,因此,研究原子核β衰变寿命的关键是准确描述原子核的GT跃迁。描述原子核GT跃迁和β衰变寿命最常用的理论模型之一为无规相位近似(RPA)模型。然而,由于该模型仅考虑了一粒子一空穴激发组态,因此无法给出GT共振宽度,并容易高估β衰变寿命。为了克服上述困难,基于Skyrme密度泛函,发展了包含粒子振动耦合效应的无规相位近似(RPA+PVC)模型。相比于RPA模型,该模型在组态空间进一步考虑了一粒子一空穴和声子的耦合组态,从而包含了超越平均场的多体关联效应。为了推广至开壳原子核的研究,进一步考虑了对关联效应,发展了包含准粒子振动耦合效应的准粒子无规相位近似(QRPA+QPVC)模型。基于上述模型,研究了幻数原子核和超流原子核的GT跃迁、β衰变和β+/电子俘获。研究发现,采用同一组Skyrme相互作用参数SkM*,上述模型能够重现实验测量的GT共振宽度和跃迁强度分布,部分解释实验观测的GT跃迁强度压低问题,并同时改进对β衰变寿命的描述。该文针对上述最新研究进展进行了综述,并对将来的发展方向给出展望。     

等待点N=82附近核素β~-衰变寿命的研究

利用提出的远离稳定线附近的原子核β-衰变寿命的指数规律理论计算公式,对N=82附近快中子过程中等待点核素的β-衰变寿命进行了理论计算,比较了所获得的计算结果与最新的理论结果和实验结果并加以讨论.研究表明,相对于理论复杂和计算时间长的微观理论计算而言,利用考虑壳效应的远离稳定线的原子核β-衰变寿命指数规律理论计算公式能较快且准确地得出快中子俘获过程(R过程)等待点核素的β-衰变寿命.这能为R过程核素合成网络计算研究提供有效可靠的重要物理输入,并对今后天体中核素的合成研究具有重要意义.     

利用改进的Gamow-like模型研究原子核的α衰变和质子放射性

通过引入离心势和静电屏蔽效应对Gamow-like模型进行了改进,并将其用于α衰变和质子放射性研究,发现改进的Gamow-like模型能更好地符合实验数据。另外,还利用改进的Gamow-like模型预言了16个丰质子核的质子放射性的半衰期以及7个$Z=120$超重核素($^{296-308}120$)α衰变链上原子核的α衰变的半衰期,为将来在大科学装置上合成和鉴别这些新核素提供重要的理论参考。     

145Er的β延发质子衰变性质研究

通过92Mo(58Ni, 2p3n)熔合蒸发反应生成了非常缺中子核145Er。利用氦喷嘴带传输系统把研究目标核传输到低本底测量站, 进行了质子 γ符合测量, 得到了不受同量异位素干扰的145Er的β延发质子谱。经过仔细分析与延发质子符合的γ谱, 发现了145Er的11/2-同核异能态具有β延发质子衰变性质。经拟合退激144Dy不同激发态γ跃迁的衰变曲线, 得出145Er的1/2+基态和11/2-同核异能态的半衰期分别为(1.6±0.6)和(0.6±0.1) s。最后, 简单介绍了中重质量区缺中子新核素的合成及衰变研究计划。The neutron deficient isotope 145Er was produced via the fusion evaporation reaction 92Mo(58Ni, 2p3n). The reaction products were transported to a low background counting area using a He jet tape transport system, and proton γ coincidence measurements were carried out. Based on the analysis of γ transitions in coincidence with β delayed protons, the β delayed proton decay of an νh11/2 isomer in 145Er was proposed. By fitting the decay curves of the γ transitions depopulating the low lying states in 144Dy, the half lives of the ground state and the νh11/2 isomeric state in 145Er were deduced to be (1.6±0.6) and (0.6±0.1) s, respectively. An experimental plan to synthesize new β delayed proton precursors in the medium heavy mass region has been presented.     

利用磁谱仪研究原子核的β衰变

在原子核β衰变费米理论的基础上,利用近代物理实验中的磁谱仪测量了90Sr-90Y β放射源的动量分布,进而研究它的库里厄(Kurie)图.结合β衰变容许跃迁和禁戒跃迁的库里厄图特征,对实验数据进行了形状因子S1的改正,得到的数据能和90Sr-90Yβ放射源的跃迁性质、原子核能级自旋和宇称相吻合,有助于学生对原子核β衰变更深入的认识和进一步扩展近物实验的研究内容.     

Bi同位素链上原子核α衰变性质的理论研究

采用结团模型(clustermodel)计算了从10752Te到292116共443个核素α衰变的半衰期,所得结果与实验值符合得很好,显示了结团模型可以成功地应用于研究原子核α衰变的性质。同时研究了Bi同位素链上奇A核α衰变的半衰期,计算结果与已有的实验值的偏差一般在3倍以内,进而对实验上未知α衰变半衰期的原子核的性质进行了预言。这有助于将来在实验室探测与鉴别这些原子核以及研究它们的α衰变性质。理论与实验的比较将加深人们对原子核结构的认识。     

稀土区近滴线的β缓发质子衰变

简要回顾了自20世纪70年代以来实验研究稀土区β缓发质子衰变的历史. 综合报道了在过去10年内中科院近物所实验研究稀土区近滴线核的β缓发质子衰变的进展, 主要包括首次观测沿奇Z质子滴线的9种新核素的β缓发质子衰变以及rp-过程中两种等待点核的衰变新数据, 并将这些结果与不同的核模型理论计算进行了比较和讨论. 最后对今后的工作进行了初步展望.     

r-过程路径核β——衰变半衰期的估算

分析了20 < A < 190范围内丰中子核β衰变的实验数据,根据半衰期随质子数、中子数以及衰变能变化所呈现的壳效应和对效应等特点,提出了一种有效估算丰中子核β衰变寿命的公式。新的计算公式形式简单包含了较少的参数、计算量小。用该公式能较为准确地再现丰中子核的β衰变半衰期。用RIKEN最新测量丰中子核半衰期检验了该公式的外推能力,本工作可以为r-过程研究提供可靠的输入数据。Experimental data of the β--decay half-lives for the nuclei with atomic number between 20 and 190 are investigated. We have systematically studied the shell effects and pairing effects on β--decay half-lives versus the decay energy Q and nucleon numbers (Z, N). An empirical formula has been proposed to calculate the β--decay half-lives of neutron-rich nuclei. The empirical formula is simple and has relatively few parameters. Experimental β--decay half-lives of the neutron-rich nuclei are well reproduced by the new formula. In addition, the extrapolating capacity of this formula has been checked with the very recent experimental data from RIKEN. The predicted half-lives for r-process relevant nuclei with the current formula can be served as the reliable input of r-process model calculations.     

93Pd的β缓发质子衰变

通过⁵⁸Ni(⁴⁰Ca,3n2p)反应合成等待点核⁹³Pd,采用氦喷嘴带传输系统加p-γ符合,观测到了它的β缓发质子衰变,测得其半衰期为(1.3±0.2)s.采用统计模型计算拟合了实验测得的β缓发质子能谱和布居到质子发射体子核不同终态的分支比,指认了⁹³Pd的基态自旋为9/2.用Woods-Xason Strutinsky方法计算了⁹³Pd的核位能面,其结果表明93?Pd基态自旋宇称可能为9/2⁺.     

Skyrme张量相互作用对可能的等待点原子核β衰变半衰期的影响(英文)

使用基于Skyrme相互作用的HFB+QRPA模型研究N~82和126的同中子异位素链的β-衰变的半衰期。在计算中所使用的张量相互作用和同位旋标量（IS）对相互作用都是很好地被约束了的。比较了张量相互作用和IS对相互作用对半衰期的影响。IS对相互作用的强度与相应的同位旋矢量（IV）对相互作用的强度相当时,对N~82和126的同中子异位素链中有大的中子过剩的原子核的半衰期影响很微弱。而张量相互作用采用最近约束的强度时对半衰期的影响非常显著。The β-decay half-lives of N ~ 80 and 126 isotonic chains are calculated with HFB+QRPA models based on Skyrme force. In the calculations, the well constrained Skyrme tensor interaction and isoscalar spin-triplet (IS) pairing interaction are included so that to study their effects on the half-lives. The effects of tensor interaction and IS pairing interaction on the half-lives are compared. The IS pairing interaction with strength similar to that of isovector (IV) one produces only a trivial effect in N ~82 nuclei, and N ~126 nuclei with big neutron excess. While the tensor interaction with presently constrained strengths produces an obvious effect.     

密度依赖的结团模型研究原子核的α衰变和结团放射性

讨论了原子核α衰变和结团放射性的一个新的结团模型:密度依赖的结团模型（DDCM）。DDCM基于微观真实的核势和库仑势,可以在统一的框架下计算原子核的各种衰变模式的半衰期。通过对原子核α衰变和结团放射性的系统计算,发现DDCM能够精确给出原子核α衰变和结团放射性的半衰期,理论值和实验值的偏差一般在3倍以内。这表明密度依赖的结团模型具有很好的适用性并可以为将来的实验提供较准确的预言。We have discussed a new cluster model of α-decay and cluster radioactivity: the density-dependent cluster model （DDCM）, which is based on the microscopic nuclear potential and Coulomb potential. DDCM can give accurate theoretical half-lives for various decays of nuclei in a unified framework. Through a systematical calculation of half-lives of α-decay and cluster radioactivity, we find that the deviation between DDCM and experiment is usually less than a factor of 3. This good agreement shows that the density-dependent cluster model can further provide reliable predictions for future experiments.     

利用有效液滴模型对超重元素α衰变半衰期的研究

利用有效液滴模型计算了偶偶超重核的α衰变半衰期,计算过程中采用了保持碎片体积守恒的不对称形状描述以及有效惯性系数计算Gamow势垒穿透因子.首先在质子数Z为88—98的区域检验了有效液滴模型,发现计算结果与实验符合得比较好.随后将此模型推广到Z≥100的情况,虽然只用了两个模型参数,计算结果与实验数据符合,说明有效液滴模型是计算偶偶超重核素α衰变半衰期的一个成功模型.     

基于结团形成模型系统研究Z=82,N=126闭壳附近原子核的α衰变

基于结团形成模型（cluster-formation model,CFM）系统地研究了质子数Z=82,中子数N=126闭壳附近的α衰变母核的α衰变预形成因子P_α。计算结果表明:基于结团形成模型计算得到的P_α线性地依赖于价质子（空穴）N_p和价中子（空穴）N_n的乘积。这与前期工作[SUN X D,et al.Phys Rev C,2016, 94 （2）:024338;DENG J G,et al.Phys Rev C,2017, 96 （2）:024318]得到的结论是一致的,其中,P_α是唯象的且模型依赖的,从α衰变半衰期的理论值和实验值的比值中提取。结合前期工作可以得到这样的结论:对于Z=82,N=126闭壳附近的α衰变母核,其P_α与N_pN_n呈线性关系,且价质子-价中子相互作用在α结团预形成中起了很重要的作用。In the present work, the α decay preformation factors P_α are systematically studied within the cluster-formation model (CFM) for nuclei around Z=82, N=126 closed shells. The calculations show that the P_α calculated by CFM is linearly dependent on the product of valance protons (holes) and valance neutrons (holes) N_p N_n. It is consistent with our previous works[SUN X D, et al. Phys Rev C, 2016, 94 (2):024338; DENG J G, et al. Phys Rev C, 2017, 96 (2):024318], which P_α are model-dependent and extracted from the ratios of calculated α decay half-lives to experimental data. Combining with our previous works, we confirm that the P_α is linearly dependent on the N_pN_n for nuclei around Z=82, N=126 shell closures. In addition, the valance proton-neutron interaction plays a key role in the α preformation.     

首次测定短寿命缺中子同位素~（153）Er和~（157）Yb的EC／β~＋衰变

利用（１６）Ｏ重离子束轰击（１４２）Ｎｄ和（１４７）Ｓｍ同位素靶分别生成（１５３）Ｅｒ和（１５７）Ｙｂ．借助氦喷嘴带传输系统和Ｘ－γ、γ－γ符合测量方法分离鉴别核素并测量其衰变性质．首次建立了（１５３）Ｅｒ和（１５７）Ｙｂ的ＥＣ／β＋衰变纲图．从中指认出（１５３）Ｈｏ的一个新三（准）粒子态和两个新单粒子态，指认出（１５７）Ｔｍ的一个新的同质异能态和一条新转动带．低位能级系统分析表明：在Ｈｏ和Ｔｍ这两条奇Ａ核的同位素链中基态形状的转变区都在中子数８６和８８之间．     

推广的液滴模型对超重核288115及其α衰变链性质的研究

运用推广的液滴模型来确定新核素²⁸⁸115及其α衰变链上核的衰变位垒, 采用量子力学中处理α衰变的WKB方法, 对该链上各原子核的α衰变半寿命进行了研究．计算结果表明推广的液滴模型结合WKB方法可以很好地在超重区符合α衰变半寿命的实验值. 同时把推广的液滴模型的计算结果和采用密度相关的M3Y微观核力的结果做了详细的比较, 宏观模型(推广的液滴模型)和微观模型(密度相关的M3Y微观核力)计算的α衰变半寿命以及实验值三者之间的符合是对新核素²⁸⁸115及其α衰变链上核半寿命很好的检验.     

具有标量粒子的人工色模型下稀有辐射衰变b→Xsγ的研究

在具有标量粒子的人工色模型下计算了遍举衰变b→Xsγ的O(α_s)修正.发现当使用ALEPH实验数据时,此模型预言的衰变宽度可以减少到标准模型值的50%.CLEO实验下限与标准模型值相比较减少了33%,它比B→B混合对此模型参数空间的限制更严.此模型预言的b→Xsγ分支比在部分参数空间上与标准模型有大的偏差,有望在即将投入运行的升级CLEO探测器和B介子工厂上观察到.     

Mn掺杂Zn-In-S量子点的制备及发光性质研究

制备了Mn掺杂Zn-In-S量子点并研究了Zn/In的量比和反应温度对其发光性质的影响。在Mn掺杂的Zn-In-S量子点的发光谱中观测到一个600 nm发光带。通过改变Zn/In的量比,掺杂量子点的吸收带隙可从3.76 e V(330 nm)调谐到2.82 e V(440 nm),但600 nm发光峰的波长只有略微移动。这些掺杂量子点的最长荧光寿命为2.14 ms。当反应温度从200℃增加到230℃时,掺杂量子点的发光强度增加并达到最大值;而继续升高温度至260℃时,发光强度迅速减弱。此外,测量了Mn掺杂Zn-In-S量子点的变温发光光谱。发现随着温度的升高,发光峰位发生蓝移,发光强度明显下降。分析认为,Mn掺杂Zn-In-S量子点的600 nm发光来自于Mn2+离子的4T1和6A1之间的辐射复合。     

首次测定短寿命缺中子同位素153Er和157Yb的EC/β+衰变纲图

利用¹⁶O重离子束轰击¹⁴²Nd和¹⁴⁷Sm同位素靶分别生成¹⁵³Er和¹⁵⁷Yb.借助氦喷嘴带传输系统和X-γ、γ-γ符合测量方法分离鉴别核素并测量其衰变性质.首次建立了¹⁵³Er和¹⁵⁷Yb的EC/β⁺衰变纲图.从中指认出¹⁵³Ho的一个新三(准)粒子态和两个新单粒子态,指认出¹⁵⁷Tm的一个新的同质异能态和一条新转动带.低位能级系统分析表明:在Ho和Tm这两条奇A核的同位素链中基态形状的转变区都在中子数86和88之间.