原子核与激光的相互作用(一)——激光引起的同质异能态衰变和γLaser

用参量化的方法推导了激光引起的原子核同质异能态共振跃迁的几率,并考虑了激光频率宽度的效应.进而研究了基于以下概念发展γ激光器的可能性:即用强的可见光激光将长寿命的同质异能素转换到能量上近似兼并的短寿命同质异能素,并使后者达到粒子数反转.在分析了同质异能态的粒子占有数随时间变化的基础上,数值计算了这一途径所需要的激光强度.     

原子核与激光的相互作用(一)——激光引起的同质异能态衰变和γ Laser

用参量化的方法推导了激光引起的原子核同质异能态共振跃迁的几率,并考虑了激光频率宽度的效应.进而研究了基于以下概念发展γ激光器的可能性:即用强的可见光激光将长寿命的同质异能素转换到能量上近似兼并的短寿命同质异能素,并使后者达到粒子数反转.在分析了同质异能态的粒子占有数随时间变化的基础上,数值计算了这一途径所需要的激光强度.     

超重原子核与超重元素

研究超重原子核和超重元素,探索原子核的电荷和质量极限,是重要的科学前沿领域。超重原子核的存在源于量子效应。上个世纪60年代,理论预言存在一个以质子数114和中子数184为中心的超重稳定岛,这极大地促进了重离子加速器及相关探测设备的建造和重离子物理的发展。到目前为止,实验室合成了118号及之前的超重元素。其中116号、114号和113号以下的新元素已被命名。利用重离子熔合反应合成更重的超重元素还面临着很多挑战,需要理论与实验密切结合,探索超重原子核性质与合成机制,以登上超重稳定岛。文章概要介绍了超重原子核和超重元素的研究背景、实验进展以及面临的挑战,并展望了未来的发展。     

原子核高自旋超形变的研究(待续)

原子核超形变—重核中轴长比为2:1或3:2的长椭球形变的研究始于锕系区裂变同质异能素的发现。近年来,A～150稀土区和A～130—140轻稀土区高自旋超形变的重要发现揭开了原子核超形变研究新的一页。高自旋超形变带具有很高的角动量、激发能和转动惯量,涉及到特殊的布居机制、转动驰豫和退激方式,具有特殊的组态结构,表现出丰富的谱学性质。高自旋超形变带的研究可以提供单粒子能级和对场的信息,在核结构的实验和理论研究中都具有十分重要的意义。高自旋超形变态谱学已迅速发展为核结构研究的前沿领域之一。     

中子反应同质异能态截面比的系统学

提出了中子反应同质异能态截面比的半经验公式.该公式含有一系统学参数,适应于产物核质量数44≤A≤197、同质异能态自旋0≤J_m≤12和基态自旋0.5≤J_g≤8的中子反应.在入射中子能量E_n<20MeV能区,对该系统学参数进行了系统学研究.通过获得的半经验公式和系统学参数,可以很好地再现已有实验数据,也可较好地预言无实验数据的同质异能态截面比或同质异能态截面.     

丰中子A~100质量区内的扁椭球高K同核异能态

远离核素图上“稳定谷”的丰中子核一直是核物理学研究的热点。作为形变丰中子核的一种特殊的亚稳定激发态,高K同核异能态的形状大多数为长椭球,扁椭球的高K同核异能态非常少见。近期的一项实验认为丰中子核94Se上的$ {K}^{\mathrm{\pi }}={7}^{-} $两准粒子态为扁椭球。这是形变原子核上存在扁椭球高K同核异能态的第一个实验证据。结合相关实验,我们猜测可能有其它尚未发现的扁椭球高K同核异能态存在于丰中子A~100质量区。利用组态限制势能面计算方法,本文对丰中子A~100质量区内的$ {K}^{\mathrm{\pi }}={9}^{-} $和$ {K}^{\mathrm{\pi }}={7}^{-} $两准粒子态进行了研究,并预言了此质量区内扁椭球高K同核异能态的可能位置。根据Nilsson模型,扁椭球高K同核异能态的存在与费米能级附近的高Ω单粒子轨道有关。这些高Ω单粒子轨道来源于高j闯入态在扁椭球形变时的退简并。扁椭球高K同核异能态是研究丰中子核形变参数、激发能等物理性质的理想对象,有助于加深我们对于形变原子核能级结构的理解。     

同核异能素百年回顾

同核异能素指原子核的长寿命激发态,通常发生γ跃迁、β衰变、裂变、α衰变、质子发射等衰变.原子核激发态的半衰期常不到1 ps.寿命多长才能被称为同核异能素并无统一界定.一般认为,为了能够计数,同核异能素的半衰期应该长于1 ns.同核异能素通常可以通过重核裂变、重离子反应、超强激光等方法产生.自同核异能素被发现以来的一个世...     

手征带双重带候选核三轴形变的微观研究

利用三轴形变的相对论平均场(RMF)理论讨论了A～100核区手征双重带候选核的三轴形变. 检验了RMF计算结果对基展开主壳数的收敛性．基于PK1有效相互作用的形变约束计算, 给出了该核区Rh, Ag和In等同位素原子核的基态形变, 预言了A～100核区可能存在手征双重带的原子核.     

原子核高角动量激发

用推转壳模型计算研究了原子核的高速转动运动及其结构特性.讨论了A～50区核的转动特性;A～80$区(N=Z)核的形状共存问题; A～110$区丰中子核的扁椭球形变的稳定性. 基于壳模型理论, 我们用限制组态绝热堵塞方法计算讨论了A～130, 180和超重核区的高角动量同核异能态,系统预言了高角动量多准粒子态的存在, 并指出这些核态可以有较长的寿命, 这对于不稳定核的研究是很有帮助的. 计算解释了不少典型的实验观测, 一些理论预言已经被最近的实验证实.     

质子数Z分别位于Ru之上和之下的A～(100～126)丰中子原子核三轴形变在原子核形状变迁和共存中的重要作用（英文）

基于Ru(Z=44)丰中子同位素中存在最大三轴形变的理论预言和实验证据,综述了近年来Rh(Z=45),Pd(Z=46),Ag(Z=47),Cd(Z=48)(质子数Z位于Ru,Z=44之上)及Zr(Z=40),Nb(Z=41),Mo(Z=42),Tc(Z=43)(质子数Z位于Ru,Z=44之下)的A～(100～126)丰中子同位素中关于三轴形变的形状变迁和形状共存系统性研究的重要进展。252Cf自发裂变瞬发γ射线γ-γ-γ三重符合、特别是新建立的γ-γ-γ-γ四重符合数据的系统观测和研究,在Ru,Pd,Cd和Nb丰中子同位素中显著扩展或首次观测到了一系列能带,为这个核区原子核形状的研究提供了新的、重要的实验数据。联系此前报道的有关进展,使用PES,TRS,PSM,CCCSM和SCTAC理论模型计算拟合新的实验数据,在该核区沿同中素和同位素链,并随自旋和激发能变化各自由度,跟踪原子核形状渐进变化,获得了新的系统性研究成果,显著扩展和深化了人们对原子核形状变迁和形状共存的认知。对于Ru及其上的Rh(Z=45),Pd(Z=46),Ag(Z=47)和Cd(Z=48)丰中子同位素的研究表明:Rh丰中子核具有比最大值稍小的三轴形变,γ=-28°,并在103–106Rh同位素链上鉴别出了手征对称破缺;在三轴形变核112Ru和114Pd(N=68)中发现了三轴原子核的摆动运动,该摆动运动也可能在114Ru(N=70)中存在;观察到了从具有最大三轴形变的110,112Ru中手征破缺到稍小三轴形变的112,114,116Pd中扰动的手征破缺的过渡;在较软的Ag核中观察到了丰富的谱学结构,在104,105Ag中鉴别出了可能的手征对称破缺,在较重的115,117Ag中提出了趋于三轴形变的γ软度;具有小形变的Cd核的能级结构被解释为准粒子耦合、准转动和软三轴形变;最近的库伦激发的研究提供了Z=50,N=82满壳附近122,124,126Cd核中出现核集体性的实验和理论证据;上述研究成果展现出从Ru中的最大三轴形变(γ=-30°,三轴形变极小增益为0.67 Me V),经具有大三轴形变的Rh核(γ=-28°),到Pd核中的稍小、但稳定于中等自旋到高自旋区的三轴形变(γ～-41°,三轴形变极小增益为0.32 Me V),再经Ag核中的γ软度,最后到具有很小形变、但仍出现集体性质、包括软三轴形变的Cd核的过渡。对于Pd核转动带交叉系统性的研究揭示了其第一带交叉(νh11/2)2中子转动顺排的上行γ驱动,和第二带交叉(πg9/2)2质子转动顺排的下行γ驱动效应,成功地解释了114Pd中的三轴摆动运动,并给出了110-118Pd同位素链中理论早已预言、而比早期理论预言更为完整准确的形状渐进变迁和形状共存的图像。根据该核区的系统研究,发现最大三轴形变出现在112Ru,而在相邻的偶Z(Pd)同位素链,三轴形变极小的中心在114Pd,两者均为N=68。上述系统性研究沿相邻的Ru和Pd偶Z同位素链,在N=68同中素中鉴别出最大三轴形变,均比理论预言的108Ru和110Pd多4个中子。在Z值位于Ru(Z=44)之下的Zr(Z=40),Nb(Z=41),Mo(Z=42)and Tc(Z=43)丰中子同位素中,Y和Zr核具有很强的轴对称四极形变,而在较重的Zr同位素中出现了γ自由度;较重的Nb核(A=104～106)基态具有中等程度的软三轴形变和强四极形变,随着自旋和激发能的增加,过渡到接近于轴对称的强四极形变;而较轻的Nb核(A 103)基态均接近轴对称形状;在Nb同位素链上基态由球形到强四极形变的形状突变发生在100Nb(N=59),在100–106Nb同位素链中基态的软三轴形变随中子数增加而增加;在Nb核中还观察到关于软三轴形变的形状共存;Mo核具有大的三轴形变,观察到了γ振动和手征对称破缺;Tc核具有比最大值稍小的三轴形变,γ=-26°,并观察到了手征对称破缺。质子数Z从41到48的A～(100～126)丰中子同位素,特别是Pd和Nb同位素,呈现出关于三轴形变的过渡特征。     

130Ce的Kπ=7－同核异能态的形状研究

用组态限制的方法研究了¹³⁰Ce的K^π=7^－同核异能态的形状. 计算的激发能与实验值很好地符合. 计算得到的形变表明这个同核异能态具有大小和基态大致一样的长椭球形状. 不过, 它的势能面在γ自由度上非常软, 这很可能是导致其K混合的原因.     

超重核294118及其α衰变链的基态性质

用形变约束的相对论平均场理论系统研究了超重核²⁹⁴118及其α衰变链的基态性质, 给出了这些原子核的每核子结合能和α衰变能以及基态形变, 并与实验结果进行了比较, 发现理论计算和实验结果符合得很好, 表明相对论平均场理论对超重核基态性质的描述是合理有效的.     

奇—奇核~（114）Pm高自旋同质异能态及其衰变纲图的研究

用高自旋同质异能态次级束流线实验装置，对１４４Ｐｍ的高自旋同质异能态进行了快速分离，并做了γ射线的符合测量．结合γ射线激发函数和各向异性的测量结果，首次建立了奇—奇核１４４Ｐｍ的高自旋同质异能态的衰变纲图，其中１９条高自旋能级和２９条γ射线是由本工作指定的．离子γ射线关联测量确定了１４４Ｐｍ的高自旋同质异能态的半衰期大于２μｓ．通过系统性比较以及变形的独立粒子模型理论计算，指定了高自旋同质异能态的粒子组态可能为，自旋宇称为，并具有形变参数为β＝－０．１８的扁椭球形状．     

超重核性质与合成机制的理论研究

探索原子核的电荷与质量极限,合成长寿命超重核是当前原子核物理研究的重要前沿问题之一。本文综述了我们近几年在超重原子核结构性质与合成机制方面取得的理论研究进展。在结构性质方面,利用处理对关联的粒子数守恒方法,基于推转壳模型,系统研究了锕系核与超镄核低激发谱,发展了多维形状约束的协变密度泛函理论并用于研究锕系核势能面和裂变位垒以及N=150同中子素中的非轴对称八极关联等。在超重核合成机制方面,系统研究了利用重离子熔合反应合成超重核的三步过程,包括俘获过程——提出了一个位垒穿透概率新公式、熔合过程——提出了一个基于动力学形变势能面的双核模型、存活过程——系统研究了激发态超重复合核存活概率等。系统研究了合成超重核的热熔合反应,得到的熔合蒸发截面与实验符合,并预言了合成119和120号超重元素的生成截面。     

在地球物质中寻找超重元素

一、超重元素存在的理论预言 到目前为止,已经发现的元素有 107种,核素有1900多种.如果我们以原子核内的中子数N为横坐标。质子数Z为纵坐标,把所有稳定的与放射性的核素标在核素图上,便可以看出,自然界中已知的稳定原子核聚集在中子数接近质子数成一定比例的范围之内,称为稳定带、稳定半岛(见图1).那些中子数或质子数远离稳定带的原子核会发生β衰变(放出正或负电子与中微子)和α衰变;近年来又发现有质子发射;或者俘获电子等转变达到稳定带. 原子序数超过84的重元素都是不稳定的.它们自发地进行α衰变、β衰变或自发裂变等.一般地讲.愈重的…     

原子核高自旋超形变谱学研究

本刊1988年第三、四期“原子核高自旋超形变的研究”一文对高自旋超形变谱学作了初步介绍。本文综合分析近两年来该领域的新进展。两年来,A～190Hg-Pb 超形变区的确认;A～150区奇质子核及更多超形变核的发现;A～130—140区奇质子超形变核和Sm 超形变核的研究;同一个核中多重超形变带的发现;各超形变区超形变带丰富的谱学现象,超形变组态-高j 侵入轨道的不同占据对超形变带谱学性质的成功描述,及对理论模型的检验和修正;A～190和A～150区相邻(同位素和同中素)核中超形变带一系列性质的极端相似—超形变带中内禀自旋排列和质子激发的发现;超形变、高自旋下的对关联研究;超形变带退激馈入正常形变带的时间延迟的实验测定;超形变退激机制的研究;应用于Hg-Pb区超形变带自旋指定的一种有效方法等,都是原子核超形变研究的主要成果。此外,锕系区超形变核中与同质异能裂变竞争的、由位能面第二极小向第一极小退激的“返回”γ衰变(E1跃迁)的实验测定,是原子核在零自旋和低自旋下超形变研究的一个重要进展。     

丰中子Zn核素奇特核结构讨论和展望

不稳定核结构是当前核物理研究的前沿热点问题之一,尤其是针对丰中子幻数核附近的区域。中子数N=40, 50附近镍区域核素展现出丰富的结构特征,激励了众多理论和实验研究。原子核的基本性质与核的结构密切相关,这里我们选择分析丰中子Zn(Z=30)同位素的基本性质来进一步了解这一核区的核结构特征。本文回顾了在欧洲核子中心(CERN)的ISOLDE测量Zn 同位素的实验,基于62–80Zn 核素基态和长寿命同核异能态的自旋、磁矩、电四极矩以及电荷均方根半径等基本性质,并结合各种大规模壳模型计算结果,系统地讨论了这一核区的壳结构演化、幻数特征、奇特形变和形状共存,以及核子间关联激发等物理现象。最后,基于已有的实验数据和物理现象,以及理论预言的 N=50以上镍核区的能级演化特征,我们提出在ISOLDE的共线共振电离谱装置上测量更加丰中子的81,82Zn 核素基本性质的实验设想。     

轻原子核的变形

近来分析轻原子核的能谱发现有些原子核似有转动能级。本文根据综合模型的理论对一些轻原子核的基态、激发态和变形之间的关系加以研究。在讨论中考虑了对能及转动微扰的影响,结果发现转动微扰对於形变的影响颇大,在某些情形例如:O¹⁷,O¹⁸能将长形变成球形,并且改变能级的组态的次序。     

N=28丰中子核的形变和形状共存研究

利用同位旋依赖的尼尔逊势,在宏观-微观理论框架下,计算了幻数N=28同中子链上原子核的性质,研究了N=28同中子链上原子核的形变和形状共存现象. 研究结果表明,N=28这个幻数在Na,Mg, Al同位素链上有着强的形状共存现象. 此外,计算表明⁴²Si的基态为扁椭球,同时在Si同位素链上的形状共存现象相对较弱. 关键词： 同位旋 幻数 形变 形状共存     

裂变产物衰变链设计

根据核科学参考文献库,对半衰期、缓发中子发射几率等进行了更新评价,采用系统学研究和理论研究相结合的评价方法对裂变产物中不确定的基态进行了自旋指定,对部分存在问题的数据进行了必要修正;对衰变子核存在同质异能态的放射性核素,根据衰变纲图和内转换系数重新计算得到退激至子核同质异能态和基态的分支比数据。在此基础上,结合现有核结构和衰变数据库,研制了裂变产物衰变链设计专用衰变数据库,按照衰变规律,建立了裂变产物衰变路径和衰变信息的完整衰变链,本工作为裂变产物分析和裂变产额研究提供了一个便利参考。