基于北京串列加速器的若干核物理实验研究

原子核是主要由短程相互作用制约的量子复杂多体系统,储存着宇宙间绝大部分可见的质量和能量。对原子核的研究,近百年来对人类的生存发展和国家的地位与安全产生了重大影响。过去几十年,短寿命放射性原子核的奇特结构现象不断被揭示,打破了人们对原子核结构的经典认知,开启了不稳定核(放射性核)结构研究的新领域。北京串列加速器核物理国家实验室在过去30多年为我国低能核物理实验提供了基础平台。北京大学实验核物理团队长期以来发展特色实验设备,在北京HI-13串列加速器上完成了系列核物理实验,在原子核奇特结构研究中取得了一批重要成果。本文将介绍团队基于北京HI-13串列加速器开展的几项代表性工作,如基于在束γ谱学的A=70质量区Ge同位素形状演化研究,基于直接核反应实验的轻丰中子核集团结构研究,以及基于北京放射性束装置发展的共线激光谱设备和首次在线激光核谱实验等。

不稳定核奇特结构研究的发展与展望

原子核是一个由核力主导的量子多体复杂系统,相对容易发生形变、转动振动、裂变、集团共振等整体性变化。过去的三十多年,我们见证了实验室可达的核素版图的迅速扩大,以及在不稳定核研究中的一系列新发现和新突破。典型的例子如晕核及其关联的奇特结构现象、采用消色差磁谱仪实现弱流条件下在束γ谱学测量从而观察不稳定核区壳演化、不稳定核基本性质测量与新幻数、丰富的多核子关联与集团和分子结构等。未来在新的核素版图区域,特别是中重质量丰中子核区,会涉及极端奇特结构、核天体r-过程、攀登超重岛路径等重大科学问题。为了探索这些问题,世界各科技大国都在建设能够产生远离稳定线放射性核束的大科学装置,不稳定核奇特结构的研究也将迎来更大的突破。

用C语言编写的γ—电子级联过程的蒙特卡罗模拟程序GET

用Ｃ语言编写成γ—电子级联过程的蒙特卡罗模拟程序，可在ＩＢＭ系列微机上运行．程序可实时显示粒子输运与反应的模拟物理过程，并可有选择地累积各种谱。结果以事件方式与谱方式记录，可进行数据再处理。目前适用γ能区为０．１～５００ＭｅＶ，可扩展至其他能区。程序可用于γ探测器研制、核辐射防护和核医学等领域。

圆柱体BGO探测器时间性能的研究

实验测得φ40mm×40mmBGO在GDB50L和GDB44D光电倍增管上的时间分辨率为1.9,3.4ns(对^(60)Co),φ76mm×100mmBGO在GDB76F上的时间分辨率为6.3ns。用蒙特卡罗方法研究了光电倍增管对探测器时间性能的影响,预计φ76mm×100mmBGO在3英寸快管上的时间分辨率可在2.5ns以下。

用于PHENIX的面向对象数据库研究

采用面向对象技术是未来高能与核物理软件发展的主导方向，其中面向对象数据库又是重要的基础，我们对ＰＨＥＮＩＸ面对的问题为例，说明这一问题的处理方法，同时介绍了一个具体模型－ＰＥＰ过程控制数据库。

共振核反应产额曲线的退卷积处理

在利用共振核反应测元素浓度的深度分布时,共振宽度和能量歧离等严重影响测量的精度。本文详细讨论了对共振核反应产额曲线作退卷积处理的原理和方法,介绍了自行编写的一组通用程序,并对处理结果作了举例说明。实际应用表明,我们采用的方法能有效地减小共振宽度,能量歧离等的影响,适用于多种类型的产额曲线处理。尤其当元素的分布区域比较窄时,退卷积处理可大大改善对元素深度分布状况的估计。

一种高精度大范围时间测量电路的实现

在实验核物理中,经常要用到时间测量技术。时间测量有多种方式,其中用电子学方法实现时间的数字化(TDC)技术是一种常用的技术。根据对时间测量不同的需要,对其测量范围和测量的精度有不同的要求。介绍一种大测量范围高精度时间测量电路的实现,其实现的原理和设计方法。

放射性核束物理与核天体物理

基于兰州重离子加速器国家实验室 (HIRFL )的中能放射性核束线 (RIBLL)及北京串列加速器国家实验室 (HI- 1 3 )的低能放射性核束线 (GIRAFFE) ,开展放射性核束物理和核天体物理研究 ,拟解决的关键科学问题是 :远离β稳定线核的结构与反应 ;超重新核素及近滴线核素的合成和性质研究 ,极端同位旋非对称核物质特性和关键的天体核反应研究 .研究内容分成 7个课题 :(1 )晕核研究 ;(2 )新核素合成及超重新核素研究 ;(3 )丰中子核结构和反应 ;(4)丰质子核结构和反应 ;(5 )高自旋的同位旋相关性 ;(6 )关键天体核反应 ;(7)系统的理论研究 .上述研究也将是 2 0 0 5年建成的国家大科学工程——兰州冷却贮存环的主要科学目标的研究基础 .简述了近期的主要工作进展 .

加速器驱动洁净核能系统散裂靶辐射损伤研究Ⅰ.原子位移

考虑了不同入射能量的质子和中子轰击W、Pb靶 ,利用SHIELD程序系统 ,研究了我国未来可能使用的靶体的辐射损伤截面、原子位移截面和原子位移率 ,并同Wechsler的研究结果进行了比较。同时 ,对 1 6GeV的质子沿中心轴线入射长 60cm、直径 2 0cm厚铅靶在不同部位引起的辐射损伤进行了研究 ,得到合理的结果。

加速器驱动洁净核能系统散裂靶辐射损伤研究 Ⅱ.气体产生

对加速器驱动洁净核能系统散裂中子靶和靶窗材料分别在中子和质子入射情况下氦气产生截面、氦气产生率以及氦气产生率与原子位移率的比值进行了研究。

散裂中子靶能量沉积研究

利用SHIELD程序研究了中高能质子入射在长 0 6m、直径 0 2m的圆柱形铅靶上的每个入射质子产生的能量沉积。同时计算了靶材料分别为Be、C、Al、Cu、Pb和贫化铀的每个入射质子产生的能量沉积沿轴向分布。计算结果与实验数据符合很好。分别对束流为 10mA、能量为1 5GeV质子点入射。

150MeV质子入射固态金属靶性质研究

对 150MeV质子入射钨、铅和铅 铋合金固态金属靶的性质进行了研究。就靶的几何设计、靶材料选择、150MeV质子入射靶中子产额和从靶中泄漏的中子产额、泄漏中子的能谱和空间分布。

中能质子引起散裂反应的碎片质量分布研究

对 SHIELD程序进行了部分检验 ,利用 SHIELD程序计算质子入射铅的薄靶产生的靶碎片的截面及质量分布和激发函数 ,计算结果较好地再现了实验数据 .并计算了 1 .6Ge V的质子轰击长 60 cm和直径 2 0 cm的铅靶的碎片质量分布 .

对加速器驱动洁净核能系统散裂靶问题的探讨

简述了加速器驱动洁净核能靶系统的研究现状和存在的问题，对进一步可开展的工作提出了建议．

北京ISOL项目进展

北京ISOL(北京在线分离丰中子束流装置,亦简称BISOL)是由中国原子能科学研究院和北京大学联合提出的一台大科学装置。项目建设包括反应堆与加速器驱动放射性核束离子源、强流氘离子加速器、高功率靶站与核能材料辐照装置、放射性核束后加速器、放射性核束实验站等。装置建设方案已初步确定,装置建成后可产生较国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流,可开展学科基础前沿放射性核束物理的创新研究,同时兼顾先进核能系统开发和多种核技术应用的需求。

通过中高能碎裂反应研究奇异核的结构

介绍了中高能放射性核素碎裂反应实验的主要物理机制,相应的实验探测装置,以及从中可得到的放射性核素结构的信息,提出可能的发展,力求为兰州CSR上的外靶物理实验提供参考。

用于^(18)N在~9Be、^(197)Au靶上破裂反应研究的探测器系统

描述了用于放射性核束 18N在 9Be、197Au靶上破裂反应研究的探测器系统构成、性能、特点及在线实验的初步结果。

在25AMeV^6He+~9Be双中子转移反应中位置灵敏望远镜探测器的应用

叙述了25 AMeV^6He+~9Be 双中子转移反应微分截面测量的实验设计思想。对某些角度望远镜探测器的构造进行了改进,并与其它探测器一起用于出射粒子鉴别。实验的初步分析结果表明:基于双中子转移反应设计的探测器布局和构造达到了实验的设计要求。

寻找Δ-Δ双重子的实验设计

通过ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟，完成了ＴＲＩＵＭＦ实验室的寻找Δ－Δ双重子实验的设计方案。在充分利用信号过程ｐ＋ｄ→ｐ＋ｄ＊，ｄ＊→ｐ＋ｐ＋π－与背景过程ｐ＋ｎ→ｐ＋ｐ＋π－物理特性的差异的基础上，寻找到相应的切割条件，给出了实验设备的设置条件，定量地分析了实验设计对信噪比的贡献。同时还分析了出射的低能质子受终态相互作用的影响。

低气压多丝正比室性能的系统测试

介绍了对自行研制的低气压多丝正比室在低能下的系统测试结果。结果显示:在最佳工作条件下,低气压多丝正比室的位置分辨率小于 0.8 mm,时间分辨率小于2 ns,低能下的探测效率接近 100％,适合于放射性核束的束流监测。