中国原子能科学研究院核物理基础研究最新进展与展望

核物理是物质科学研究的基础研究前沿和重大应用领域之一,对人类探索物质结构的微观层次、国家的地位与安全发挥了重大作用。中国原子能科学研究院(简称原子能院)核物理基础研究团队依托北京放射性核束装置、HI-13串列加速器、锦屏深地核天体物理加速器等实验设施,开展了核物理基础相关实验与理论研究,在质子晕核破裂机制、不稳定核衰变新模式、核天体反应深地高精度测量、激光驱动核反应等方面取得了多项创新研究成果。本文评述了“十四五”期间原子能院在核物理基础研究方面取得的一些最新进展,并展望了原子能院未来在核物理大科学装置、特色中小型装置、核理论、新型实验技术、学科交叉融合等方面的发展思路。

低能核物理若干关键科学问题研究

低能核物理是核能开发与核技术应用的创新源头与基础支撑,在国民经济等中起举足轻重的作用。中国原子能科学研究院的核物理基础研究团队,依托北京HI-13串列加速器等国内外核科学装置,在关键天体核反应的间接测量、天体物理圣杯反应12 C(α,γ)16 O、奇特核体系的光学势和颈部参数对裂变的影响等低能核物理若干关键科学问题研究中取得突破,获得一些创新性的研究结果。本文回顾了近年来团队在低能核物理基础研究方向上取得的一些进展,并对未来的研究工作进行了展望。

用背角准弹散射研究近库仑势垒能区重离子核反应

利用背角准弹散射的方法开展了近库仑势垒(近垒)能区重离子核反应机制的研究。高精度测量了深垒下能区16O+152,154Sm、184W、196Pt和208Pb等体系的背角准弹散射激发函数,用耦合道计算抽取了核势的表面弥散参数,结果表明考虑耦合道效应得到的表面弥散参数值正常。基于背角准弹散射势垒分布对核结构的敏感性,尝试用深垒下能区16O+152Sm、170Er和174Yb等体系的背角准弹散射来抽取形变靶核的十六极形变参数,所抽取值与已有结果趋势一致,说明了该方法的可行性。此外,研究了弱束缚核体系的破裂效应,其表现为背角准弹势垒分布较全熔合势垒分布向低能移动,所得结果进一步说明势垒分布同时含有核结构和核反应机制的信息。

用转移反应研究~6He奇特核体系的光学势

由于受到放射性束强度弱、品质差的限制,奇特核体系的光学势性质一直是亟待解决的国际难题。本工作利用稳定束的转移反应作为探针,深入研究了反应出射道奇特核体系的光学势性质。利用中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器在近库仑位垒能区高精度测量了7Li+63Cu、208Pb的弹性散射以及单质子转移反应角分布,并利用扭曲波玻恩近似(DWBA)和耦合反应道(CRC)方法对实验数据进行了拟合,抽取了出射道6He+64Zn、209Bi晕核体系的光学势参数。所得参数可重现文献中已有的6He体系的弹性散射角分布,验证了这种方法的可靠性。对所得势参数的能量相依性的分析表明,在重体系6He+209Bi中,基于因果律的色散关系并不适用,其潜在的物理原因还需进一步深入研究。

低能核反应及相关核结构研究进展

中国原子能科学研究院核反应团队依托国内外的大科学装置,在重离子熔合-裂变机制、垒下熔合增强机制、奇特核反应机制、奇异结构和奇异衰变方面取得了多项原创性成果。本文对其中的代表性成果进行了简要回顾。主要包括:(1)系统调查了正Q值中子转移的耦合道效应,并提出了自洽的方法评估转移耦合的贡献,发现了异常的同位素效应;(2)提出了用高精度背角准弹散射方法抽取原子核的形变参数,确证了原子核存在十六极形变;(3)提出了用轻带电粒子的替代俘获反应方法,基于此方法给出了关键的^(239)Pu(n,2n)反应截面;(4)系统考察了sd壳丰质子核奇异衰变谱学,发现了^(22)Si的β缓发双质子衰变模式,并发现镜像核^(22)Si/^(22)O的β衰变中存在极大的同位旋不对称性,同时在^(26)Si中发现了迄今为止最强的同位旋混合态;(5)系统研究了奇特核体系在近垒能区的反应机制,首次给出了实验证据表明经典色散关系不适用于中子晕核^(6)He+^(209)Bi体系,并对质子滴线核8B和17F的反应机制进行了细致考察。本文也对将来基于重离子飞行时间谱仪和北京放射性束流线可能开展的工作进行了展望。

束流漂移对硅条探测器阵列测量的影响

为研究束流漂移对结构紧凑、覆盖立体角较大的硅条探测器阵列测量的影响,利用蒙特卡罗方法,模拟了不同方向、不同大小的束流漂移对熔合蒸发残余核α衰变和卢瑟福散射角分布的影响,表明束流漂移距离小于3.0 mm时,探测器阵列的对称性能将计数误差控制在10%以下。开展了25 MeV和40 MeV 6Li+209Bi体系的实验测量,利用监视器数据研究了束流漂移的情况,结果表明,所有轮次的束流漂移均未超过3.0 mm。对束流漂移进行修正后,用3种不同的立体角刻度方法得到了弹性散射角分布,感兴趣的40 MeV数据与文献数据基本一致。

从实验熔合激发函数抽取势垒高度

库仑势垒在低能重离子核反应中扮演了重要的角色,但它不能被直接测量,需通过不同类型的重离子核反应间接提取。目前对库仑势垒的系统研究大都比较依赖于所采用的相互作用势模型和反应理论模型。本工作采用实验熔合截面与能量的乘积相对于能量的一阶微分作为穿透系数,并将穿透系数最大值一半的位置定义为熔合反应的经验势垒高度。该定义不依赖于理论模型,具有优秀的稳定性和可靠性。依据该定义,采用耦合道模型CCFULL及Wong公式拟合12组具有代表性的实验熔合激发函数,进而提取库仑势垒高度。通过比较本工作中从实验值抽取的势垒高度和不同理论势模型预测的势垒高度,以及其随同位旋不对称度的变化,发现Bass80和WKJ公式与本工作的结果最吻合。

Construction and Application of Identifier Resolution in Automotive Industrial Internet

Identifier resolution system in the automotive industrial Internet is necessary for building a fully interconnected infrastructure with people,machines,factories,products and clients.The resolution system can not only ensure the comprehensive interconnection and efficiency of research and development,procurement,production,sales,and after-sales service in automotive industry,but also promote the integration of automotive industrial data,which facilitates the integrated development of traditional automotive manufacturing and the industrial Internet.This paper focuses on processes and methods of building identifier resolution system for the automotive industry and summarizes the construction and development of secondary node in the automotive industrial Internet in order to explore a suitable road to a rich and completed application ecosystem.

通过4-α衰变观测^(16)O中可能的玻色凝聚态

近期在中国原子能科学研究院北京串列加速器核物理国家实验室开展的^(16)O+^(12)C非弹散射实验,给出了^(16)O中存在4-α玻色凝聚状态的新证据。实验采用多套双面硅微条带电粒子望远镜,首次在^(16)O衰变中实现了4个α粒子的准确识别(Particle Identification,PID)和符合测量。在此基础上获得了高分辨的反应O值谱并重建了清晰的4-α共振态。其中在阈值附近观察到4个高显著度(大部分高于5σ)的共振态,它们按照^(12)C(Hoyle state)+α的特征模式衰变,与理论预言的类Hoyle-BEC结构及其转动带特征相一致。本观测结果将推动进一步的理论研究,实验上也需要对上述共振态做更多物理量的观测。

质子滴线核在近垒能区的反应机制研究进展

质子滴线核在近垒能区的反应机制,尤其是破裂机制,是当前核物理领域的前沿热点问题。为了深入考察质子滴线核的反应动力学,基于日本东京大学的CRIB终端开展了^(8)B+^(120)Sn和^(17)F+^(58)Ni体系在近垒能区的完全运动学测量。本工作在综述前期研究结果的基础上,首次展示了^(8)B+^(120)Sn测量中的熔合截面结果。实验设置方面,针对各自反应体系产物的特点,分别设计了高效率的硅探测器阵列STARE和基于电离室的多层望远镜阵列MITA,实现了反应产物的完全鉴别。对于质子晕核8B+120Sn体系首次实现了破裂碎片的符合测量,重构了完整的破裂过程,揭示了^(8)B出射道瞬时破裂为主的弹性破裂机制。对于质子滴线核^(17)F+^(58)Ni体系则首次实现了全反应道测量,提取了准弹、破裂和总熔合反应的信息,并发现在垒下能区存在熔合截面增强的现象。理论分析表明,这主要是由于破裂连续态的耦合效应所导致,并且8B和17F存在不同的直接反应机制,表明质子晕结构对反应机制存在显著影响。

弱束缚原子核破裂反应机制研究

近库仑势垒附近发生的核反应是研究核结构与反应动力学相互作用的一个有效途径。随着加速器的发展,越来越多的奇特核可以被产生,因此进一步去理解弱束缚能对于反应动力学和熔合反应的影响是至关重要的。目前大量的实验表明,^(6,7)Li和^(9)Be等稳定弱束缚核与重质量靶核的完全熔合截面与已有的理论模型计算的熔合截面以及紧束缚核体系推导出的熔合截面相比要低30%左右。为了探究弱束缚核的破裂对完全熔合截面压低的作用,研究弱束缚核的破裂效应与破裂机制便成为人们一个新的关注区域。目前国内外课题组利用符合测量方法针对弱束缚核破裂反应开展了部分研究,认为弱束缚核垒上完全熔合截面压低主要来源于转移反应后生成的类弹核发生瞬时破裂导致的,并给出了不同破裂反应道对于完全熔合压低现象的相对贡献。本课题组基于大立体角覆盖阵列也开展了^(6,7)Li+^(209)Bi破裂机制研究的相关实验,束流能量为30、40、47 MeV,成功鉴别了α+α、α+t、α+d、α+p破裂道的瞬时破裂和共振破裂成分,并在^(6)Li+^(209)Bi实验数据中首次观测到了α+t破裂道,进一步完善了^(6,7)Li+^(209)Bi破裂反应机制。

近库仑势垒能区^(7)Li+^(207)Pb体系光学势的阈异常现象

对于紧束缚核反应体系,光学势在近库仑势垒能区呈阈异常的现象。对于弱束缚核(如^(6)Li、9Be和6He)参与的反应,光学势呈反常的阈异常现象。然而,对于弱束缚核^(7)Li参与的反应,光学势行为仍存在争议。为此,本工作在近垒和深垒能区高精度测量了^(7)Li+^(207)Pb体系的弹性散射角分布,采用光学模型拟合并抽取了势参数,结果显示出阈异常的现象。此外,由深垒能区的数据确定了^(7)Li+^(207)Pb体系的反应阈值,约0.82VB(库仑势垒高度),介于典型紧束缚核16O+208Pb体系的0.93VB和弱束缚核^(6)Li+232Th体系的0.73VB之间。这意味着反应阈和破裂阈之间可能存在着关联,值得进一步研究。

sd壳层极丰质子核的β延迟衰变谱学

远离β稳定线原子核的结构是当前核物理领域的一个前沿热点。β衰变谱学是研究核结构的重要方法,尤其适用于低产额的滴线核。本文回顾了近年来在RIBLL1装置上开展的sd壳区极丰质子核β延迟衰变谱学的实验研究。该工作获得了15个原子核精确的半衰期、衰变子核的质量、β延迟的质子和双质子发射以及γ跃迁的能谱、分支比和比较半衰期等数据,并重建了衰变纲图,大大丰富了此区域内质子滴线附近原子核的衰变谱学信息。还介绍了探测器阵列和实验方法,概括了所研究核的衰变性质和半衰期等。特别地,对几个典型核,^(20)Mg和^(22)Si以及^(26)P和^(27)S的衰变性质进行了阐述。此外,对相关话题,如三体力、镜像核衰变不对称性、与银河系中^(26)Al超丰问题相关的热核反应率等问题进行了探讨。

光学势灵敏区域的能量相依性研究

应用扰动法提取和研究了紧束缚体系^(16)O+^(208)Pb和弱束缚体系^(9)Be+^(208)Pb灵敏区域。首次区分了对应于形状散射和共振散射对应的灵敏区域。同时,发现紧束缚体系和弱束缚体系的灵敏区域都存在着强烈的能量相依性:在垒上区域,灵敏区域在强吸收半径附近变化;而在垒下能区,灵敏区域与纯库仑场中的最趋近距离有相似的变化趋势。

近垒能区^(7)Be+^(120)Sn的准弹性散射研究

近垒能区弱束缚核的反应动力学是目前核物理研究热点之一。本工作使用大立体角硅探测器阵列测量了^(7)Be+^(120)Sn体系在48.05 MeV的准弹性散射,结合蒙特卡罗模拟得到其微分截面。基于光学模型,分别用频率方法和贝叶斯方法对角分布进行拟合。在前角区,两种方法给出了一致的结果;在后角区,频率方法的结果呈现明显的振荡结构,而贝叶斯方法的结果较为平滑,在靠近180°有振荡上升的趋势。

近质子滴线核^(28)S的β延迟γ衰变研究

在兰州重离子研究装置上,依托兰州放射性束流线,产生、分离和鉴别了同位旋第三分量TZ=−2的近质子滴线核^(28)S,并通过使用包括双面硅条探测器和高纯锗探测器在内的探测阵列,开展了^(28)S的β延迟γ衰变测量。实验准确测量了^(28)S衰变中的5条β延迟γ射线,得到了子核^(28)P相应能级的能量。首次提取出了β衰变布居到^(28)P低激发态的衰变分支比,并构筑了^(28)S的全新部分衰变纲图。本工作为将来进一步比较^(28)S和^(28)Mg间的镜像不对称性提供了精确的实验数据。

丰质子核^(29)S的β延迟γ衰变研究

在兰州重离子研究装置的放射性束流线(HIRFL-RIBLL1)上,使用由三块双面硅微条探测器及环绕它的五个高纯锗探测器组成的探测器阵列,对丰质子核^(29)S的延迟衰变性质展开研究。本次实验获得了^(29)S的半衰期,为183(4)ms。首次实现了^(29)S的延迟测量,准确地获得了4条射线,得到了通过衰变布居到子核^(29)P低激发态的衰变分支比,并由此建立了^(29)S的部分衰变纲图。基于实验数据,研究了^(29)S→^(29)P/^(29)Al→^(29)Si镜像衰变过程中的同位旋对称性破缺。