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2020年 第37卷  第3期

第十七届全国核物理大会(CNPC2019)专刊

插页
插页I(含组委会、前言等)
2020, 37(3)
摘要:
插页II(会议纪要、理事会名单)
2020, 37(3)
摘要:
大会邀请报告
重离子碰撞中同位旋自由度输运和对称能约束
肖志刚
2020, 37(3): 249-259. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC63
摘要:
重离子核反应是地面实验室研究核物质状态方程的有效手段。当核物质体系 (包括原子核) 中的中子和质子数目差异很大时,核物质状态方程中除了对称核物质贡献之外,对称能项的贡献逐渐变得重要。它反映了核子相互作用势的同位旋矢量部分,与致密星体的性质和恒星核合成等天体物理基本问题,以及远离β稳定线原子核的奇异性质与核素图边界等核物理前沿问题,都紧密相关。然而,迄今为止,对称能对密度的依赖行为尚未很精确地约束。因此,对称能的研究成为当前国际上主要的中能核物理实验室和天体观测装置的主要物理目标之一。本文简单评述了这一领域的实验进展,并介绍了基于国内的大科学装置,即兰州重离子研究装置(HIRFL)开展费米能区重离子反应与对称能实验研究的一些进展。实验结果表明,这一能区的同位旋自由度输运时标和具体的物理过程相关,同位旋漂移效应可能持续到反应晚期。由于同位旋效应的长时间积累,轻粒子同位旋的角度分布可以用来约束对称能的密度依赖,在饱和点附近对称能值为\begin{document}$ S\!=\!28.3 $\end{document} MeV的条件下,其斜率参数约束在\begin{document}$L\!=\!33\!\sim\! 61\,\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}$\end{document}的区间,置信度水平为95%。借助一套具有裂变碎片和带电粒子符合测量能力的高性能重离子反应测量谱仪,可以测量具有同位素分辨的带电粒子小角关联函数,从而给出费米能区重离子反应中同位旋驰豫的时标。最后,介绍了氘核的同位旋矢量极化效应,该效应可能提供一种全新的约束对称能密度依赖的途径。
Threshold Phenomena and Signals for Exotic Hadrons
Qiang ZHAO
2020, 37(3): 260-271. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC78
摘要:
We present a brief review of some topical issues in the study of QCD exotic hadrons. A special emphasis of the threshold phenomena is made by taking into account the implementation of the effective field theory study of hadronic molecules and the impact arising from the triangle singularity. A combined analysis may provide some clues towards a better understanding of the hadron spectroscopy.
MAGIC: Matter in Astrophysics, Gravitational Waves, and Ion Collisions
Motornenko Anton, Hanauske Matthias, Weih Lukas, Steinheimer Jan, Stöcker Horst
2020, 37(3): 272-282. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC75
摘要:
The gravitational waves emitted from a binary neutron star merger, as predicted from general relativistic magneto-hydrodynamics calculations, are sensitive to the appearance of quark matter and the stiffness of the equation of state of QCD matter present in the inner cores of the stars. These astrophysically created extremes of thermodynamics do match, to within 20%, the values of densities and temperatures which are found in relativistic heavy ion collisions, if though at quite different rapidity windows, impact parameters and bombarding energies of the heavy nuclear systems. In this article we combine the results obtained in general relativistic simulations of binary neutron star systems with ones from heavy ion collisions in the lab to pin down the EOS and the phase structure of dense matter. We discuss that the postmerger gravitational wave emission of the neutron star merger remnant might give, in the near future, insides about the properties of the hadron quark transition.
锦屏深地核天体物理实验(JUNA)地面实验进展
柳卫平, 李志宏, 何建军, 唐晓东, 连钢, 郭冰, 苏俊, 李云居, 崔保群, 孙良亭, 武启, 安竹, 谌阳平, 陈治钧, 杜先超, 符长波, 甘林, 贺国珠, AlexanderHeger, 侯素青, 黄翰雄, 黄宁, 江历阳, ShigeruKubono, 李荐民, 李阔昂, 李涛, MariaLugaro, 罗小兵, 马少波, 韩治宇, 李鑫悦, 马田丽, 梅东明, 南威克, 南巍, 陈晨, 张昊, 张龙, 曹富强, 钱永忠, 秦久昌, 任杰, 谭万鹏, IsaoTanihata, 王鹏, 王硕, 王友宝, 许世伟, 颜胜权, 曾志, 于祥庆, 岳骞, 曾晟, 张环宇, 张辉, 杨丽桃, 张立勇, 张宁涛, 张奇玮, 张涛, 方晓, 张笑鹏, 张雪珍, 陈云华, 祁宁春, 吴世勇, 郭绪元, 周济芳, 何胜明, 宁金华, 岳剑锋
2020, 37(3): 283-290. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC60
摘要:
锦屏深地核天体物理(JUNA)实验项目将利用中国锦屏深地实验室(CJPL)的良好条件,在天体物理伽莫夫能量窗口开展核天体关键反应\begin{document}$^{25}{\rm{Mg}}({\rm{p}},{\rm{\gamma}})^{26}{\rm{Al}}$\end{document}\begin{document}$^{19}{\rm{F}}({\rm{p}},\alpha)^{16}{\rm{O}}$\end{document}\begin{document}$^{13}{\rm{C}}(\alpha, {\rm{n}})^{16}{\rm{O}}$\end{document}\begin{document}$^{12}{\rm{C}}(\alpha,{\rm{\gamma}})^{16}{\rm{O}}$\end{document}的直接测量,为理解恒星演化和元素起源提供新的数据。目前,已经在地面上对加速器装置、束流稳定性、靶、探测器以及电子学进行了系统的测试。地面实验内容包括高纯锗探测器效率刻度,\begin{document}$^{25}{\rm{Mg}}({\rm{p}}, {\rm{\gamma}})^{26}{\rm{Al}}$\end{document}在304 keV的共振强度测量,\begin{document}$^{19}{\rm{F}}({\rm{p}}, \alpha)^{16}{\rm{O}}$\end{document}的截面测量,聚乙烯作为慢化体的中子探测器的设计、加工和效率刻度,靶的设计和稳定性检测等。JUNA项目整体进展顺利,地面实验已取得一系列关键进展和初步成果。在不远的将来,JUNA项目将有序开展地下实验,完成设定目标,也将促进更广泛的国际合作,助力于天体演化中的若干重大科学问题的解决。
丰中子Zn核素奇特核结构讨论和展望
王姝婧, 白世伟, 杨晓菲
2020, 37(3): 291-300. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC34
摘要:
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。
HIRFL-CSR上等时性质量测量进展
邓涵宇, 王猛, 张玉虎, 付超义, 周旭, 孙铭泽, 邢元明, 张敏
2020, 37(3): 301-308. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC40
摘要:
基于兰州重离子研究装置冷却储存环(HIRFL-CSR)发展了等时性质谱术(Isochronous mass spectrometry,IMS),高精度测量了一批短寿命原子核的质量并研究了核结构和核天体领域的相关物理问题。本文综述了IMS实验的原理和步骤,重点介绍了目前正在发展的双TOF探测器谱仪。利用双TOF质量谱仪在测量离子回旋周期的同时测量了离子的速度,用来修正实验结果,可以在很宽的动量接收度内实现高质量分辨,并消除离子动量分散带来的系统误差。双TOF等时性质谱术是全新的概念,需要针对性开发相关实验技术。我们建立了基于CSRe的模拟平台,研制了高性能TOF探测器并安装在CSRe直线段,进行了在线束流测试,发展了新的束流光学设置并进行优化,开发了实验数据处理方法并在做进一步优化,并对下一步工作进行了展望。
核数据研究及应用的进展与展望
葛智刚, 陈永静
2020, 37(3): 309-316. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC42
摘要:
核数据包括核反应数据与核结构及放射性衰变数据。核反应数据是描述入射粒子与原子核发生相互作用的数据,核结构数据是反映核素自身基本性质方面的数据。核数据是核能利用、核工程建设、核技术应用以及核物理基础研究等方面不可缺少的基础数据,在核医学、材料分析、资源勘探、环境监测、宇航技术以及核天体物理研究领域也有着广泛的应用。本文简要介绍了核数据的种类、产生及应用,评述了国际核数据研究与应用现状以及发展动态、我国核数据研究现状及存在的问题,并对我国核数据工作未来发展方向提出了几点建议。
Soft and Hard Probes of Relativistic Heavy-Ion Collisions
Guangyou QIN
2020, 37(3): 317-328. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC39
摘要:
We provide a short review on some recent developments in the soft and hard probes of quark-gluon plasma(QGP) in high-energy nuclear collisions. The main focus is on the theoretical and phenomenological studies of anisotropic collective flow and jet quenching related to the Relativistic Heavy-Ion Collider(RHIC) and the Large Hadron Collider(LHC). The origin of the collectivity in small collision systems is also briefly discussed. For soft probes, we discuss initial-state fluctuations and geometric anisotropy, the hydrodynamic evolution of the fireball, and final-state anisotropic flows, flow fluctuations, correlations and longitudinal decorrelations. Systematic comparison to experimental data may infer the evolution dynamics and various transport properties of the QGP produced in heavy-ion collisions. For hard probes, we focus on the flavor dependence of parton energy loss and jet quenching, the hadronization of heavy quarks in QGP, full jet evolution in nuclear medium and medium response. Detailed analysis of related observables can help us achieve more comprehensive understanding of jet-medium interaction and heavy flavor production in relativistic nuclear collisions. For small systems, we discuss how initial-state and final-state effects explain the observed collective flows of light and heavy flavor hadrons in proton-nucleus collisions, which is helpful in understanding the origin of the collectivity in large collision systems.
强相互作用系统的对称性及其破缺
刘玉鑫
2020, 37(3): 329-363. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC77
摘要:
本文简要介绍对称性及其破缺的概念和基本的数学上所说的幺正对称性等的微观粒子实现,从而为利用抽象的数学描述物理问题奠定基础。本文还简要介绍早期宇宙强相互作用物质演化过程的对称性及其破缺,尤其是可见物质质量的产生(比如DCSB)以及强相互作用等基本相互作用的规范对称性和破缺,为有意向探讨早期宇宙强相互作用物质演化的青年学者和研究生提供必要的知识储备,并打开一扇窗口。同时,还简要讨论原子核的对称性及其破缺,尤其是作为强相互作用多体系统的束缚态研究中的基本理论方法、(多粒子)壳模型及相互作用玻色子近似模型(IBM)、集体运动的描述及集体运动模式演化(形状相变)的研究方法及进展简况,提供一些在基本理论方法与前沿研究课题之间建立桥梁的实例。
中国先进研究堆中子科学平台发展现状及展望
李天富, 武梅梅, 焦学胜, 孙凯, 陈东风
2020, 37(3): 364-376. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC36
摘要:
依托中国先进研究堆(CARR)高通量中子源,建成了初具规模的中子科学平台,具备中子散射、中子成像和中子活化分析等多种研究技术。其中,中子散射技术包括中子衍射、小角中子散射及中子反射、非弹性中子散射,可以用于分析材料微观结构和动力学性质;热中子成像和冷中子成像可以用于材料内部缺陷等无损检测;中子活化分析系统可以用于物质内核素成分分析。目前已建成和在建中子谱仪共计19台,并初步配备了样品环境装置,为相关应用研究提供了条件基础,可为我国物理、化学、材料科学、生命科学、能源和环境等领域基础研究及工业应用提供重要技术支撑。CARR中子科学平台始终坚持合作共享对外开放的宗旨,将继续为国内外用户提供优质中子技术,服务基础科学前沿和国家重大创新需求研究。
Feasibility Study on the Deep Dirac Levels with High-Intensity Lasers
Changbo FU, Xiaopeng ZHANG, Dechang DAI
2020, 37(3): 377-381. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC20
摘要:
Various theories have predicted the deep Dirac levels (DDLs) in atoms for many years. However, the existence of the DDL is still under debating, and need to be confirmed. With the development of high intensity lasers, nowadays, electrons can be accelerated to relativistic energies by high intensity lasers. Furthermore, electron-positron pairs can be created, and nuclear reactions can be ignited, which provide a new tool to explore the DDL related fields. In this paper, we propose a new experimental method to study the DDL levels by monitoring nuclei's orbital electron capture life time in plasma induced by high intensity lasers. The present study reveal that if a DDL exists, a nuclear electron capture rate could be enhanced by factor of over \begin{document}$ 10^7$\end{document}, which makes it a very sensitive method for the DDL detecting.
原子核Gamow-Teller共振和β衰变寿命的超越平均场描述
牛一斐
2020, 37(3): 382-390. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC57
摘要:
原子核的β衰变是决定宇宙中从铁到铀重元素合成的关键核过程之一。原子核β衰变的主导核跃迁是Gamow-Teller(GT)跃迁,因此,研究原子核β衰变寿命的关键是准确描述原子核的GT跃迁。描述原子核GT跃迁和β衰变寿命最常用的理论模型之一为无规相位近似(RPA)模型。然而,由于该模型仅考虑了一粒子一空穴激发组态,因此无法给出GT共振宽度,并容易高估β衰变寿命。为了克服上述困难,基于Skyrme密度泛函,发展了包含粒子振动耦合效应的无规相位近似(RPA+PVC)模型。相比于RPA模型,该模型在组态空间进一步考虑了一粒子一空穴和声子的耦合组态,从而包含了超越平均场的多体关联效应。为了推广至开壳原子核的研究,进一步考虑了对关联效应,发展了包含准粒子振动耦合效应的准粒子无规相位近似(QRPA+QPVC)模型。基于上述模型,研究了幻数原子核和超流原子核的GT跃迁、β衰变和β+/电子俘获。研究发现,采用同一组Skyrme相互作用参数SkM*,上述模型能够重现实验测量的GT共振宽度和跃迁强度分布,部分解释实验观测的GT跃迁强度压低问题,并同时改进对β衰变寿命的描述。该文针对上述最新研究进展进行了综述,并对将来的发展方向给出展望。
高能核物理实验国际合作研究近期代表性成果
张晓明, 周代翠
2020, 37(3): 391-405. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC79
摘要:
高能核物理实验的主要物理目标是在极端高温度和能量密度条件下研究核物质新形态−夸克-胶子等离子体的产生及演化特性。深入揭示当前物质世界的深层次结构,以及强核力相互作用在高温、高密多粒子体系中的行为、特性。探寻在此极端条件下的新物理现象。本工作概述我国所参与的主要高能核物理实验国际合作研究项目及其物理目标。介绍我国在国际合作研究中所做出的近期代表性成果,以及我国在该领域研究中的新物理探究方面所取得的典型成就。并对高能核物理下一步的研究发展方向做出展望。
目录
2020年3期目录
2020, 37(3)
摘要:
“胡济民教育科学奖”获奖报告
Triangle Singularities and Charmonium-like XYZ States
Fengkun GUO
2020, 37(3): 406-413. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC52
摘要:
The spectrum of hadrons is important for understanding the confinement of quantum chromodynamics. Many new puzzles arose since 2003 due to the abundance of experimental discoveries with the \begin{document}$XYZ$\end{document} structures in the heavy quarkonium mass region being the outstanding examples. Hadronic resonances correspond to poles of the \begin{document}$S$\end{document}-matrix, which has other types of singularities such as the triangle singularity due to the simultaneous on-shellness of three intermediate particles. Here we briefly discuss a few possible manifestations of triangle singularities in the \begin{document}$XYZ$\end{document} physics, paying particular attention to the formalism that can be used to analyze the data for charged \begin{document}$Z_c$\end{document} structures in the \begin{document}$\psi\pi$\end{document} distributions of the reaction \begin{document}$e^+e^-\to \psi\pi^+\pi^-$\end{document}.
强磁场与涡旋场中的夸克胶子物质
黄旭光
2020, 37(3): 414-425. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC29
摘要:
相对论重离子碰撞可以产生高温的夸克胶子物质,同时也产生极强的电磁场和流体涡旋。在强电磁场和涡旋场中的夸克胶子物质呈现出新奇的宏观量子现象,比如手征磁效应、手征涡效应、手征分离效应、手征电分离效应、自旋极化现象等。它们一方面给我们提供了可以探测高温下量子色动力学的非平庸规范场拓扑结构、强相互作用的宇称破坏、夸克胶子物质中的自旋动力学等的实验手段,另一方面也与物理学其他分支,比如粒子物理、凝聚态物理、天体物理、冷原子物理等发生紧密联系,形成新的交叉研究领域。本文旨在对这些宏观量子现象的产生机制以及它们在相对论重离子碰撞中的探测等做一回顾和展望。特别地,我们揭示出重离子碰撞的磁场强度可以达到\begin{document}$10^{18}\sim 10^{20}$\end{document} G,流体涡旋可以达到\begin{document}$10^{22}$\end{document} s–1;这是我们已知当前宇宙中最强的磁场和流体涡旋。我们定量地对同量素碰撞实验做了分析,发现即便背景比例达到93%以上,当前的同量素碰撞实验仍然可在大约\begin{document}$3\sigma$\end{document}的显著性水平上判断是否有手征磁效应的发生。我们系统地给出了满足因果律的自旋流体力学方程,并推导了其中的集体激发模式,这将有助于理解超子自旋极化中出现的符号问题。
利用直接核反应研究轻丰中子核的奇特结构
李根, 谭智威, 楼建玲, 蒋颖, 叶沿林
2020, 37(3): 426-437. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC09
摘要:
直接核反应(包括弹性散射、非弹性散射、转移反应等)是研究丰中子核奇特结构的常用实验手段之一。以6,8He、11Li、11,12Be、14,15B、15,16C等N=8附近核的结构研究为例,综述了如何利用这几种反应从实验上研究丰中子核的奇特结构。利用6,8He,11Be等晕核在质子和氘靶上的弹性散射数据,拟合得到了这些反应体系的有效相互作用(光学势)。利用16C在质子和氘靶上的非弹性散射数据,抽取了16C 的形变参数,结果表明16C的形变不可忽略。利用单核子转移反应,定量研究了8He, 11,12Be等丰中子核基态及低占据态中的p-,s-,以及d-波成分的强度。结果表明:8He基态中的4个价中子,除了可以构成正常的 (0p3/2)4 组态外,还有一定的几率构成(\begin{document}$ 0 p_{3/2} $\end{document})2(0p1/2)2组态;12Be的基态以d波闯入为主,而其临近的11Be的基态以s波闯入为主。
不稳定原子核β衰变强度的实验测量方法
张寂潮, 孙保华
2020, 37(3): 438-446. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC69
摘要:
原子核的β衰变是指原子核放射出β粒子或俘获电子而进行的转变。对β衰变强度Sβ(E)的精确测量,对探索不稳定原子核的结构、揭秘恒星核合成过程、验证β衰变理论等方面均存在着重要意义。实验上,为了测量β衰变强度,一种方法是利用β-γ符合测量或者全吸收谱仪对β衰变产物进行直接测量,这种方法可以给出子核在Qβ窗口内的衰变信息。另一种方法是利用在中等能区(100~400 MeV/u)进行的电荷交换反应,如(p,n)或(3He,t),通过微分截面的高精度测量获得子核的β衰变强度,这种方法可以用于研究子核在Qβ窗外的衰变强度,但是对束流强度有较高的要求,尚无法系统研究产额较低的不稳定原子核。有鉴于此,本文提出对不稳定核素的电荷交换反应总截面进行系统测量,结合核反应理论,这种方法有望约束不稳定核素在质子发射阈下的Gamow-Teller跃迁的总强度。最后简要介绍了已开展和计划开展的工作。
Shell-Model Explanation on Some Newly Discovered Isomers
Cenxi YUAN, Menglan LIU, Yulin GE
2020, 37(3): 447-454. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC18
摘要:
Recently, isomeric states are discovered for the first time in 101In, 123,125Ag, and 218Pa. The nuclear shell model is used to explain the underlying physics in these and related isomers in In, Ag isotopes, and the \begin{document}$N\!=\!127$\end{document} isotones. The observed excitation energies of the \begin{document}$1/2^{-}$\end{document} isomeric states in odd-A In isotopes, 101-109In, are rather similar among five isotopes, which can be explained by introducing the strong neutron configuration mixing between the \begin{document}$0g_{7/2}$\end{document} and \begin{document}$1d_{5/2}$\end{document} orbitals. In addition, from the \begin{document}$9/2^{+}$\end{document} ground state to the \begin{document}$1/2^{-}$\end{document} isomeric state in these odd-A In isotopes, a proton moves from the \begin{document}$1p_{1/2}$\end{document} orbital to the \begin{document}$0g_{9/2}$\end{document} orbital, which may induce the change on the single particle energies of the neutron \begin{document}$0g_{7/2}$\end{document} and \begin{document}$1d_{5/2}$\end{document} orbitals. Such configuration dependent shell evolution in one nucleus is called the type II shell evolution. Similar to In isotopes, the isomeric states in 123,125Ag are found to be the \begin{document}$1/2^{-}$\end{document} states, which correspond to a proton hole in \begin{document}$1p_{1/2}$\end{document} orbital. But \begin{document}$1/2^{-}$\end{document} states are ground states in 115,117Ag, which indicates an inversion of the proton \begin{document}$1p_{1/2}$\end{document} and \begin{document}$0g_{9/2}$\end{document} orbitals around \begin{document}$N\!=\!72$\end{document}. The shell-model analysis shows that the tensor force is the key reason of the inversion of the two orbitals. \begin{document}${\rm A}~1^{-}$\end{document} ground state and a high spin isomeric state are observed previously along the odd-odd \begin{document}$N\!=\!127$\end{document} isotones, 210Bi, 212At, 214Fr, and 216Ac. However, the ground state and the newly discovered isomeric state of 218Pa are suggested to be \begin{document}$8^{-}$\end{document} and \begin{document}$1^{-}$\end{document}, respectively, based on the properties of \begin{document}$\alpha$\end{document} decay and the shell-model calculations. The evolution of the ground states and isomeric states along the odd-odd \begin{document}$N\!=\!127$\end{document} isotones are caused by the transition of the proton-neutron interaction from particle-particle type to hole-particle type and the proton configuration mixing. In general, the nuclear shell model gives nice descriptions on these newly discovered isomeric states in nuclei around the doubly magic nuclei 100Sn, 132Sn, and 208Pb. The isomeric states in nuclei around doubly magic nuclei, so called the shell-model isomers, are of high importance in the nuclear structure study, because they often provide the first spectroscopic properties in the extreme neutron-rich and neutron-deficient nuclei in the medium and heavy mass region and include a plenty of information in physics, such as the proton-neutron interaction and its role in shell evolution.
缺中子Np新核素的α衰变研究
张志远, 甘再国, 杨华彬, 马龙, 黄明辉, 杨春莉, 张明明
2020, 37(3): 455-461. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC44
摘要:
合成远离稳定线的新核素、探索原子核存在的极限是目前核物理研究的重要课题。在中子壳N=126的最丰质子一侧,极端缺中子的超铀核素处于质子滴线和中子壳的交叉位置,合成和研究该核区核素对研究N=126壳结构的演化性质具有重要意义。基于兰州重离子加速器上的充气反冲核谱仪装置(SHANS),利用36,40Ar+185,187Re熔合蒸发反应,合成了极缺中子的219,220,223,224Np新核素,在中子壳N=126附近首次建立了Np同位素链的\begin{document}$ \alpha$\end{document}衰变系统性,获得了N=126壳效应在Np同位素链中依然存在的实验证据。依据单质子分离能的系统性分析,确定了Np同位素链中质子滴线的位置,219Np也成为目前已知的最重的质子滴线外核素。此外,基于实验测量的反应截面,并与理论模型的计算结果相比较,讨论了进一步合成该核区其它新核素218,221,222Np的可行性。
托卡马克高约束模边缘等离子体不稳定性研究
钟武律, 段旭如
2020, 37(3): 462-469. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC05
摘要:
托卡马克高约束模运行可大幅提高磁约束核聚变等离子体约束品质,该模式下的等离子体不稳定性研究对于控制约束和保护装置有重要意义。本文主要介绍了高约束模及其边缘等离子体不稳定性的研究概况,并重点介绍了中国环流器二号A托卡马克装置上关于高约束模转换、边缘局域模特征和控制方法、台基区不稳定性和台基饱和机制等方面的研究进展。研究结果表明,实验上有望通过粒子和射频波注入等外部激励的方法,影响台基区等离子体湍流,进行控制台基动力学演化以及ELM,实现既保持高约束又降低高热负荷的等离子体稳态运行。
通过基矢光前量子化方法研究K介子
付开宇, 赵恒飞, 蓝江山, 赵行波
2020, 37(3): 470-477. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC31
摘要:
为研究K介子的性质,通过基矢光前量子化(BLFQ)方法获得K介子的光前波函数(LFWF)。使用的光前哈密顿量中包含了动能项、横向与纵向禁闭势以及夸克-胶子相互作用,其中横向禁闭势借鉴了光前全息量子色动力学(LFHQCD)模型的禁闭势。基矢空间包括领头阶与次领头阶的Fock空间。在前期工作的基础上,只引入了奇异夸克的质量作为唯一额外参数,使K>介子的质量与实验值相匹配。基于K介子领头阶Fock空间的LFWF,计算了K介子的部分子分布振幅(PDA),其结果与量子色动力学(QCD)微扰论在零夸克质量近似下计算的结果相近。本工作得到的K介子的电磁形状因子(FF)与欧洲核子中心(CERN)超级质子同步加速器 (SPS)以及费米国家加速器实验室(FNAL)的实验结果一致。从领头阶Fock空间的LFWF计算出的电磁半径与粒子物理数据表(PDG)的实验值相近。计算出的K介子部分子分布函数(PDF),QCD演化后,在实验能标下的K介子和\begin{document}$ \pi $\end{document}介子中价夸克u的PDF之比与CERN-NA-003的实验数据在整体趋势上大体相符。此外,在计算出的K介子PDF中,价夸克携带的纵向动量之比,\begin{document}$ \langle x_{uv}\rangle/\langle x_{sv}\rangle $\end{document},约为\begin{document}$ 2/3 $\end{document},这个数值与Bethe-Salpeter equation(BSE)模型以及密西根州立大学格点QCD(MSULat)模型的计算结果相近。还计算了K介子的结构函数,发现与BLFQ考虑有效 Nambu–Jona-Lasinio相互作用(BLFQ-NJL)模型的结果有显著差别。K介子的结构函数有望在将来的电子离子对撞机(EIC)实验中得到观测与检验。
分会报告-核结构
基于相对论Hartree-Fock理论的原子核壳结构性质研究
刘佳, 李佳杰, 耿晶, 龙文辉
2020, 37(3): 478-491. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC61
摘要:
一直以来,原子核壳结构是原子核物理研究的重点关注内容。特别是随着近年来新一代放射性核束装置和探测技术的蓬勃发展,丰中子原子核中新的壳结构及其演化与形成机制等成为核物理关注的热点之一。在基于核力介子交换图像建立的相对论Hartree-Fock 理论框架下,本工作以Ca同位素、双幻核 208Pb、超重核以及极端丰中子核为例,综述丰中子原子核中新的壳结构形成机制,高角动量态赝自旋对称性恢复与介质中核力吸引-排斥平衡,赝自旋对称性恢复/破缺与原子核壳结构、新奇现象等研究工作,并着重关注了与原子核新壳结构形成、赝自旋对称性恢复以及新奇现象等密切相关的交换(Fock)项效应。
sd壳层极丰质子核的β延迟衰变谱学
林承键, 徐新星, 孙立杰, 贾会明, 杨磊, 王东玺, 马南茹, 杨峰, 钟福鹏, 潘敏, 温培威, 姚永进, 钟善豪, 骆天鹏, (RIBLL合作组) 
2020, 37(3): 492-499. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC62
摘要:
远离β稳定线原子核的结构是当前核物理领域的一个前沿热点。β衰变谱学是研究核结构的重要方法,尤其适用于低产额的滴线核。本文回顾了近年来在RIBLL1装置上开展的sd壳区极丰质子核β延迟衰变谱学的实验研究。该工作获得了15个原子核精确的半衰期、衰变子核的质量、β延迟的质子和双质子发射以及\begin{document}$\gamma $\end{document}跃迁的能谱、分支比和比较半衰期等数据,并重建了衰变纲图,大大丰富了此区域内质子滴线附近原子核的衰变谱学信息。还介绍了探测器阵列和实验方法,概括了所研究核的衰变性质和半衰期等。特别地,对几个典型核,20Mg和22Si以及26P和27S的衰变性质进行了阐述。此外,对相关话题,如三体力、镜像核衰变不对称性、与银河系中26Al超丰问题相关的热核反应率等问题进行了探讨。
山东大学(威海)开展的核物理研究
王守宇, 亓斌, 王硕, 高建华, 刘晨, 张乃波, 韩星池
2020, 37(3): 500-508. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC70
摘要:
综述了山东大学威海校区原子核物理研究团队在原子核精细谱学、核天体物理、探测器研制和高能核物理等方向开展的研究工作及最新进展;尤其重点介绍了\begin{document}$A\sim 110$\end{document}核区原子核的形状共存和带交叉延迟,“订书机”和“雨伞”模式转动带,碳氮氧循环过程中关键核反应的测量进展,中子星参数化的状态方程及双中子星并合引力波研究,带电粒子探测器的设计与制作,相对论重离子碰撞物理中量子输运理论和高阶反常输运等研究工作,并展望了下一步的工作重点。
Shell Model Study of Even-even sd and pf Shell Nuclei With the Pairing Plus Quadrupole-quadrupole Interaction
Yeqiu HE, Guanjian FU
2020, 37(3): 509-515. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC10
摘要:
In this paper we study low-lying states of even-even nuclei in the sd and pf shells in the framework of the shell model with the phenomenological pairing plus quadrupole-quadrupole (P+Q) interaction. By adopting the single-particle energy and the monopole interaction from the USDB and GXPF1 interactions, the low-lying spectra of spherical nuclei and deformed nuclei are successfully reproduced by a unified set of parameters. We obtain a reasonably good result for binding energies by removing the monopole component from the pairing interactions. The isoscalar pairing interaction does not play an important role in the states. The monopole interaction provides contributions to the empirical proton-neutron interaction, the symmetry energy, and the Wigner energy.
适用于配对近似计算的集体对凝聚组态变分方法
覃珍珍, 雷杨
2020, 37(3): 516-522. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC45
摘要:
集体对凝聚组态(collective-pair condensate)的能量变分可用于判断在原子核低激发态中哪些集体对是重要的,并且可以同时给出这些重要集体对的具体结构。这在一定程度上缓解了此前原子核配对近似(Nucleon Pair Approximation, NPA)计算一直深受困扰的集体对不确定性问题。针对过渡区原子核132Ba的试探性计算体现了这种方法的优越性。它可以给出132Ba的三轴形变参数,它也定量地说明了这一原子核\begin{document}$I\!=\!10$\end{document}基带回弯效应的主导集体对种类。更为重要的是,中子负宇称对凝聚状态的变分计算解释了为什么负宇称集体对这种回弯效应可以呈现出巨大影响。
随机相互作用下基态零自旋几率的两体矩阵元相关性
沈佳杰
2020, 37(3): 523-529. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC15
摘要:
原子核在随机相互作用下呈现出偶偶核基态零自旋占优的现象。过去的研究表明这一现象与两体矩阵元相关。在此基础上,通过改变随机两体系综的每一个两体矩阵元的分布宽度,增强该两体矩阵元的影响,同时保留其他两体矩阵元的分布,分析偶偶核在此系综下的基态零自旋几率。本文发现了基态零自旋几率对某些两体矩阵元不敏感。在此基础上以真实剩余两体相互作用作为随机两体矩阵元分布的中心值,发现了基态零自旋几率与两体矩阵元分布的中心值相关度很大。
130Ba中的集体运动
郭松, 周厚兵, PetracheC.M, 强赟华
2020, 37(3): 530-535. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC43
摘要:
为探索原子核中的集体运动,一项在意大利Legnaro实验室XTU串列加速器上开展的在束\begin{document}${\rm{\gamma }}$\end{document}谱学实验研究大幅拓展了130Ba的能级结构。实验以能量为65 MeV的13C束流轰击120Sn薄靶,布居130Ba的激发态。从激发态退激的\begin{document}${\rm{\gamma }}$\end{document}射线由GALILEO阵列探测,而与之关联的蒸发粒子由带电粒子阵列EUCLIDES和中子墙NWALL探测。分析符合数据鉴别了一系列新的转动带,其中一部分布居9.4 ms同核异能态。结合已知的电四极矩和磁矩信息,提取了该同核异能态的g因子。分析多条转动带,发现130Ba可能处于长椭形变,也可能处于扁椭形变,而其集体转动方向可能沿主轴,也可能沿主轴以外的倾斜方向。这是首次在130核区发现沿倾斜方向的集体转动。理论分析建议将部分新发现的结构解释为基于二准粒子组态的摇摆运动,这是实验上在偶偶核中观测到的首例基于两准粒子组态的摇摆带结构。
N=127同中子素219U和216Ac的α衰变研究
张明明, 甘再国, 张志远, 杨华彬, 黄明辉, 马龙, 杨春莉
2020, 37(3): 536-541. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC49
摘要:
本工作通过重离子熔合蒸发反应 40Ar+183W,产生了质子滴线附近的轻锕系核素 219U和 216Ac。实验在兰州充气反冲谱仪(SHANS)上开展,目标核产生后从薄靶中反冲出来,在飞行中与大量的本底粒子进行分离并偏转到位于焦平面的探测系统中。探测系统对注入的反冲核和随后的\begin{document}$ \alpha $\end{document}衰变进行探测,并利用寻找\begin{document}$ \alpha $\end{document}衰变链的方法对产物进行寻找和鉴别。在本次工作中,219U已知的\begin{document}$ \alpha $\end{document}衰变数据得到改善,其基态衰变到子核215Th基态的\begin{document}$ \alpha $\end{document}粒子能量被确定为\begin{document}$E_{\alpha}\!=\!9\ 763(15)$\end{document} keV,半衰期为\begin{document}$ T_{1/2} $\end{document}=60(7) μs。首次发现了219U两个新的\begin{document}$ \alpha $\end{document}衰变分支,其能量为\begin{document}$ E_{\alpha} $\end{document}=9 246(17) keV, 8 975(17) keV,并指认它们分别是从 219U 的基态衰变到子核 215Th的低激发态 (5/2)和(3/2)。此外,通过对 216Ac的\begin{document}$ \alpha $\end{document}衰变数据的分析,证实了216Ac存在同核异能态。
Structural Investigation in 101Pd and Comparison in Its Vicinity
Rohilla Aman, Guangshun LI, Jianguo WANG, Minliang LIU, Xiaohong ZHOU, Song GUO, Yunhua QIANG, Bing DING, Dongsheng HOU, Shan HUANG
2020, 37(3): 542-547. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC17
摘要:
The present work aims at the structural investigation of the \begin{document}$\gamma-$\end{document} levels in \begin{document}$\nu h_{11/2}$\end{document} band of 101Pd, and its comparison with the neighboring Pd-isotopes. Theoretical investigations performed in the vicinity of Pd-isotopes i.e., around \begin{document}$N\!=\!Z\!=\!50$\end{document} shell closures have described the systematic well, indicating an evolution of shape alongwith involvement of triaxiality. The deformation studies in the vicinity of Pd-isotopes around shell closures have predicted the shape change from small deformation to more deformed prolate shapes. The comparison of Total Routhian Surface (TRS) calculations performed in the present work have also suggested the inclusion of small amount of triaxiality as a function of increasing rotational frequency and neutron number, pointing towrads the \begin{document}$\gamma-$\end{document} softness present in the nuclei.
丰中子核63,65,67Mn的在束γ谱学研究
卢洪洋, 刘小雨, 丁兵, 刘忠, P.Doornenbal, A.Obertelli, S. M.Lenzi, P. M.Walker, L. X.Chung, B. D.Linh, G.Authelet, H.Baba, D.Calvet, F.Château, A.Corsi, A.Delbart, J. M.Gheller, A.Gillibert, T.Isobe, V.Lapoux, M.Matsushita, S.Momiyama, T.Motobayashi, M.Niikura, F.Nowacki, H.Otsu, C.Péron, A.Peyaud, E. C.Pollacco, J. Y.Roussé, H.Sakurai, M.Sasano, Y.Shiga, S.Takeuchi, R.Taniuchi, T.Uesaka, H.Wang, K.Yoneda
2020, 37(3): 548-553. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC55
摘要:
利用放射性束68Fe轰击液氢靶引起的敲出反应,研究了极端丰中子核63,65,67Mn的激发态,指认了它们的自旋宇称,建立了这三个原子核的能级纲图。纲图包含11/2、9/2和 7/2 三个激发态以及\begin{document}$5/2_{\rm{g.s.}}^{-}$\end{document}基态,它们由三条\begin{document}$\Delta I \!=\! 1$\end{document}\begin{document}$\gamma$\end{document}跃迁连接。这种能级结构与\begin{document}$K \!=\! 5/2$\end{document}时强耦合转动带的特征一致。使用改进的LNPS有效相互作用(LNPSm)的大规模壳模型计算能很好地重现观测到的能级。计算表明,65,67Mn的低位激发态都主要包含处于\begin{document}$4p{\text -}4h$\end{document}的中子组态和\begin{document}$1p{\text -}1h$\end{document}的质子组态。基于实验结果发现,在吸积中子星壳中,与质量数\begin{document}$A \!=\! 63$\end{document}相关的Urca中微子冷却效果比预期的要强很多,而\begin{document}$A \!=\! 65, 67$\end{document}的冷却效果比预期的更弱。
利用改进的Gamow-like模型研究原子核的α衰变和质子放射性
程俊皓, 陈玖龙, 邓军刚, 李小华
2020, 37(3): 554-562. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC08
摘要:
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\begin{document}$Z=120$\end{document}超重核素(\begin{document}$^{296-308}120$\end{document})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。
双幻核16O附近核素14C, 14,15N, 14-18O能谱结构的壳模型计算分析
姜俊基, 金蕊, 王韩奎
2020, 37(3): 563-568. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC54
摘要:
根据YSOX,WBT以及WBP三种不同的有效相互作用对双幻核16O附近同位素14C, 14,15N, 和 14-18O的能谱结构进行了比较分析,在结合相应的实验值的基础上揭示了重新考虑跨壳相互作用对壳模型理论计算的优化效果。借助不同的相互作用以及大量理论数据与实验值的对比,发现了已有壳模型有效相互作用在该核区的不足之处,例如部分能级误差较大、能级次序反转等,这为下一步改进这些有效相互作用创造了条件。
Investigation of Kπ=2 Band in 248Cf
Yuan QIU, Yang SUN, Zaochun GAO
2020, 37(3): 569-573. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC59
摘要:
An independent theoretical analysis is presented for the 2 band in 248Cf, which has been identified to spin \begin{document}$25{\hbar}$\end{document} and excitation energy \begin{document}$\geqslant$\end{document}4 MeV, implying the fission barrier persists at least up to that angular momentum and excitation for the configuration. The underlying physics for the experimentally observed band is discussed in terms of alignment properties and decay pattern. Different scenarios for assumptions about intrinsic configuration are assessed with transition rates analysis. It turns out that only by invoking a particle-phonon mixing picture can the decay characteristics of the pair of bands be well accounted for, i.e. quasiparticle nature forbids decay to ground-state band, non-axial octupole phonon shifts the signature partners in energy and diminishes mutual interaction. The coexisting normal and superconducting phases are tentatively attributed to weak neutron pairing in the proximity of 152 deformed shell gap.
复动量表象方法对奇特核中晕现象的研究
戴华名, 曹雪能, 刘泉, 郭建友
2020, 37(3): 574-579. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC07
摘要:
晕现象的研究使人们对核结构有了新的认识。连续谱,尤其是连续谱中的共振态在其中扮演着重要角色。复动量表象(CMR)方法不仅能够统一描述束缚态、共振态和连续谱,而且能够很好地描述窄共振和宽共振。本文介绍了CMR方法对原子核共振态的研究。给出了31Ne和19C等核的束缚态和共振态的单粒子能量随形变参数β2的变化规律,分析了19C和31Ne中单中子晕形成的物理机制和在中子数N=20附近能级反转的原因,并预测了比37Mg重的核中的单中子晕现象,这一预测结果对在实验中寻找较重的晕核具有一定的参考价值。这些研究表明CMR 方法不仅适用于描述稳定核,也适用于描述具有弥散物质分布的奇特核。
AMD中Gogny核子-核子相互作用势对原子核基态性质的影响
王金成, 张苏雅拉吐, 黄美容, RoyWada, 郑华, 王德鑫, 宋娜, 唐鑫, 立立
2020, 37(3): 580-585. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC11
摘要:
在反对称化的分子动力学(AMD)模型中,分别采用g0、g0as和g0ass三套Gogny相互作用参数研究了4He、6Li、12C、20Ne、40Ca和60Ni的结合能和均方根半径在自身平均场中随时间的涨落。系统地研究了原子序数从1到18的同位素的结合能,并与现有实验数据进行比较,发现g0的结果更接近实验值。这为利用AMD研究低能区的熔合和中能区的多重碎裂等核反应机制提供了基础。
分会报告-核反应
Calculations of the 17O and 17F Spectra and 16O(p,p) Reaction Cross Sections in the Coupled-channel Gamow Shell Model
Michel Nicolas
2020, 37(3): 586-594. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC68
摘要:
We apply the coupled-channel Gamow shell model to calculate the spectra of 17O and 17F, as well as 16O(p,p) elastic cross sections at low energies. It is shown that continuum coupling is necessary to account for the particle-emission width of the unbound eigenstates of 17O and 17F. The low-lying spectrum of 17O and 17F and 16O(p,p) excitations functions are in fair agreement with experimental data. Nevertheless, it is also shown that the use of a realistic nuclear Hamiltonian is needed to have an optimal reproduction of 16O(p,p) elastic cross sections in the low-energy region.
Energy Dependence of the Radial Sensitivity
Lei YANG, Chengjian LIN, Huiming JIA, Dongxi WANG, Feng YANG, Fupeng ZHONG, Shanhao ZHONG, Nanru MA, Peiwei WEN
2020, 37(3): 595-599. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC25
摘要:
With the application of the notch technique, the radial sensitive regions for the tightly bound system 16O+208Pb, and weakly bound system 9Be+208Pb were investigated. It is the first time that the shape and resonant scattering can be identified from the sensitivity functions. Moreover, strong energy dependence of sensitive regions were found for both the tightly and stable weakly bound systems: in the above barrier region, the sensitive region varies around the strong absorption radius; while below the barrier, the behavior of sensitive region is close to that of the closest approach in the Coulomb field.
重核的断前粒子发射与鞍点后摩擦的探测
王宁, 叶巍
2020, 37(3): 600-604. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC16
摘要:
基于考虑了粒子发射的随机Langevin模型,计算了重裂变核240Am在 鞍点后发射的中子、质子和\begin{document}$ \alpha $\end{document}粒子多重性作为鞍点后摩擦强度(\begin{document}$ \beta $\end{document})的函数。结果表明在高激发能(\begin{document}$ E^* $\end{document})和高角动量(\begin{document}$ \ell $\end{document})条件下,这些轻粒子发射对摩擦的敏感性变强。进而,比较了在(高\begin{document}$ E^* $\end{document},低\begin{document}$ \ell $\end{document})和(低\begin{document}$ E^* $\end{document},高\begin{document}$ \ell $\end{document})这两个不同初始条件下,240Am核在鞍点后蒸发的粒子随\begin{document}$ \beta $\end{document}的演化。发现前者不但能增强核摩擦对粒子发射的影响,也显著提高了带电粒子对\begin{document}$ \beta $\end{document}的敏感性。在实验方面,我们建议可以用中能重离子碰撞的方式产生高激发的重裂变系统,来更精确地用粒子发射(尤其是轻带电粒子)来探测鞍点后的摩擦强度。
应用光核反应计算μ原子中的核极化效应
计晨
2020, 37(3): 605-610. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC56
摘要:
近年来,瑞士保罗谢勒研究所的CREMA合作组通过测量\begin{document}$\mu$\end{document}氢原子兰姆位移显著提升了质子半径的测量精确度。然而这一新实验结果与已知质子半径标准值(CODATA)相差5.6个标准差,被称为质子半径之谜,受到众多物理学家的关注。受此启发,CREMA合作组在不同的\begin{document}$\mu$\end{document}原子中展开了一系列兰姆位移光谱的测量实验。他们计划从这些\begin{document}$\mu$\end{document}原子的测量中得到轻核(包括\begin{document}$^{2,3}{\rm{H}}$\end{document},\begin{document}$^{3,4}{\rm{He}}$\end{document})的电荷半径。除了对光谱测量精度的要求外,轻核半径的实验精度当前仍被一项理论输入量限制:核极化效应对\begin{document}$\mu$\end{document}原子光谱的修正。核极化效应体现了\begin{document}$\mu$\end{document}子与原子核进行双光子交换中对核的虚激发,进而对\begin{document}$\mu$\end{document}原子能谱产生高阶修正。因此,这一效应与光核反应以及康普顿散射直接相关。核极化效应对兰姆位移的修正可通过计算光核吸收截面以及虚光子康普顿振幅的求和规则而得到。本工作运用第一性原理的核结构计算方法,研究了\begin{document}$\mu$\end{document}原子中的核极化效应。通过结合现代核力模型与超球简谐基展开多体方法,计算了一系列与核极化相关的光核反应及康普顿散射求和规则。这一理论研究为从\begin{document}$\mu$\end{document}原子光谱测量中对核半径的精确提取提供了关键性的理论输入。
放射性核素寿命计算方法的模拟研究
曾奇, 王宁, 王猛, 张玉虎, 涂小林, 徐星, 陈瑞九, 陈相成, 付超义, 刘君豪, 李宏福, 司敏, 帅鹏, 孙铭泽, 邢元明, 颜鑫亮, 赵剑锟, 周旭, 周小红
2020, 37(3): 611-616. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC26
摘要:
根据几种常用放射性核素的寿命计算方法,通过模拟数据研究了直接拟合法、对数时间法、极大似然法、观测时间受限时的极大似然法等四种寿命计算方法的适用范围。当观测时间不受限时,研究了在不同计数下寿命计算方法的适用范围。当观测时间受限时,研究了在不同观测时间窗口下寿命计算方法的适用范围。模拟中选用全剥离离子94mRu44+作为目标核素,得到了不同计数及不同观测时间窗口下的寿命及其误差,并给出了四种方法的适用范围。94mRu44+寿命的模拟结果与在兰州等时性质量谱仪上获得的实验结果在一倍标准偏差范围内一致,从而进一步验证了寿命计算方法的适用范围及模拟数据的可靠性。该模拟结果可为寿命测量实验设计提供理论依据和参考。
利用GEANT4研究轻带电粒子诱发反应出射中子双微分产额
张鑫, 陈志强, 刘丙岩, 韩瑞, 田国玉, 石福栋, 孙慧
2020, 37(3): 617-620. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC48
摘要:
轻带电粒子诱发反应产生次级中子的研究对于加速器屏蔽设计和优化具有重要意义。利用Geant4程序结合INCL、BIC、BERT物理模型分别计算了33 MeV的d核、65 MeV的3He核和4He核轰击厚的碳、铜和铅靶在\begin{document}$0^{\circ}$\end{document}\begin{document}$15^{\circ}$\end{document}\begin{document}$45^{\circ}$\end{document}\begin{document}$75^{\circ}$\end{document}\begin{document}$135^{\circ}$\end{document}等方向出射中子的双微分产额,并与实验数据进行了比较。研究表明,对于33 MeV的d核诱发的核反应,INCL模型的计算结果基本上再现了碳靶和铜靶的实验数据,但高估了铅靶直接过程产生的中子。BIC模型和BERT模型的计算结果没有重现弹核削裂过程对应的宽峰。对于65 MeV的3He核诱发的核反应,三个模型的计算结果均未能重现前向角弹核削裂过程产生的中子,但在\begin{document}$15^{\circ}$\end{document}\begin{document}$45^{\circ}$\end{document}\begin{document}$75^{\circ}$\end{document}\begin{document}$135^{\circ}$\end{document}上三个模型的计算结果与实验数据符合较好。对于65 MeV的4He核诱发的核反应,INCL模型的计算结果与碳靶和铜靶的实验数据符合较好,但低估了铅靶的中子产额。BIC模型和BERT模型的计算结果低估了碳靶的实验数据,且在大角度上略微高估了铅靶的实验数据。
对能对弹核碎裂反应截面的影响
程锦霞, 张东海, 李俊生
2020, 37(3): 621-625. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC21
摘要:
运用改进的量子分子动力学(ImQMD)模型嫁接GEMINI统计衰变模型对400 AMeV 36Ar与C、Al、Cu、Pb的弹核碎裂反应截面的奇偶效应进行了理论分析。分析结果表明,弹核碎裂电荷反应截面的奇偶效应产生在初级碎块的退激发过程中,而且退激发过程中的对能在奇偶效应的产生中起着重要作用。如果不考虑对能,弹核碎裂电荷反应截面的奇偶效应将消失。同时由于对能的作用使得弹核碎裂的中子反应截面也表现出明显的奇偶效应。
分会报告-核天体物理
特洛伊木马方法及其应用最新进展
李成波, 文群刚
2020, 37(3): 626-635. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC28
摘要:
特洛伊木马方法是实验核天体物理中一种重要的间接测量方法,特别适合极低能区带电粒子裸核反应截面测量。在介绍特洛伊木马方法基本原理的基础上,重点讨论该方法近期在核天体物理应用中的一些重要实验结果,以及对未来研究的展望。主要介绍:AGB星s-过程关键中子源反应\begin{document}$ ^{{\rm{13}}}{\rm{C(\alpha ,n}}{{\rm{)}}^{{\rm{16}}}}{\rm{O}}$\end{document}的间接测量,AGB星氟丰度超常现象相关核反应间接测量,以及最近热点–中等以上质量恒星碳燃烧核反应间接测量结果及相关争议。
用于核天体物理实验的活性靶时间投影室
张志超, 张宁涛, 鲁辰桂, 蒲天磊, 张金龙, 陈涵, 段利敏, 高丙水, 李阔昂, 李宇田, 千奕, 茹龙辉, 唐晓东, 王新雨, 徐晓栋, 赵红赟, 蔡紫葳, 姬彬斐, 李奇特, 许金艳, 林炜平
2020, 37(3): 636-642. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC47
摘要:
发生在中子星壳层内的丰中子熔合反应对中子星演化以及X射线超级爆等现象均会产生影响。受限于放射性束流强度和反应机制的复杂性,实验数据极其缺乏,难以有效约束理论模型。基于活性靶技术的时间投影室(Time Projection Chamber,TPC)将工作气体作为反应靶,具备近4\begin{document}$\pi$\end{document}立体角接受度和三维径迹重建能力,能够实现对反应事件的全记录,显著提高了探测效率,大幅降低了熔合反应截面测量对束流强度的要求。我们研制了240路信号读出的TPC,并使用放射性束流16N对探测器进行了测试,探索了该实验方法的可行性和有效性。为了得到更加精确的反应产物径迹,对反应事件做出更好的筛选,进一步发展了1 024路信号读出TPC,并开展了12C+12C库仑位垒附近熔合反应截面测量实验,初步实验结果与已有实验数据符合较好。
s-/r-过程及0${\nu\beta\beta} $能区锗同位素链中子俘获截面高精度测量方案
安振东, 郭琛琛
2020, 37(3): 643-649. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC71
摘要:
74Ge(n,\begin{document}$\gamma$\end{document})反应是大质量恒星氦核心和碳燃烧壳层弱s-过程中的关键反应,76Ge(n,\begin{document}$\gamma$\end{document})反应是弱r-过程中的重要反应。两反应决定了宇宙中74,76Ge的丰度。同时74,76Ge(n,\begin{document}$\gamma$\end{document})反应又是国际上正在开展的GERDA组和MAJORANA组76Ge无中微子双\begin{document}$\beta$\end{document}衰变实验中需要精确测量的中子诱导的主要本底反应。当前已有的实验数据受实验条件或中子能区的限制,存在精度不高且部分能区缺失的情况。本工作计划基于中国散裂中子源(CSNS)反角通道白光中子源实验终端很宽的能谱以及优异的时间结构特性,应用C\begin{document}$_{6}$\end{document}D\begin{document}$_{6}$\end{document}探测器开展74,76Ge中子俘获反应的高精度测量研究,给出10 keV\begin{document}$\thicksim 5 $\end{document} MeV能区的截面值。特别是天体物理最关注的30 keV附近能区反应截面的直接测量工作,将为理解大质量恒星s-/r-过程提供关键的核物理输入量,帮助解决美国国家科学委员会于2002年在《发现》杂志上提出的21世纪尚未解决的11个重大物理问题之三,“从铁到铀的元素是如何产生的?”这一重大物理问题。同时,为正在开展的分别位于意大利格兰萨索地下实验室GERDA合作组和位于美国桑福德地下实验室MAJORANA合作组76Ge核0\begin{document}$\nu \beta \beta$\end{document}实验、以及锦屏深地实验室(CJPL)清华大学中国暗物质实验合作组(CDEX)未来吨量级的高纯锗探测器0\begin{document}$\nu \beta \beta$\end{document}实验研究,提供精确的本底反应数据。
分会报告-中高能核物理
自旋与手征动力学的输运模拟研究
徐骏
2020, 37(3): 650-659. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC22
摘要:
自旋相关的物理是多个研究领域的热门课题。核子和夸克都是自旋为1/2的费米子,在非对心重离子碰撞中受到自旋-轨道相互作用以及磁场的影响,会产生有趣的自旋动力学,特别是在垂直于反应平面方向上会出现自旋极化。在相对论重离子碰撞中,由于产生了极端的高温高密环境,夸克可以近似看作无质量粒子,此时自旋动力学过渡为手征动力学。在外界电磁场、涡旋场作用下以及在电荷与手征荷不对称的条件下,会产生一系列手征反常效应。本文介绍我们课题组基于输运模拟在自旋与手征动力学方面开展的一系列研究工作,包括中能重离子碰撞及相对论重离子碰撞中粒子的自旋极化、理想体系及相对论重离子碰撞中的手征磁波等。
${\sqrt{{{s}}_{\bf{NN}}}\!=\!5\thicksim12}$ GeV能区${^{\bf{197}}{\bf{Au}}+^{\bf{197}}{\!\!\bf{Au}}}$碰撞中正反质子椭圆流劈裂的研究
李鹏程, 王永佳, 李庆峰, 张鸿飞
2020, 37(3): 660-667. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC04
摘要:
利用极端相对论量子分子动力学(Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics,UrQMD) 模型研究了质心系能量\begin{document}$\sqrt{s^{}_{\rm{NN}}}=5\thicksim12~{\rm{GeV}}$\end{document}能区下\begin{document}$^{197}{\rm{Au}}+^{197}{\!\!\rm{Au}}$\end{document}碰撞中正反质子的椭圆流\begin{document}$v_{2}$\end{document}及椭圆流\begin{document}$v_{2}$\end{document}流差。通过对比含势相互作用与不含势相互作用的两种UrQMD模式下的结果,分析了正反质子椭圆流\begin{document}$v_{2}$\end{document}以及椭圆流\begin{document}$v_{2}$\end{document}流差随横动量\begin{document}$p_{\rm{t}}$\end{document}、碰撞能量\begin{document}$\sqrt{s^{}_{\rm{NN}}}$\end{document}、快度\begin{document}$y$\end{document}和中心度的变化。发现在考虑平均场势修正后,可以较好地描述质子椭圆流\begin{document}$v_{2}$\end{document}、正反质子椭圆流\begin{document}$v_{2}$\end{document}流差随横动量\begin{document}$p_{\rm{t}}$\end{document}、碰撞能量\begin{document}$\sqrt{s^{}_{\rm{NN}}}$\end{document}变化的实验数据,并且流差的能量依赖受观测窗口(如:快度和中心度)大小的影响。这些信息对深入理解高密区核物质属性以及探究QCD(Quantum-ChromoDynamical) 相图结构有着积极的意义。
RHIC-STAR重离子碰撞实验中可鉴别粒子的集体流研究
施梳苏
2020, 37(3): 668-673. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC72
摘要:
本文总结了RHIC-STAR重离子碰撞实验中近年来重要的空间各向异性流的结果。主要包括最高能量重离子碰撞中多重奇异及含粲夸克粒子椭圆流的结果和RHIC能量扫描计划BES-I中椭圆流和直接流的结果,其中金金碰撞54.4和27 GeV是最新测量结果。我们发现新碰撞能量点的直接流符合碰撞能量依赖的总体趋势;椭圆流符合组分夸克标度性,这表明54.4和27 GeV的金金碰撞中形成了部分子层次的集体运动。同时展望了未来能量扫描实验的计划以及与之对应的空间各向异性流的研究重点。
Chiral Crossover and Chiral Phase Transition Temperatures from Lattice QCD
Shengtai LI, Hengtong DING
2020, 37(3): 674-678. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC65
摘要:
We review our recent studies on chiral crossover and chiral phase transition temperatures in this special issue. We will firstly present a lattice QCD based determination of the chiral crossover transition temperature at zero and nonzero baryon chemical potential \begin{document}$\mu_{\rm{B}}$\end{document} which is \begin{document}$T_{\rm{pc}}\!=\!(156.5\pm1.5)$\end{document} MeV. At nonzero temperature the curvatures of the chiral crossover transition line are \begin{document}$\kappa^{\rm{B}}_2$\end{document}=0.012(4) and \begin{document}$\kappa^{\rm{B}}_4$\end{document}=0.000(4) for the 2nd and 4th order of \begin{document}$\mu_{\rm{B}}/T$\end{document}. We will then present a first determination of chiral phase transition temperature in QCD with two degenerate, massless quarks and a physical strange quark. After thermodynamic, continuum and chiral extrapolations we find the chiral phase transition temperature \begin{document}$T_{\rm{c}}^0\!=\!132^{+3}_{-6}$\end{document} MeV.
Relativistic Kelvin Circulation Theorem for Ideal Magnetohydrodynamics
Jianfei WANG, Shi PU
2020, 37(3): 679-683. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC19
摘要:
We have studied the relativistic Kelvin circulation theorem for ideal Magnetohydrodynamics. The relativistic Kelvin circulation theorem is a conservation equation for the called T-vorticity, We have briefly reviewed the ideal magnetohydrodynamics in relativistic heavy ion collisions. The highlight of this work is that we have obtained the general expression of relativistic Kelvin circulation theorem for ideal Magnetohydrodynamics. We have also applied the analytic solutions of ideal magnetohydrodynamics in Bjorken flow to check our results. Our main results can also be implemented to relativistic magnetohydrodynamics in relativistic heavy ion collisions.
Charm and Beauty Separation from Heavy Flavor Electron Measurements at RHIC
Fan SI, Xiaolong CHEN, Shenghui ZHANG, Yifei ZHANG
2020, 37(3): 684-689. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC13
摘要:
Heavy quarks (charm and beauty), especially beauty, with expectedly different properties from light quarks are considered as ideal probes for the Quark-Gluon Plasma (QGP). However, there are few measurements on beauty hadrons or on their decay leptons. With the most recent measurements on charmed hadrons and heavy flavor decay electrons (HFE) at mid-rapidity in Au+Au collisions at \begin{document}$\sqrt{s_{\rm NN}}=200\;{\rm{GeV}}$\end{document} at RHIC, a data-driven method is developed to separate charm and beauty components from the HFE measurements. From charmed hadron measurements, electrons from charm decays via semileptonic decay simulations are obtained, with which the beauty component can be extracted from the HFE spectrum. As preliminary results, the \begin{document}$p^{}_{\rm T}$\end{document} spectra, \begin{document}$R_{\rm AA}$\end{document} and \begin{document}$v_2$\end{document} distributions of electrons from charm and from beauty decays (\begin{document}$R_{\rm AA}^{\rm c\rightarrow e}$\end{document} and \begin{document}$v_2^{\rm c\rightarrow e}$\end{document}, \begin{document}$R_{\rm AA}^{\rm b\rightarrow e}$\end{document} and \begin{document}$v_2^{\rm b\rightarrow e}$\end{document}) in minimum bias Au+Au collisions are presented, respectively. Less suppression of \begin{document}$R_{\rm AA}^{\rm b\rightarrow e}$\end{document} is observed compared with that of \begin{document}$R_{\rm AA}^{\rm c\rightarrow e}$\end{document} at moderate-to-high \begin{document}$p_{\rm T}$\end{document}, and \begin{document}$v_2^{\rm b\rightarrow e}$\end{document} shows smaller than \begin{document}$v_2^{\rm c\rightarrow e}$\end{document} at low-to-moderate \begin{document}$p_{\rm T}$\end{document}.
Application of the Dynamical Parton Model in Nucleon and Cold Nuclear Matter
Rong WANG
2020, 37(3): 690-697. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC33
摘要:
This paper present a review on the dynamically generated sea quark and gluon distributions in the free nucleon and the cold nuclear medium. In the dynamical parton model, all the sea quarks and gluons come purely from the QCD fluctuations with DGLAP equations, where the small components of intrinsic sea quarks are neglected. The three valence quark distributions from maximum entropy method are taken as the nonperturbative input at \begin{document}$Q_0^2\sim 0.1$\end{document} GeV2. The saturated strong coupling at low \begin{document}$Q^2$\end{document} (\begin{document}$<1$\end{document} GeV2) is used in this work. Nucleon swelling and parton-parton recombination enhancement are considered for the nuclear matter. The dynamical parton distributions of both nucleon and cold nuclear matter are consistent with the experiments. Furthermore, we show a preliminary application of the nuclear parton distributions in the extraction of the parton energy loss penetrating in the cold nuclear medium.
τ Lepton Decays and Applications
Lianrong DAI
2020, 37(3): 698-704. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC24
摘要:
A novel algebraic approach recently proposed is presented in this paper for investigating the \begin{document}$\tau$\end{document} lepton decay process. In this approach, we use the basic weak interaction and angular momentum algebra and finally obtain analytical decay amplitudes, finding that this formalism can relate the different decay processes and also lead to a different interpretation of the important role played by \begin{document}$G$\end{document}-parity in these decays. Then we apply this formalism to explore some meaningful and interesting applications on \begin{document}$\tau$\end{document} lepton decays, including the polarization amplitudes and tests on the nature of scalar resonances or axial-vector resonances. The results show that one magnitude is very sensitive to the \begin{document}$\alpha$\end{document} parameter and useful to test different models Beyond the Standard Model. And very importantly, we firstly open up a new direction in the \begin{document}$\tau$\end{document} decays to test the nature of resonances which were obtained as dynamically generated from the pseudoscalar-pseudoscalar or vector-pseudoscalar interactions. In these \begin{document}$\tau$\end{document} decays we make predictions for invariant mass distribution and the final branching ratios, the results show that these ratios are within measurable ranges on related experiments in the possible future large research facility of the Super Tau-Charm Facility of China.
Critical Exponents of the Chiral Phase Transition in the PNJL Model
Xueyan GAO, Weibo HE, Guoyun SHAO
2020, 37(3): 705-712. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC23
摘要:
The critical exponents at the Critical end Point(CEP) and the spinodal boundaries are investigated in the Poyakov-Nambu--Jona-Lasinio(PNJL) model. The numerical results show that the four standard critical exponents, \begin{document}$\alpha, \beta, \gamma$\end{document} and \begin{document}$\delta$\end{document}, are consistent with Landau-Ginzburg theory in the mean-field approximation. The critical exponent \begin{document}$\eta ~(\approx2)$\end{document} correlated to kurtosis is larger than the critical exponent \begin{document}$\zeta~(\approx1)$\end{document} of skewness at the CEP, which indicates that the measurement of kurtosis is more sensitive than skewness if the critical region can be reached in heavy-ion collision. The calculation also shows that the critical exponent of skewness~(kurtosis) along the spinodal line has the same divergent strength as that at the CEP. Due to the violent fluctuations in the unstable and metastable phases and the divergence of skewness and kurtosis at the spinodal boundaries, the signals to identify the first-order transition in the future experiments will be disturbed to a certain degree. Some deviations from the prediction of standard first-order transition may be found in observation.
Polyakov-loop拓展的夸克介子模型中的Roberge-Weiss相变研究
张啟玥, 张昭
2020, 37(3): 713-719. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC35
摘要:
\begin{document}${\mathbb{Z}}_3$\end{document}-QCD是具有严格中心对称性的类QCD理论,研究其在特殊条件下的性质有助于理解QCD退禁闭相变。本文应用三种味道的Polyakov-loop拓展的夸克介子模型作为\begin{document}${\mathbb{Z}}_3$\end{document}-QCD的低能有效理论,研究了不同中心对称性破缺模式下的Roberge-Weiss(RW)相变。为保证RW周期性,本文采用味道依赖的虚化学势\begin{document}$(\mu_{\rm{u}},\mu_{\rm{d}},\mu_{\rm{s}})={\rm{i}}T(\theta-2C\pi/3,\theta,\theta+2C\pi/3)$\end{document},其中\begin{document}$0\!\leqslant\!{C}\!\leqslant1$\end{document}。传统的和夸克反馈效应改进的两种不同Polyakov-loop势被分别用于相应的计算。研究表明,当\begin{document}$N_{\rm{f}}\!=\!3$\end{document}\begin{document}$C\!\ne\!1$\end{document}时,RW相变出现在\begin{document}$\theta=\pi/3$\end{document}(mod \begin{document}$2\pi/3$\end{document})处,其强度随\begin{document}$C$\end{document}值的减小而加强;当\begin{document}$C\!=\!1$\end{document}\begin{document}$N_{\rm{f}}\!=\!2\!+\!1$\end{document}时,RW相变位置出现反常,变为\begin{document}$\theta=2\pi/3$\end{document}(mod \begin{document}$2\pi/3$\end{document});而当\begin{document}$C\!=\!1$\end{document}\begin{document}$N_{\rm{f}}\!=\!1\!+\!2$\end{document}时,RW相变点又返回\begin{document}$\theta\!=\!\pi/3$\end{document}(mod \begin{document}$2\pi/3$\end{document})。上述几种情形的RW相变端点均为三相点。研究发现,夸克反馈效应使得RW相变强度减弱,退禁闭相变温度变低,但并未改变前述的定性结论。
深度学习在核物理中的应用
庞龙刚, 周凯, 王新年
2020, 37(3): 720-726. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC41
摘要:
深度学习是目前最好的模式识别工具,预期会在核物理领域帮助科学家从大量复杂数据中寻找与某些物理最相关的特征。本文综述了深度学习技术的分类,不同数据结构对应的最优神经网络架构,黑盒模型的可解释性与预测结果的不确定性。介绍了深度学习在核物质状态方程、核结构、原子核质量、衰变与裂变方面的应用,并展示如何训练神经网络预测原子核质量。结果发现使用实验数据训练的神经网络模型对未参与训练的实验数据拥有良好的预测能力。基于已有的实验数据外推,神经网络对丰中子的轻原子核质量预测结果与宏观微观液滴模型有较大偏离。此区域可能存在未被宏观微观液滴模型包含的新物理,需要进一步的实验数据验证。
分会报告-探测器和电子学及应用技术
中国极化电子离子对撞机探测器设计
祁康辉, 梁羽铁, 王荣, 谢亚平, 杨智, 赵宇翔
2020, 37(3): 727-733. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC37
摘要:
核子是构成宇宙可见物质的最主要成分,也是研究强相互作用的最佳实验室。对核子内部结构的研究是当前理论和实验研究的重要前沿。在核子内部结构的实验研究中,电子- 离子对撞机(Electron Ion Collider, EIC)是最理想的装置,能提供核子内部最清晰的图像,是人类认识物质世界深层次结构,特别是核子与原子核结构最理想的工具。中国极化电子离子对撞机EicC项目,设想在已开建的HIAF 高能离子束的基础上进行升级:将离子束流升级成15~20 GeV 的极化束流,建设3~5 GeV 高能极化电子束流,实现质心系能量为10~20 GeV双极化电子- 离子对撞,在海夸克能区对核子内部结构进行精细测量,并对质子质量、奇特强子态等诸多重要物理课题展开研究。在本文中,我们开发了EicC 快模拟软件,对探测器性能进行参数化模拟;通过物理模拟汇集EicC探测需求,利用探测器模拟软件进行优化并提出EicC 探测器谱仪的初步设计方案。该谱仪方案提供了接近全立体角的覆盖范围和大动量范围内的粒子鉴别能力,兼顾EicC项目丰富的物理课题。
ALICE实验内径迹系统探测器升级
张彪, 张李昂, 邓文静, 刘军, 张文靖, 柳东海, 谭亚蕾, 王亚平, 孙向明, 殷中宝, 周代翠, 黄光明, 许怒
2020, 37(3): 734-741. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC51
摘要:
大型重离子对撞实验(A Large heavy-Ion Collision Experiment,ALICE)按计划在大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)的第二次停机(2019—2021)期间进行探测器升级工作。为了对强相互作用物质——夸克胶子等离子体(Quark-Gluon Plasma,QGP)的性质进行更细致的研究,作为升级计划中重要的一个内容是把ALICE实验现有的内径迹系统探测器(Inner Tracking System,ITS)全面升级为基于单片有源像素传感器(Monolithic Active Pixel Sensor,MAPS)技术的硅像素探测器(习惯称之为ITS2),并在Run 3和Run 4期间采集更多的铅核-铅核碰撞数据。新的ITS2共由7层(内3层,中间2层和外2层)探测桶面组成,共由24 000余片尺寸为3 cm × 1.5 cm的MAPS硅像素芯片(该芯片称之为ALPIDE)构成,有效探测面积达10 m2,共约120亿像素。ALPIDE芯片厚度为50 μm,单个像素的尺寸是27 μm × 29 μm,该芯片具有低功耗、高空间分辨率和高速读出等特点。ITS2将使ALICE探测器在测量极低横动量粒子时具备优异的探测效率和碰撞参数分辨率,同时也使ALICE探测器适应于LHC高束流亮度环境。目前ITS2的探测器模块量产和测试已于2019年完成,并在欧洲核子中心(CERN)洁净室完成了7层桶面的组装与安装,于2020年完成试运行测试。2021年1月启动ITS2在ALICE探测器中的安装与试运行工作,计划于2021年5月底完成ITS2的安装与测试。本工作将对ALICE/ITS2的探测器结构、ALPIDE芯片和升级进展等方面进行介绍。
Data Analysis Framework for Radioactive Ion Beam Experiments at the External Target Facility of HIRFL-CSR
Yazhou SUN, Yixuan ZHAO, Shuya JIN, Shitao WANG, Zhiyu SUN, Xueheng ZHANG, Duo YAN, Shuwen TANG, Peng MA, Yuhong YU, Ke YUE, Limin DUAN, Herun YANG, Chengui LU, Fang FANG, Hong SU
2020, 37(3): 742-748. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC27
摘要:
ANAETF, a large data analysis framework for the External Target Facility (ETF) of HIRFL-CSR, has been developed and successfully used for data analysis in radioactive ion beam experiments. This paper covers the flow of data processing in the program, the general tracking algorithm for the drift chambers, the particle identification (PID) approach, and the techniques for extraction of reaction cross sections. The program achieves total detecting efficiencies of around ~90% and gives clear PID spectrum for carbon and beryllium fragments produced from the reaction of 240 MeV/u 12C secondary beams on a carbon target. The obtained cross sections are consistent with the previously reported experimental results.
基于SiPM读出的塑料闪烁体探测器时间性能研究
周冰倩, 章学恒, 方芳, 闫铎, 唐述文, 余玉洪, 王世陶, 张永杰, 刘相满, 赵亦轩, 金树亚, 刘忠, 孙志宇
2020, 37(3): 749-756. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC53
摘要:
研究了基于硅光电倍增管(SiPM)双端读出的面积为10 cm ×10 cm的薄塑料闪烁体探测器的时间性能。239Pu放射源测试结果显示:(1)在多支SiPM串连读出方式下,随着SiPM数量的增加,探测器时间分辨逐渐变好;(2)在固定12支SiPM数量不变的情况下,并联支路越多,探测器时间分辨越差;(3)采用快时间塑料闪烁体并增加其厚度,可有效提高探测器时间分辨;(4)采用比束斑尺寸更大的塑料闪烁体,可有效提高探测器时间分辨的位置均匀性;(5)对于1 mm厚的EJ232塑料闪烁体探测器,在单端12支SiPM串行连接的情况下,可获得好于131 ps的时间分辨。这一研究对RIBLL2起始时间探测器的升级改造具有重要的指导意义。
基于SiPM双端读出的γ射线探测器研究
刘相满, 唐述文, 刘伍丰, 孙志宇, 余玉洪, 王伟, 陈若富, 陈俊岭, 张永杰, 方芳, 闫铎, 王世陶, 章学恒, 陆建伟, 周冰倩
2020, 37(3): 757-764. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC03
摘要:
研究高灵敏度的新型康普顿望远镜对于中能区空间\begin{document}$\gamma $\end{document}射线探测具有重要的科学意义。量能器作为康普顿望远镜的重要组成部分,应具有优异的能量分辨率和位置分辨率。为此,设计了一种基于硅光电倍增管(SiPM)双端读出的CsI(Tl)\begin{document}$\gamma $\end{document}射线探测器作为康普顿望远镜量能器的基本探测单元。同时,对于使用不同包装材料(Teflon、Tyvek和ESR)和不同晶体尺寸(5 mm×5 mm×60 mm、5 mm×5 mm×80 mm和5 mm× 5 mm×100 mm)的探测器进行了研究测试。测试结果表明,这三种包装材料对能量分辨率的影响不明显,但对光衰减长度和位置分辨率有较大影响,且二者表现出明显的相关性,即光衰减长度越短,探测器的位置分辨率越好;对于使用不同晶体尺寸的三种探测器,其性能并没有表现出显著的差异。经综合考虑,选用ESR包装的5 mm×5 mm×80 mm的CsI(Tl)晶体探测器,可以满足新型康普顿望远镜对量能器的性能要求,其能量分辨率可达5.2%,位置分辨率约为5.2 mm。
CEE-TPC中GEM读出探测器传输性能实验研究
魏向伦, 鲁辰桂, 张俊伟, 马朋, 杨贺润, 邱天力, 李蒙, 胡荣江, 段利敏
2020, 37(3): 765-770. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC46
摘要:
气体电子倍增器(GEM)因其具有较好的位置分辨以及各项同性的二维结构等优点,近年来受到了广泛的关注,在HIRFL-CSR上正在建设的低温高密核物质测量谱仪(CEE)也计划使用GEM作为TPC的读出探测器。不同电场条件下GEM探测器的传输特性对探测器的有效增益及能量分辨有较大影响。文中研究了单层GEM探测器中漂移区电场及感应区电场对探测器传输特性的影响;随后研究了双层GEM探测器的电压分配及传输区电场对探测器电荷传输性能的影响。结果表明,在单层及多层GEM探测器中,漂移区电场、传输区电场及感应区电场主要通过改变电子透过率和GEM雪崩电场强度及分布影响探测器的电荷传输性能,进而影响探测器的有效增益及能量分辨。以上实验结果表明GEM探测器是CEE-TPC读出探测器的理想选择,同时测试结果也为TPC中多层级联GEM工作点的选择提供了参考依据。
Gamma全吸收型BaF2探测装置中子屏蔽体与吸收体的研究
张奇玮, 栾广源, 贺国珠, 程品晶, 阮锡超, 朱兴华
2020, 37(3): 771-776. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC30
摘要:
中国原子能科学研究院已经建造完成了我国第一套全吸收型BaF2探测装置,采用瞬发γ测量法,精确测量中子俘获反应截面。中子源是利用HI-13串列加速器产生的脉冲化质子束,通过7Li(p, n)7Be反应建立。为了有效降低周围环境材料和探测器产生的散射中子本底,约束中子束流的形状,使用MCNP程序模拟设计了屏蔽体,采用含硼聚乙烯(B4C质量分数为5%)包裹5 cm铅的方案,以及准直器采用平行孔的方案。该设计使样品处的中子束斑平整均匀,直径约为2 cm,束斑外的中子注量降低5个数量级,γ注量降低3个数量级。同时设计了中子吸收体(外半径为10 cm,厚度为7 cm)用于吸收待测样品产生的散射中子。MCNP和GEANT4程序的模拟结果表明:选择含硼聚乙烯(10B4C质量分数为10%)作为中子吸收体的加工材料,其中子吸收率达到了80%,并设置1 MeV的能量加和阈,能够满足在线测量中子俘获反应截面的实验要求。
TMSR白光中子源本底屏蔽设计
王小鹤, 胡继峰, 刘龙祥, 王宏伟, 蔡翔舟, 陈金根, 王纳秀, 姜炳, 郭子安, 韩建龙
2020, 37(3): 777-783. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC38
摘要:
为了满足钍基熔盐堆对核数据的需求,中国科学院上海应用物理研究所自行设计并建造了紧凑型的15 MeV电子加速器驱动的白光中子源。电子直线加速器、中子产生靶以及探测器系统处于同一个实验大厅,中子/伽马射线本底较高,原有屏蔽并不能满足在低能区进行热中子物理实验测量的低中子本底需求。为了降低热中子本底,提高在热区的测量能力,需要对中子源进行局部屏蔽。根据调试运行经验以及模拟计算结果,分析了中子伽马射线本底的来源,利用MCNP5模拟计算了混凝土、铅、含硼聚乙烯对中子/伽马射线的屏蔽效果,优化设计了局部屏蔽方案。模拟计算结果显示,该屏蔽方案可将热中子本底降低三个量级,伽马本底降低两个量级。屏蔽后的实验测量结果表明,探测器处的有效热中子与本底热中子的比值达到约100:1,屏蔽效果显著,为后续在热中子能区顺利开展中子物理测量实验奠定了基础。
小型加速器质谱系统研制及分析技术研究
何明, 包轶文, 苏胜勇, 游曲波, 李康宁, 赵庆章, 庞仪俊, 胡畔, 张文慧, 龚杰, 何洪钰, 胡跃明
2020, 37(3): 784-790. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC01
摘要:
加速器质谱(AMS)是测量长寿命放射性核素灵敏度最高的分析技术,在环境、地质、考古、物理等领域有着广泛应用。近年来,AMS装置的小型化在国际上得到了很大发展。为了研发小型化AMS装置及其分析技术,中国原子能科学研究院分别自主研制了加速电压为0.2 MV的单极型AMS装置和端电压为0.3 MV的串列型AMS装置。基于研制的单极型AMS装置,成功开展了14C的高效传输和本底排除技术研究,实现了14C的高灵敏测定,14C/12C的测量灵敏度达到2×10–15;利用研制的串列型AMS装置,开展了低能量下129I的气体剥离条件、本底排除和探测方法研究,建立了129I的高效传输和高灵敏测量方法,129I/127I的测量灵敏度为1×10–14。这是国内首次研制成功小型AMS装置,为AMS国产化奠定基础。
用多元统计分析研究黄冶窑白瓷的原料特征
赵维娟, 高田, 王东艳, 孙新民, 郭木森, 张斌
2020, 37(3): 791-796. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC76
摘要:
黄冶窑文化内涵丰富,其创烧于隋,兴盛于唐代中期,停烧于唐代晚期。为探讨不同时期黄冶窑白瓷的胎料来源和釉料配方是否相同,选取黄冶窑隋、早唐、中唐、晚唐四个时期的80个白瓷样品,利用质子激发X射线荧光分析(PIXE)测定各样品胎、釉中9种化学成分(Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、K2O、CaO、TiO2、Fe2O3)的含量,用多元统计分析中的Fisher判别分析处理PIXE数据,并计算各样品釉的木灰釉式系数b来划分瓷釉类型。结果表明:黄冶窑四个时期的胎料取自同一或相近的地点,都是就地取材;四个时期的釉料配方比较相似,而四期白瓷的釉料配方最为稳定,且与二期釉料配方最相似,而与一期釉料配方已有明显不同;黄冶窑白瓷釉大部分为钙釉,存在少量钙碱釉和碱钙釉。
高保真物理-热工耦合计算方法研究及应用
刘宙宇, 曹良志
2020, 37(3): 797-803. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC73
摘要:
反应堆高保真物理-热工耦合计算可以更准确、更详细地模拟和预测反应堆堆芯行为,从而进一步提高核反应堆的安全性和经济性。基于精确的几何建模与高精度的中子学计算方法,通过耦合pin-by-pin子通道热工水力计算,进行了高保真中子学和物理-热工耦合计算方法研究,研制了反应堆高保真物理-热工耦合计算程序NECP-X/CTF。在此基础上分析了燃料棒导热模型、间隙导热率等计算模型对高保真物理-热工耦合计算结果的影响,最终将耦合系统应用于大型压水堆关键安全参数的计算。结果表明,高保真物理-热工耦合不但可以获得精确的宏观参数,还可以获得精细的燃料棒功率、燃料棒温度等精细参数。
低温硫化制备ZnS薄膜的物理性质研究
杨光, 张仁刚, 陈书真, 柯进林, 曹兴忠, 张鹏, 于润升, 王宝义
2020, 37(3): 804-808. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC02
摘要:
采用磁控溅射方法先在玻璃衬底上室温下沉积Zn金属薄膜,接着先后在200和400 ℃温度下的硫蒸气和氩气流中进行退火,生长出 ZnS 薄膜。薄膜样品的微观结构、物相结构、表面形貌和光学性质分别采用正电子湮没技术 (PAT)、X射线衍射仪 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)和紫外-可见分光光度计进行表征。该ZnS薄膜在可见光范围具有约80%的高透光率,随着硫化时间的增加,其带隙由3.55 增加到3.57 eV,S/Zn原子比从0.54上升至0.89,薄膜质量明显得到改善,相对于以前报道的真空封装硫化所制备的ZnS薄膜,硫过量问题得到了较好解决。此外,慢正电子湮没多普勒展宽谱对硫化前后薄膜样品中膜层结构缺陷研究表明,硫化后薄膜的S参数明显增大,生成的ZnS 薄膜结构缺陷浓度高于Zn薄膜。