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弱束缚原子核引起的熔合反应机制研究

苏学斗 张广鑫 胡世鹏 黄珍 焦振威 王明李 张高龙 张焕乔 屈卫卫 吴晓光 陆景彬 吕翌丰 孙慧斌

苏学斗, 张广鑫, 胡世鹏, 黄珍, 焦振威, 王明李, 张高龙, 张焕乔, 屈卫卫, 吴晓光, 陆景彬, 吕翌丰, 孙慧斌. 弱束缚原子核引起的熔合反应机制研究[J]. 原子核物理评论, 2020, 37(2): 119-135. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019060
引用本文: 苏学斗, 张广鑫, 胡世鹏, 黄珍, 焦振威, 王明李, 张高龙, 张焕乔, 屈卫卫, 吴晓光, 陆景彬, 吕翌丰, 孙慧斌. 弱束缚原子核引起的熔合反应机制研究[J]. 原子核物理评论, 2020, 37(2): 119-135. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019060
Xuedou SU, Guangxin ZHANG, Shipeng HU, Zhen HUANG, Zhenwei JIAO, Mingli WANG, Gaolong ZHANG, Huanqiao ZHANG, Weiwei QU, Xiaoguang WU, Jingbin LU, Yifeng LÜ, Huibin SUN. Study of Fusion Reaction Mechanism Induced by Weakly Bound Nuclei[J]. Nuclear Physics Review, 2020, 37(2): 119-135. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019060
Citation: Xuedou SU, Guangxin ZHANG, Shipeng HU, Zhen HUANG, Zhenwei JIAO, Mingli WANG, Gaolong ZHANG, Huanqiao ZHANG, Weiwei QU, Xiaoguang WU, Jingbin LU, Yifeng LÜ, Huibin SUN. Study of Fusion Reaction Mechanism Induced by Weakly Bound Nuclei[J]. Nuclear Physics Review, 2020, 37(2): 119-135. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019060

弱束缚原子核引起的熔合反应机制研究

doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019060
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(U1832130,11975040,11605114,11575118, 11475013);广东省自然科学基金资助项目(2016A030310042)
详细信息
    作者简介:

    苏学斗(1995–),女,河北沧县人,硕士,从事实验核物理研究;E-mail:suxuedou0603@163.com

    通讯作者: 张高龙,E-mail:zgl@buaa.edu.cn。
  • 中图分类号: O571.53

Study of Fusion Reaction Mechanism Induced by Weakly Bound Nuclei

Funds: National Natural Science Foundation of China(U1832130, 11975040, 11605114, 11575118, 11475013); Natural Science Foundation of Guangdong Province, China(2016A030310042)
More Information
  • 摘要: 弱束缚原子核引起的熔合反应机制研究是近几十年中实验核物理研究的重要课题之一。相比于放射性核束,加速器提供的稳定弱束缚原子核束流的强度要高几个数量级,利用稳定弱束缚原子核作为弹核进行反应机制的研究,可以在保证统计性和准确性的基础上,深入研究原子核的破裂、转移等反应道对熔合过程的耦合作用。已有很多实验数据表明,在库仑位垒附近,弱束缚原子核引发的熔合反应有很多有趣的现象,例如完全熔合截面的“垒下增强”和“垒上压低”。本文主要回顾近年来弱束缚原子核“垒上压低”的研究结果,并探讨造成“垒上压低”的可能原因。完全熔合截面“垒上压低”的主要原因是弱束缚原子核在进入熔合位垒之前发生破裂,从而降低了完全熔合反应道的入射通量。同时,实验研究表明完全熔合截面压低的程度可能与靶核质量数以及靶核结构相关。目前,在实验上对弱束缚原子核引起的熔合反应研究主要有3种测量方法,分别为$\gamma$射线测量方法、带电粒子测量方法以及带电粒子-$\gamma$射线符合测量的方法。其中,带电粒子-$\gamma$射线符合测量的方法在反应道鉴别方面具有明显的优势。本文对这3种测量方法进行了概要介绍,并就国内外对运用这3种方法开展的研究进行了介绍,包括本研究组在此方面的研究工作。此外,对弱束缚原子核引起的熔合反应近期在理论方面的研究工作也做了些介绍。
  • 图  1  (在线彩图)在库仑位垒附近,弱束缚原子核引发的熔合过程中可能发生的核反应道示意图[1]

    图  2  (a) 7Li+209Bi,18O+198Pt;(b) 9Be+208Pb, 13C+204Hg 系统CF截面与一维势垒穿透模型计算结果的对比[4]

    图  3  9Be+208Pb系统中,CF截面与ICF截面(a)与位垒分布[5](b)的实验数据

    图  4  (在线彩图)6Li+159Tb系统各反应道的反应截面[17]

    图  5  (在线彩图)后角硅条探测器阵列[18]

    图  6  (在线彩图)(a)6Li+208Pb与(b)7Li+208Pb Q值谱[18]

    图  7  衰变$\alpha$粒子测量装置[4]

    图  8  9Be+208Pb系统$\alpha$衰变能谱[4]

    图  9  (在线彩图)带电粒子$- \gamma$射线符合测量实验装置示意图[14]

    图  10  6Li+89Y反应中铝筒覆盖范围的带电粒子能谱和$\gamma$

    (a) $\alpha$能谱;(b) 与高能$\alpha$粒子符合的$\gamma$谱;(c) 与低能$\alpha$粒子符合的$\gamma$谱[14]

    图  11  6Li+89Y反应中铝筒未覆盖范围的带电粒子能谱和$\gamma$

    (a) $\alpha$能谱;(b) 与高能$\alpha$粒子符合的$\gamma$谱;(c) 与低能$\alpha$粒子符合的$\gamma$谱[14]

    图  12  (在线彩图)实验测量的6Li+154Sm 系统的CF, TF 截面和理论计算结果的比较[22]

    图  13  (在线彩图)6Li+96Zr 系统1n削裂反应的近垒反应截面以及CF截面[32]

    图  14  (在线彩图)CC与CRC计算结果的比较(a)弹性散射计算结果;(b)近垒总熔合截面的计算结果[33]

    图  15  (在线彩图)6Li 在28Si, 59Co, 64Ni, 90Zr, 144Sm, 159Tb, 208Pb, 209Bi靶上完全熔合截面压低因子分布图[9]