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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

张志远, 甘再国, 杨华彬, 马龙, 黄明辉, 杨春莉, 张明明. 缺中子Np新核素的α衰变研究[J]. 原子核物理评论. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC44
引用本文: 张志远, 甘再国, 杨华彬, 马龙, 黄明辉, 杨春莉, 张明明. 缺中子Np新核素的α衰变研究[J]. 原子核物理评论. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC44
Zhiyuan ZHANG, Zaiguo GAN, Huabin YANG, Long MA, Minghui HUANG, Chunli YANG, Mingming ZHANG. α Decay Studies on New Neutron-deficient Np Isotopes[J]. Nuclear Physics Review. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC44
Citation: Zhiyuan ZHANG, Zaiguo GAN, Huabin YANG, Long MA, Minghui HUANG, Chunli YANG, Mingming ZHANG. α Decay Studies on New Neutron-deficient Np Isotopes[J]. Nuclear Physics Review. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC44

缺中子Np新核素的α衰变研究

doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC44
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(11975279,U1732270);中国科学院青年创新促进会项目(2020409);国家重点研发计划(2018YFA0404402);中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB34010000)
详细信息
    作者简介:

    张志远(1985–),男,甘肃平凉人,研究员,博士,实验核物理专业;E-mail:zhangzy@impcas.ac.cn

  • 中图分类号: O571.22

α Decay Studies on New Neutron-deficient Np Isotopes

Funds: National Natural Science Foundation of China(11975279, U1732270); Youth Innovation Promotion Association CAS(2020409); National Key R&D Program of China(2018YFA0404402); Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences(XDB34010000)
  • 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α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。
  • 图  1  (在线彩图)充气反冲核谱仪(SHANS)装置示意图

    其中Q代表四极聚焦磁铁,D代表二极偏转磁铁,h和v分别代表水平和垂直聚焦方向。

    图  2  (在线彩图)SHANS谱仪的焦平面探测阵列示意图

    图  3  (在线彩图)新核素220Np的$\alpha$衰变链

    图中$E_{\alpha}$和$T_{1/2}$值为实验测量$\alpha$衰变粒子的能量和半衰期[13],Lit.值为文献参考值[23],最末端核素204At仅具有$\beta$衰变分支。

    图  4  (在线彩图)$89\!\leqslant\!Z\!\leqslant\!93$同位素链的$\alpha$衰变$Q_{\alpha}$值随质子数和中子数的系统性变化规律

    新核素219,220,223Np 的实验数据[12-14]由稍大一些的球形符号标记,其它数据点来自于文献[23],图中实线的数据来自于文献[25],是由Bao等[25]根据局域化质量关系作出的$Q_{\alpha}$理论预言值。

    图  5  (在线彩图)$89\!\leqslant\!Z\! \leqslant\!93$同位素链的$\alpha$衰变半衰期$T^{\alpha}_{1/2}$随质子数和中子数的变化规律

    新核素219,220,223Np的实验数据[12-14]由稍大一些的球形符号标记,其它数据点来自于文献[23],图中实线表示利用Ren等[26-27]提出的新 的Geiger-Nuttall公式的理论计算值。

    图  6  (在线彩图)$89\!\leqslant \!Z\! \leqslant\!93$Z同位素链的单质子分离能$S_{\rm p}$随中子数的变化规律[13]

    实心方框表示新核素219,220,223Np的实验值,其它数据值由AME2016质量表[5]计算得出,图中点线表示根据WS4质量模型[29-30]给出的核素质量表计算的单质子分离能。

    图  7  (在线彩图)合成219,220,223,224Np核素的实验反应截面与HIVAP程序计算的激发函数的比较

    图(a)(b)(c)分别 对应实验中采用的三种不同弹靶组合,实心符号表示实验测量值,实线、虚线、短虚线和点划线分别对应由HIVAP程序 计算的3n-6n中子蒸发道的截面值。

    表  1  新核素219,220,223,224Np实验的反应道、束流和靶条件

    反应道 束流能量
    /MeV
    流强
    /pnA
    靶厚
    /(μg·cm–2)
    文献
    187Re(36Ar,4n)219Np 192 300~400 380 [12]
    185Re(40Ar,5n)220Np 201 500 400 [13]
    187Re(40Ar,4n)223Np 188 320 460 [14]
    187Re(40Ar,3n)224Np 188 320 460 [15]
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    表  2  实验测量的新核素219,220,223,224Np的衰变性质

    核素 $\alpha$衰变粒子能量/MeV 半衰期/μs 衰变能级 文献
    219Np 9.039(40) $150^{+720}_{-70}$ 基态→基态 [12]
    220Np 10.040(18) $25^{+14}_{-7}$ 基态→基态 [13]
    223Np 9.477(44) $2.15^{+100}_{-52}$ 基态→基态 [14]
    224Np 9.137(20) 8.868(62) $38^{+26}_{-11}$ ?→激发态 [15]
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    表  3  合成219,220,223,224Np实验的反应道、束流在靶中心能量、复合核激发能和反应截面

    反应道 束流在靶
    中心能量/MeV
    复合核激发能
    /MeV
    反应截面
    /pb
    文献
    187Re(36Ar,4n)219Np 189.6 57.0 $19^{+44}_{-16}$ [12]
    185Re(40Ar,5n)220Np 199.6 53.7 $42^{+20}_{-15}$ [13]
    187Re(40Ar,4n)223Np 185.2 43.7 $900^{+300}_{-200}$ [14]
    187Re(40Ar,3n)224Np 185.2 43.7 $380^{+260}_{-110}$ [15]
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