利用HIRFL进行滴线核20Mg和22Si的延迟衰变谱学研究
时间 : 2017-06-26     

远离稳定线原子核的衰变研究可为核内有效相互作用与基本对称性、奇特核结构与奇特衰变以及天体核合成等关键问题提供重要的信息,是人们对原子核稳定存在极限的一种探索。22Si20MgN=8的丰质子滴线核,衰变谱学研究是新近的热点。对于20Mg,其β延迟质子(βp)衰变与核天体关键反应19Ne(p, γ)20Na密切相关,国际上研究较多,但尚无定论。对于22Si,其Tz = -3,即质子比中子多6个,十分罕见,仅有法国GANIL开展了初步的衰变谱学研究。 

中国原子能科学研究院核物理研究所核反应组联合近代物理研究所、上海应用物理研究所、北京大学,利用兰州重离子研究装置(HIRFL)放射性束流线1号线(RIBLL1),开展了滴线核22Si20Mg以及附近核的β延迟衰变谱学的研究。 

实验由扇聚焦回旋加速器SFC作注入器,大型分离扇加速器SSC提供能量为75.8 MeV/u,流强为37 enA28Si14+初级束流,轰击9Be初级靶产生弹核碎裂反应,产物经RIBLL1ΔE方式分离和纯化,利用ΔEToF方法鉴别次级束流粒子。在连续束模式下,将目标核注入150 μm60 μm的两块薄的双面硅条探测器,周围环绕四分硅探测器和Cloverγ探测器组成的阵列,实现轻、重离子,β粒子和γ射线的符合测量,通过位置、时间和能量等信息,严格挑选稀有的衰变事件。 

研究成果的创新点如下: 

1)在探测技术方面,研发了一套基于印刷电路板构架的硅探测器阵列,提高了系统的信噪比;以两块薄硅作为注入探测器,有效抑制了β衰变叠加的影响。探测装置分辨好、效率高,能量探测阈低至150 keV,对稀有衰变事件有极强的鉴别能力,性能达到国际先进水平。 

2)在20Mg的研究中,观察到一个新的βp衰变分支,利用pγ符合构建了较完整的衰变纲图,确定了20Mg半衰期为90.0 ± 0.6 ms,是目前精度最高的数据。 

3)对于极丰质子核22Si,实验观察到若干新的βp衰变分支,第一次发现其具有β延迟双质子(β2p)衰变模式。利用库仑置换能关系,首次给出22Si基态质量的实验数据。 

20Mg衰变谱学的研究,确证了20Mg20O镜像核衰变的不对称性,为揭示同位旋对称性的破缺提供了实验素材,进一步约束了核内有效相互作用参数的选择。对22Si衰变谱学的研究,首次观察到其具有β延迟双质子发射,这是第一次在亚洲国家实验室发现的具有β2p衰变的核素;首次从实验上确定了基态质量,表明它是一个非常临界的基态双质子发射核。上述成果深化了人们对丰质子滴线核性质的理解以及对核素存在边界的认知。 


研究成果在Phys. Lett. B 766, 312 (2017)Phys. Rev. C 95, 014314 (2017) 上发表。

图1 探测器阵列示意图

图2 22Siβ延迟质子衰变能谱(红色标记为实验新发现的衰变分支)

<兰州重离子提供>