第三次 HIRFL-RIBLL1 合作组会议2013 年 8 月 15-16 日，兰州市榆中县

苏 俊中国原子能科学研究院

53Ni b 延迟质子发射测量

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报告内容

研究意义

RIBLL1 上已完成的实验

实验改进方案

实验模拟

总结

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研究意义通过测量 b 延迟质子发射，可以得到 :

b 衰变分支比 、半衰期 子核激发态能级

同位旋相似态 (IAS) 能级位置

IAS(Jp, T0)

β+

(Z-3, N+1) +2pTwo-ProtonDaughter

(Z-2, N+1) + pProtonDaughter

Seq. 2p

p

(Z-1, N+1)Emitter

QEC

Ecm2p

Ecmp

Sp

(Jp, T0)(Z, N)Precursor

2He

γ

γ

γ

F

GT

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同位旋多重态质量公式

同位旋多重态 :

质量数 A 相同，具有相同的 Jp、 T ，不同的 Tz 。

同位旋多重态质量公式 IMME :

M(A, T, Tz) = a(A, T)+b(A, T)Tz+c(A,T)Tz2 +d(A,T)Tz

3+e(A, T)Tz4

21,

ZNtT

A

iizz

22

ZNT

ZN

对于同位旋四重态及以上 (T≥3/2)

IMME 是计算远离 b 稳定线核质量的有力工具

如果多重态内所有的核质量均已知 , 可以对IMME 进行检验

N = Z

- 3/2

G.S

.

- 1/2

IAS

+ 1/2

IAS

+ 3/2

G.S.

Neutron

Pro

ton

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IMME 适用性M(A, T, Tz) = a(A, T)+b(A, T)Tz+c(A,T)Tz

2 +d(A,T)Tz3

break down: |d|/s(d)>3

A=8R. J. Charity et al., PRC 84(2011)051308(R)

A=9M. Brodeur et. al, PRL 108(2012)212501

A=32M. C. Pyle et al., PRL 88(2002)122501K. Blaum et al., PRL 91(2003)260801S. Triambak et al., PRC 73(2006)054313A. A. Kwiatkowski et al., PRC 80(2009)051302(R)A. Kankainen et al., PRC 82(2010)052501(R)

A=33F. Herfurth et al., PRL 87(2001)142501

A=53Y. H. Zhang et al., PRL 109(2012)102501

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53Ni 质量测量

v

v

qm

qm

T

T

tt

2

2

21

1

Y. H. Zhang et al., PRL 109(2012)102501

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A=53 T=3/2 IMME 检验

53Mn G.S.

53Fe IAS

53Co IAS

53Ni G.S.

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53Ni b 延迟质子发射测量

projectile fragmentation natNi target

projectile fragmentation natNi target

detection set-upDSSSD+HPGe

detection set-upDSSSD+HPGe

primary beam 58Ni @ 74.5 MeV / A

~4 Ae

primary beam 58Ni @ 74.5 MeV / A

~4 Ae

C. Dossat et al. Nucl. Phys. A 792(2007)18 IAS

DSSSD 300/500 mm

b 堆积 >100 keV

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b 堆积效应

32Ar b 延迟质子发射谱： 窄峰为 ISOLDE (CERN) 测量，无 b 堆积效应 宽峰为 MSU 注入法测量， b 堆积造成的峰位位移和展宽效应明显

Progress in Particle and Nuclear Physics 60 (2008) 403–483

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缺乏 p-g 符合测量数据

Proton- g 符合

?

C. Dossat et al. Nucl. Phys. A 792(2007)18

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RIBLL1 上完成的实验

RIBLL

58Ni 初级束 能量 68.6 MeV/u 强度 ~20enAnatNi 靶 147 mm

Al 降能片 314 mm

目标离子 53Ni

DE-TOF 进行粒子鉴别。 Al 降能片调整注入深度。 重离子注入到 16x16 硅微条探测器 DSSSD

(3 mm pitch, 500 μm thick). DSSSD 对衰变出的 /b bp 进行探测。 5 个 CLOVER 型高纯鍺探测器探测 g 射线。 每个事例标记时间，得到衰变时间谱。

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实验结果

53Ni54Ni

52Co

53Co

51Fe

50Mn

~500 53Ni 事例

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p-g 符合结果

需要进行更高统计的实验，对 p-g 符合结果进行验证

Desired

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实验改进目标

• 提高 53Ni 束流强度，积累足够的 53Ni 事例

• 提高 g 探测效率

• 改进质子能谱分辨

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提高 53Ni 束流强度

RIBLL1

58Ni 初级束 能量 70 MeV/u 强度 20 → 100 enA

natNi 靶 110 mm

Al 降能片 500 mm

53Ni 计数率 0.005 →0.05 pps

总计数 500 → 20000

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提高 g 探测效率

Clover

Beam LaBr3

Clover

Beam

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提高 g 探测效率

849 keV 处能量分辨 ~ 30keV

g探测器效率 ~4% → ~6%

p-g 符合计数 ~50 个 (7 s)

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减小 b 堆积效应b

p

DSSSDs 1 2 3

1) 高分辨2) 中间3) 高效率

1) 选择条件： p: 朝后 b : 朝前

1) 高分辨 b 展宽小 , 能量分辨高 , 效率低，用于质子能量测量

b

p

b

p

2) 中间 b 展宽小 , 能量分辨一般 , 效率一般，用于 p-g 符合测量

3) 高效率 b 展宽大 , 能量分辨低 , 效率高，用于分支比、半衰期测量

2) 选择条件： b : 朝后

3) 无条件 :

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质子测量设置

Al degrader: 调整注入深度DSSSD2: 53Ni 注入 探测质子DSSSD3: 探测器质子DSSSD1 、 4: 探测 b

Al degrader

pb

53Ni

DSSD1500mm

DSSSD2140mm

DSSSD3140mm

DSSSD41500mm

斜 45 度摆放探测器减小 53Ni 在DSSSD2 中的注入深度展宽 .

注入深度调节至 130 mm

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蒙特卡洛模拟：重现以前实验结果

53Ni b-delayed proton emission 41Ti b-delayed proton emission

红色 : MC 模拟结果灰色 : 实验结果 Nucl. Phys. A 792(2007)18

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对新实验设置的 MC 模拟

分析模式 半高宽 (keV)

b 堆积 (keV)

效率(%)

高分辨 50 15 20

中间 70 15 30

高效率 120 80 100

高能量分辨、低 b 堆积谱可以得到较可靠的质子能量

MC 输入 硅探测器能量分辨 : 50 keV 注入深度 : 130 mm 总 53Ni 计数 : 20000

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总结

53Co IAS 激发能是解决 A=53, T=3/2 多重态 IMME 问题的关键参数 .

我们计划在提高 53Ni 束流强度的基础上，改进实验方案对 53Ni 延迟质子发射再次进行测量 :

验证 p-g 符合测量结果 验证 IAS 发射的质子能量

改进后的实验将给出较高精度的 53Co IAS 激发能数据，为 IMME 问题提供检验 .

谢谢大家！