原子核高自旋态

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高自旋及回弯现象
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图4.8.1、回弯现象
图4.8.2、晕线
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形状共存(Shape 二．形状共存(Shape Coexistence)
在130过渡区核中观测到的核形状共存现象之多样为其它核区少 130过渡区核中观测到的核形状共存现象之多样为其它核区少 一种是如前所述,由于h 质子转动排列,把原子核驱向γ 见。一种是如前所述,由于h11/2质子转动排列,把原子核驱向γ=0 마스터 텍트 스타일을 편집합니다 的长椭球形状, 中子转动排列又把原子核驱向γ 60° °的长椭球形状,而h11/2中子转动排列又把原子核驱向γ=-60°的 둘째 수준 扁椭球形状。第二种虽然也是γ 的形状共存, 扁椭球形状。第二种虽然也是γ=00与γ=-600的形状共存,但其产 셋째 수준 生原因却不同。它们分别是基于核的质子h 支壳的K=1/2 K=1/2和 生原因却不同。它们分别是基于核的质子h11/2支壳的K=1/2和K=1 1/2轨道上的。位能面(PES)的理论计算表明,在奇质子I核中[55 轨道上的。 (PES)的理论计算表明 1/2넷째 수준 位能面(PES)的理论计算表明,在奇质子I核中[55 轨道上的 0]1/2−与[505]11/2−两个h11/2轨道有可相比的极小,前者为长椭 다섯째 수준 两个h 轨道有可相比的极小, 球形状,而后者相应于扁椭球形状。 中除观测到ΔI= 球形状,而后者相应于扁椭球形状。在119I和117I中除观测到ΔI= K=1/2带之外 都已观察到了K=11/2的带。 带之外, K=11/2的带 2的K=1/2带之外,都已观察到了K=11/2的带。这个带的显著特点 是有很强的ΔI=1跃迁,并且ΔI=1跃迁的混合比率为负， ΔI=1跃迁 ΔI=1跃迁的混合比率为负 是有很强的ΔI=1跃迁,并且ΔI=1跃迁的混合比率为负，同时没 Signature劈裂 但是， 劈裂。 有Signature劈裂。但是，最近不同的实验室对117I，119I的高自 旋态研究中得到了不同的结论。 旋态研究中得到了不同的结论。要澄清其分歧还需要作大量的 实验和理论工作。第三种形状共存是γ=0°的长椭球与γ=60° 实验和理论工作。第三种形状共存是γ=0°的长椭球与γ=60°的 非集体运动的扁椭球形状, 非集体运动的扁椭球形状,其产生的原因是就是下面要论述的带 终结现象。 终结现象。
一．质子和中子转动排列竞争(Alignment 质子和中子转动排列竞争(Alignment Competition)
当原子核高速转动时,处于高J 当原子核高速转动时,处于高J低Ω轨道上的一对角动量耦合为0 轨道上的一对角动量耦合为0 的核子,由于受到的科里奥利力方向相反而被拆对, 的核子,由于受到的科里奥利力方向相反而被拆对,并使它们的角 마스터 텍트 스타일을 편집합니다 动量沿转动轴方向排列,使原子核的转动惯量突然增加, 动量沿转动轴方向排列,使原子核的转动惯量突然增加,在能谱结 둘째 수준 构上即可呈现出著名的回弯现象(Backbending) 1983年 (Backbending)。 构上即可呈现出著名的回弯现象(Backbending)。1983年,近代物 Ba的实验中 在基态转动带10 的实验中, 理研究所的孙相富研究员在研究130Ba的实验中,在基态转动带10＋ 셋째 수준 态之上观测到一个三分叉现象,其中的两个正宇称带, 态之上观测到一个三分叉现象,其中的两个正宇称带,都有回弯现 넷째 通过与推转壳模型计算比较,提出了它们分别为一对h 象出现。通过与推转壳模型计算比较,提出了它们分别为一对h11/2 象出现。수준 质子和一对h11/2中子转排的结果。同时预言在128Ba等邻近核中也应 质子和一对h 中子转排的结果。 Ba等邻近核中也应 다섯째 수준 存在类似现象, Ba中证实了这一结论 中证实了这一结论。 存在类似现象,并很快用实验在128Ba中证实了这一结论。这些实验 结果吸引了实验研究者的广泛兴趣, Xe等多个 结果吸引了实验研究者的广泛兴趣,现已在124,126Ba,124,126Xe等多个 La， Ba等多个奇 核中也都观测到了这种h 等多个奇A 偶偶核和131La，127Ba等多个奇A 核中也都观测到了这种h11/2质子和 中子转动排列竞争现象。 h11/2中子转动排列竞争现象。在作者最近研究的奇质子核123I中也 观测到了这种转动顺排竞争的迹象。理论家也作了大量研究。 观测到了这种转动顺排竞争的迹象。理论家也作了大量研究。到 目前为止的基本结论是:由于价质子处于h 支壳下部, 目前为止的基本结论是:由于价质子处于h11/2支壳下部,一对质子的 拆对顺排把原子核驱向长椭球形状,而价中子处于h11/2支壳中上部, 拆对顺排把原子核驱向长椭球形状,而价中子处于h 支壳中上部, 一对中子的拆对顺排把原子核驱向扁椭球形状, 一对中子的拆对顺排把原子核驱向扁椭球形状,这些核的三轴形变 位能面又很平缓,更促使出现这种转动排列的竞争。 位能面又很平缓,更促使出现这种转动排列的竞争。
从六十年代后期开始，由于重离子加速器的建 从六十年代后期开始， 探测器技术、 立，探测器技术、电子学技术和计算机技术的发 在衰变谱学(由原子核的自然衰变而得到能谱) 展，在衰变谱学(由原子核的自然衰变而得到能谱) 마스터 텍트 스타일을 편집합니다 的基础上逐渐形成了一个新的研究领域—现代核 的基础上逐渐形成了一个新的研究领域 现代核 둘째 수준 谱学,大大扩大传统核谱学研究的疆界。 谱学,大大扩大传统核谱学研究的疆界。现代核谱 셋째 수준 学一方面可以通过某些核反应使人们观测到原子 넷째 수준 核的多种激发模式和多种退激模式，另一方面， 核的多种激发模式和多种退激模式，另一方面， 다섯째 수준 也可以通过某些反应将反应产物中的生成核布居 到更高的激发态和更高的自旋态。 到更高的激发态和更高的自旋态。 七十年代， 七十年代，人们由晕谱的转动惯量出现回弯而 发现的普遍的“回弯现象”导致了高自旋态核物 发现的普遍的“回弯现象” 理学的出现和发展。 理学的出现和发展。
核谱学研究的三个主流方向
1.激 度(高激发 1.激发能 度(高激发能) 2.同 度( 2.同 度(高同 ) 度( 3 度(高 )
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高自旋态的布居
1. 2. 3.
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丰富的核结构现象
质 子 中 子 顺 排 竞 争 形 状 共 存 带 终 结 带 交 叉 延 迟 旋 称 反 转 八 级 关 联 超 形 变 磁 转 动 与 反 磁 转 动 手 征 双 重 带 • • • • • • • • •
(2) 回弯机制 早期, 提出, 早期 B. Mottelson and J. Valatin提出 对崩溃 提出 마스터 텍트 스타일을 편집합니다 (Pairing Collapse), ω>ωc时, 对关联受扰动 超导态→正 对关联受扰动, 超导态→ ω 带态, ℑ→ℑrig 转动惯量急剧增加. 带态둘째 수준, 转动惯量急剧增加 셋째 수준 72年 F. Stephens and R. Simon提出 回弯处实际是 提出, 年 提出 넷째 수준 内部颇不同的两个转动带的交义(band crossing), 一个 内部颇不同的两个转动带的交义 다섯째 수준 是基带, 内部核子配对, 另一个是激发带是基带 内部核子配对 ℑ小, J↑, EJ↑; 另一个是激发带 ↑ S带(Superband)内部是高 低Ω闯入轨道上一对核子拆 内部是高j低 带 内部是高 受很强的Coriolis力作用 角动量沿集体转动轴方向 力作用, 散, 受很强的 力作用 (R)顺排 ℑ急剧增大 出现图示的回弯 顺排, 顺排 急剧增大, 出现图示的回弯.
Li + 48 Cd → 51 Sb + 3n
Lห้องสมุดไป่ตู้ +114Cd →116Sb + 5n 48 51 Li + Cd → In + α 3n
114 48 114 49
Li +116Cd →118Sn + 1 p 4n 48 50
高自旋及回弯现象
1971年A.Johnson等人通过 160Gd (α , 4n) 160 Dy 反应研究 마스터 텍트 스타일을 편집합니다 了160 Dy수준 둘째 核的高自旋态。他们在分析转动惯量 ℑ 与 转动角频率ω的变化关系时，发现晕谱在I = 14+ 셋째 수준 附近转动惯量突然增加，出现回弯现象 넷째 수준 (backbending)，这里我们给出另一清晰的回弯现 다섯째 수준 象的图，如图4.8.1 所示。所谓晕态是指同角动量 下，能量最低的态，这些态构成的线称为晕线 (yrast line),如图4.8.2所示。
120核区高自旋态实验研究
7Li轰击114,116Cd，束流能 轰击 ，
量分别为48和 스타일을 편집합니다 量分别为 텍트30 MeV。 。 마스터 和
둘째 수준 셋째 수준 7 Li +116Cd →118Sb + 5n 넷째 수준48 3 51 다섯째 수준 7 116 120
3 7 3 7 3 7 3
库仑激 多 库仑激发 诱发 变 发 应
高自旋及回弯现象
마스터 텍트 스타일을 편집합니다 重核裂变：应用重核的自发裂变，产生丰中子核 둘째 수준 的高自旋态。重核裂变同时能够产生大量裂变碎 片，一次实验可以研究很多核的高自旋态，但是 셋째 수준 这些核也会在数据分析时互相干扰。 넷째 수준 다섯째 수준 重离子库仑激发：通过长程电磁相互作用产生
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5. 高自旋态中的回弯现象
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5. 高自旋态中的回弯现象
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原子核的高自旋态
高自旋态研究介绍
原子核具有的角动量称为原子核的自旋,属于原子 原子核具有的角动量称为原子核的自旋 属于原子 核重要的量子力学性质.实验上是从原子光谱存在超精 核重要的量子力学性质 实验上是从原子光谱存在超精 细结构发现的。 细结构发现的。 原子核是由核子组成的,每个核子有自旋 每个核子有自旋,同时在核 原子核是由核子组成的 每个核子有自旋 同时在核 内作复杂的相对运动,具有相应的轨道角动量 具有相应的轨道角动量,这些角 内作复杂的相对运动 具有相应的轨道角动量 这些角 动量和原子核的集体转动角动量耦合,构成了原子核的 动量和原子核的集体转动角动量耦合 构成了原子核的 自旋。 自旋。 一般将原子核自旋量子数大于10的核态称为高自 一般将原子核自旋量子数大于 的核态称为高自 旋态。 旋态。
(2) 回弯机制 早期, 提出, 早期 B. Mottelson and J. Valatin提出 对崩溃 提出 마스터 텍트 스타일을 편집합니다 (Pairing Collapse), ω>ωc时, 对关联受扰动 超导态→正 对关联受扰动, 超导态→ ω 带态, ℑ→ℑrig 转动惯量急剧增加. 带态둘째 수준, 转动惯量急剧增加 셋째 수준 72年 F. Stephens and R. Simon提出 回弯处实际是 提出, 年 提出 넷째 수준 内部颇不同的两个转动带的交义(band crossing), 一个 内部颇不同的两个转动带的交义 다섯째 수준 是基带, 内部核子配对, 另一个是激发带是基带 内部核子配对 ℑ小, J↑, EJ↑; 另一个是激发带 ↑ S带(Superband)内部是高 低Ω闯入轨道上一对核子拆 内部是高j低 带 内部是高 受很强的Coriolis力作用 角动量沿集体转动轴方向 力作用, 散, 受很强的 力作用 (R)顺排 ℑ急剧增大 出现图示的回弯 顺排, 顺排 急剧增大, 出现图示的回弯.
非弹性散射，使靶核处于高自旋态。库仑激发容 易激发起集体运动，但是激发能不太高。适用于β 稳定线附近的核，需要稳定的靶。
高自旋及回弯现象
熔合蒸发反应： 用加速到一定能量的重离子束流， 마스터 텍트 스타일을 편집합니다 打在靶核上,与靶核熔合产生复合核。复合核通过 둘째 수준 蒸发粒子（中子、质子或α粒子 ）可以退激掉大 셋째 수준 部分的能量，但发射的粒子不能带走很多角动量， 넷째 수준 于是形成具有高自旋的剩余核，它通过级联γ跃迁 다섯째 수준 退激到基态。即所谓的重离子反应(HI,(xn,xp))。 熔合蒸发反应适用于缺中子核。熔合蒸发反应 是比较好的一种研究高自旋态的方法，最高可以 获得约60ℏ的角动量。