（理论物理专业论文）a～100区sr和zr丰中子同位素的研究.pdf

l i i ie iuli ii i i iil i l i il 18 0 4 3 9 3 a 1 0 0 区s r 和z r 丰中子同位素的研究 摘要 近年来，随着高分辨率的大型丫探测阵列，比如g a m m a s p h e r e ，e u r o g a m 的发展， a 1 0 0 丰中子核区核结构的研究取得了很大的进展。实验上，通过测量重核自发裂变 或诱发裂变产生的顺发y 谱，得到了很多该丰中子核区核素的高自旋态信息。a , - 一1 0 0 丰中子核区远离p 稳定线，价核子开始填充9 9 2 质子轨道和h i l t 2 中子轨道。在该质量 区域，核结构对于组态的单粒子能级的占据非常敏感，其能谱性质随着中子数和质子 数的变化而快速变化。从l o o 丰中子核区具有一个显著特征，即z = 4 0 的满壳效应， n = 5 6 的亚球壳层和n 6 0 核区的基态大形变。从另一方面讲，该核区出现的核结构 现象也是检验各种模型的试金石。 所以，基于该区域核结构现象的最新发现，本文用投影壳模型方法对s r z r 轴对 称核素进行了研究。通过对丰中子核素9 8 。1 0 2 s r 1 j 0 4 z r 能谱的计算分析，发现理论很 好地再现了实验。而且，通过对基带与准粒子转动带之间的带交叉现象，对晕带生成 各准粒子带所做贡献的比较，以及运动学转动惯量与转动角频率平方之间关系的分析 这三方面的进一步研究，得到了以下一些十分有意义的结果。首先，对于s r ，z r 丰 中子同位素核的低激发能谱，在低自旋部分，核的形变主要决定于基带的性质，即依 赖于0 准粒子内禀态。换句话说，0 准粒子内禀组态中包含了丰富的影响核形变的信 息。第二，随着自旋的增大，靠近费米面附近的高j 闯入轨道上的中子对和质子对会 发生破缺。于是，基带和准粒子转动带之间会发生带交叉现象。相应地，运动学转动 惯量也会随着自旋发生一定程度的改变。与此同时，我们也分析了核中出现的正负宇 称边带的内禀结构，发现这些低激发形变带主要是位于n = 4 和n = 5 谐振子壳层上的 高j 侵入态1 9 7 ，2 和l h l l 2 引起的：特别是，对准粒子激发带组态的讨论得到，v 5 2 5 3 2 】， v 3 2 + 4 11 】和v 3 2 + 4 1 3 轨道上的准粒子是该区域s r ，z r 轴对称核素发生形变的主要原 因。另外，高k 低能边带的出现为我们进一步研究同核异能态也提供了一定的参考 价值。 关键词：投影壳模型；晕带；边带：准粒子转动带 i i ， l t t h es t u d yo fn e u t r o n r i c hi s o t o p e s0 fs ra n dz r i na - - 1 0 0i 也g i o n a b s t r a c t r e c e n t l y , w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe f f i c i e n tl a r g e - s c a l ey - d e t e c t o ra r r a y s ，s u c ha s g a m m a s p h e r ea n de u r o g a m ，r e m a r k a b l ep r o g r e s sh a sb e e nm a d ei nt h ei n v e s t i g a t i o no f n u c l e a rs t r u c t u r ei na lo on e u t r o n - r i c hr e g i o n e x p e r i m e n t a l l y , b ym e a s u r i n gt h e p r o m p t 丫 r a y so fs p o n t a n e o u sf i s s i o no ri n d u c e df i s s i o no fh e a v yn u c l e i ，m u c hi n f o r m a t i o na b o u t l l i g hs p i ns t a t e so fn e u t r o n - r i c hi s o t o p e si nt h i sr e g i o nh a sb e e no b t a i n e d f o rn e u t r o n r i c h a 10 0n u c l e i ，t h e yl i ef a rf r o mt h ebs t a b i l i t y , a n dt h ev a l e n c en u c l e o n sb e g i nt of i l lt h e h ll an e u t r o na n dg g t 2p r o t o no r b i t a l s t h en u c l e a rs t r u c t u r ei nt h i sm a s sr e g i o ni sv e r y s e n s i t i v et ot h eo c c u p a n c yl e v e lo ft h e s es i n g l e - p a r t i c l ec o n f i g u r a t i o n s ，w h i c hi si l l u s t r a t e d b yt h er a p i dc h a n g e si nn u c l e a rs p e c t r o s c o p i cp r o p e r t i e sa saf u n c t i o no fb o t hn e u t r o na n d p r o t o nn u m b e r s o n eo ft h ei n t e r e s t i n gf e a t u r e si nt h i sr e g i o ni st h es h e l l - c l o s u r ee f f e c t so f t h ez = 4 0a n dn = 5 6s p h e r i c a ls u b s h e l l sa n das u d d e no n s e to fl a r g e g r o u n d - s t a t e d e f o r m a t i o nf o rz 76 0 i na n o t h e ra s p e c t ，p h e n o m e n o no fn u c l e a rs t r u c t u r ei nt h e s en u c l e i c a nm a k et h e ma ni d e a lt e s t i n gg r o u n df o rv a r i o u st h e o r e t i c a lm o d e l s s o ，b a s e do nt h ea d v e n to fn e wr e s e a r c ho nt h i sr e g i o na b o v e ，w eh a v es t u d i e dt h es r , z ra x i a ls y m m e t r i ci s o t o p e sb ya p p l y i n gp r o j e c t e ds h e l lm o d e la p p r o a c hi nt h i sp a p e r t h e e n e r g yb a n d so fn e u t r o n r i c hn u c l e i9 8 - 1 0 2 s r , 1 0 0 1 0 4 z rh a v eb e e nc a l c u l a t e d ，w h i c hh a v ea g o o da g r e e m e n tw i t ht h ee x p e r i m e n td a t a w i t ht h ea n a l y s i so nb a n d c r o s s i n gp h e n o m e n o n b e t w e e ng r o u n d - s t a t eb a n da n dq u a s i - p a r t i c l er o t a t i o n a lb a n d s ，t h ec o n t r i b u t i o nt op r o d u c e y r a s tb a n d ，t h er e l a t i o nb e t w e e nk i n e m a t i cm o m e n to fi n e r t i aa n dt h es q u a r eo ft h e r o t a t i o n a lf r e q u e n c y , w eh a v eo b t a i n e dal o to fs i g n i f i c a n tr e s u l t sa sf o l l o w s f i r s t ，t h e d e f o r m a t i o no fs r , z rn u c l e ii nt h el o ws p i nr e g i o nd e p e n d se n t i r e l yo nt h en a t u r eo ft h e g r o u n ds t a t eb a n dw h i c hi nt u r nd e p e n d so n0 - q pi n t r i n s i cs t a t e i no t h e rw o r d s ，t h e i i i p h y s i c a lm e c h a n i s ma b o u td e f o r m a t i o ni s m o s t l yc o n t a i n e di nt h eo q pi 1 1 t r i n s i cs t a t e s e c o n d ，w i t ht h es p i ni n c r e a s i n g ，t h en e u t r o np a i r sa n dp r o t o np a i r si nt h eh i 曲- ji n t r u d e r s t a t e sn e a rf e r m i - l e v e lw i l lb r e a kd o w n t h e n ，t h e g r o u n d s t a t eb a n dw i l lb ec r o s s e db yt h e q u a s i - p a r t i c l er o t a t i o n a lb a n d s a c c o r d i n g l y , t h ek i n e m a t i cm o m e mo fi n e n i aw i l lc h a n g e t os o m ee x t e n t m e a n w h i l e ，t h r o u g ha n a l y z i n gt h ei n t r i n s i cs t r u c t u r eo fp o s i t i v ea n d n e g a t i v ep a r i t ys i d eb a n d s ，w ef o u n dt h a tt h el o w - e x c i t a t i o n d e f 0 n n a t i o nb a n d sa r e a t t r i b u t e dt ot h eh i g h - ji n t r u d e rs t a t e sl9 7 2a n dlh 1 1 忍i nt h en ；4 ，5 h a 】r r n o n i c o s c i l l a t o r s h e l l s i np a r t i c u l a r , w i t ht h ed i s c u s s i o no fq u a s i 。p a r t i c l er o t a t i o n a lb a n d s ，i ti s c l e a rt h a t t h eq u a s i 。p a r t i c l e si nt h eo r b i tv 5 2 。 5 3 2 ，v 3 2 + 411 a n d v 3 2 + 413 p l a ya ni m p o r t a n tr o l e i nt h ed e f o r m a t i o no fn e u t r o n r i c h s r , z ra x i a l l ys y m m e t r i cn u c l e u s i na d d i t i o n t h e o c c u r r e n c eo fl o we n e r g ya n dh i g h - kb a n d sc a l lp r o v i d es o m er e f e r e n c e sf o ru st o s t u d y t h en u c l e a ri s o m e r k e y w o r d s ：p r o j e c t e ds h e l lm o d e l ；y r a s tb a n d ；s i d eb a n d ；q u a s i p a r t i c l e r o t a t i o n a lb a n d 。 4 f 二 ： r 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 第1 章引言1 第2 章a 1 0 0 区s r 和z r 丰中子同位素的研究现状5 2 1s r 和z r 丰中子同位素的实验研究现状6 2 2s r 和z r 丰中子同位素的理论研究进展1 5 第3 章投影壳模型1 7 3 1轴对称变形势场中的单粒子基1 8 3 2 角动量投影1 9 3 3 在投影准粒子基矢下对角化哈密顿量2 1 第4 章用投影壳模型对a 1 0 0 区s r 和z r 丰中子同位素的研究2 4 4 11 0 2 z r 核能谱的研究2 5 4 1 1带交叉现象2 5 4 1 2晕带及其转动惯量2 6 4 1 3 边带2 8 4 21 0 2 s r 核能谱的研究3 0 4 2 1带交叉现象3 0 4 2 2晕带及其转动惯量31 4 3 1 0 0 s r 核能谱的研究：3 3 4 3 1带交叉现象3 3 4 3 2 晕带及其转动惯量3 4 4 41 0 4 z r 核能谱的研究3 6 4 4 1 带交叉现象3 6 4 4 2晕带及其转动惯量3 7 4 51 0 0 z r 核能谱的研究3 9 4 5 1 带交叉现象3 9 4 5 2晕带及其转动惯量4 0 4 69 8 s r 核能谱的分析4 1 4 6 1带交叉现象4 2 4 6 2晕带及其转动惯量4 3 v 4 6 3 边带4 4 第5 章总结与展望4 7 参考文献4 9 攻读学位期间取得的研究成果5 3 致谢5 4 浙江师范大学学位论文独创性声明5 5 学位论文使用授权声明5 5 v i 原子核结构是原子核物理中的一个中心问题，它是物质结构的一个重要层次，人 们通过对核结构问题的认识，可以从根本上加深对自然界的了解。但是对于原子核这 样一个强作用主导的由几个到几百个核子组成的量子多体系统，由于核力性质的不确 定性和量子力学在有限多体问题运用方面的局限性，导致有关核结构的理论不是很成 熟。目前最常用的理论有半唯象理论和微观理论【l 棚。所谓半唯象理论，即一般意义 上的模型理论，是指在一定的实验事实的基础上，对原子核作某种模型假设，用来解 释原子核的某些性质，通过理论和更多的实验结果进行比较，以检验模型的正确性， 并确定其适用范围。而微观理论，是指对核子间作用力作一定的假设后，代入多体哈 密顿量中借用某种近似方法对其进行求解。微观理论的最大优点是可以提供比较可靠 的物理依据。当然，在实际的研究中，模型理论是研究核结构的主要手段，并且在不 断发展着。 2 0 世纪3 0 年代至4 0 年代末，人们对原子核结构的研究主要局限于它的基本性 质，包括大小、质量、结合能和自旋等。在发现了核半径的a 坍规律以及核力的饱和 性质后，我们得出了原子核结合能的半经验公式( w e i z s i c k e r - b e t h e 公式) 。在这一阶 段，人们发展了费米气体模型和液滴模型【5 棚，用以定性地描述结合能等基本性质。 液滴模型具有它本身的局限性，对于很轻的核以及在z 或n 为幻数附近，其计算结 果与实验值的差别较大，也就是说液滴模型只能给出统计结果，无法解释壳效应。 1 9 4 9 年，g o e p p e r t m a y e r 和j e n s e n 及其合作者分别提出了包含强自旋轨道耦合 的原子核壳模型f 7 。9 】，从而为原子核结构理论提供了微观基础。壳模型在描述原子核 的幻数、基态自旋和宇称以及一些电磁性质方面很成功。其基础是平均场近似和独立 粒子近似理论。在原子中，电子在原子核与其他电子提供的平均场中运动，导致电子 能级出现壳层结构。类似地，原子核中的每个核子也可以看成是在其他核子提供的平 均场中运动( 未包括在平均场中的相互作用称为剩余相互作用) ；由于泡利不相容原 第l 章引言 理的限制，核子在核内有较大的平均自由程，因而可看成在核内独立运动。包含剩余 相互作用在内的壳模型是迄今为止最成功的核模型，是所有其它核模型的微观基础。 与电子能级的自旋轨道劈裂较小不同，强自旋轨道耦合导致原子核单粒子谱的自旋 对称性有较大的破缺，能级劈裂程度较大，出现了高j 侵入态，从而形成了新的壳层， 很好地解释了幻数现象，这是前面所提到的液滴模型等无法实现的。基于此，m a y e r , j e n s o n 和w i g n e r 共同分享了1 9 6 3 年的物理学诺贝尔奖。当然，虽然壳模型用于满壳 层附近的原子核相当成功，但对于远离满壳层的原子核，却遇到了很大的困难。 实验上证明，满壳原子核呈球形，核子是在一个近似于有心场的平均场中运动。 随着满壳层外核子数的增多，离双幻核稍远的原子核会发生不稳定的变形，低激发谱 呈现振动谱的特征，这类能级与谐振子能级特点相符。其主要形式是在球形附近做四 级振荡，即原子核的形状围绕球形在长椭球与扁椭球之间振动。而远离满壳层的原子 核则往往会发生稳定的变形，其低激发谱能级特点与双原子分子的转动谱能级相似， 而且稳定变形核大多数呈现旋转椭球状，即轴对称变形。当然，两个幻数之间的核具 有大的变形，这一点也可以从它们具有大的电四极矩来体现。由上可知，原子核除了 近似的独立运动以外，还有许多核子参与的集体运动模式，比如振动和转动，这是前 面所提到的壳模型所无法解决的。于是，2 0 世纪5 0 年代，b o h r 和m o t t e l s o n 等人建 立了集体运动模型【1 0 】，即在保留原子核壳模型基本概念的基础上，对壳模型作了重 要补充，认为原子核可以发生形变，并产生转动和振动等集体运动。集体运动模型可 以很好地描述实验观测到的原子核的振动和转动现象。而且基于对称性的考虑，b o h r 和m o t t e l s o n 还给出了轴对称变形核转动谱的普遍公式。后来，陆续有人提出对该公 式的改进或新公式，以更好地描述原子核转动谱。通过对原子核转动能谱的分析，包 括基带，各种准粒子转动带，转动惯量，以及出现的回弯等现象，可以更好地解释原 子核的某些性质。在这基础上，b o h r 、m o t t e l s o n 和p i n e s 在系统分析大量实验资料 基础上，于2 0 世纪5 0 年代末提出原子核内核子间存在很强的对关联，核子相互配对 可使体系的能量更低，由此导致集体运动中的超导性。对关联是导致原子核质量的奇 偶性( 偶偶核的质量比相邻两个奇a 核质量的平均值普遍偏低) 、低激发能区偶偶核 与奇a 核能级密度的差别( 后者的非集体运动能级更密集) 等现象的原因。人们用 2 第1 章引言 处理金属超导现象的b c s 方法处理原子核的对关联，取得了一定的成功。至此， 子核的模型理论渐趋完善。1 9 7 5 年，b o h r 和m o t t e l s o n 和r a i n w a t e rt 1 2 1 - - 人也由于 现了原子核中集体运动和独立粒子运动之间的关系，并发展了核结构理论，而获得 诺贝尔物理学奖。 随着各种剩余相互作用的加入和计算方法的改进以及与微观理论的结合，出现 很多种变形的壳模型。如得到广泛应用的推转壳模型【1 3 1 4 1 ，可用于具体确定原子核 形变；由k h a m 和孙扬等人提出的应用在中重核低激发能谱方面比较成功的投影 模型【1 5 】；还有球形壳模型【1 6 l ，可以很好地描述轻核能谱性质：以及能对重核作精 计算的m o n t e c a r l o 壳模型【1 7 】等。 当今，核物理沿着高角动量，高能量，远离p 稳定线三个自由度的极端方向发展。 原有的以原子核的衰变为主要研究手段的衰变谱学逐渐发展成为以加速器和庞大探 测系统为特征的现代谱学。通过各种重离子反应，可以产生多种奇异核态，如高速旋 转的原子核，转动速度可达1 0 2 2 次秒，是目前自然界中最快的转动。使原子核获得 更高的角动量，从而开辟了极端条件下的高自旋态研究的新领域。所谓高自旋态【l 8 】 是指自旋角动量大于1 0 h 的自旋态。目前，实验上观察到的很多高自旋态，一般都是 通过融合蒸发几个中子实现的，因此，到目前为止，对于缺中子核的研究比较多。最 近几年，随着放射性核束的建成，实验上对于丰中子核的研究蓬勃发展，涌现了一大 批新的实验数据。比如，近几年以来，在美国洛伦兹伯克利国家实验室的g a m m a s p h e r e 上，通过重核如自发裂变或诱发裂变产生的顺发y 谱的研究，美国v a n d e r b i l t 大学的 j h h a m i l t o n ，洛伦兹伯克利国家实验室的i y l e e 和我们国家清华大学的朱胜江研究 小组，得到了一系列有关a - - 1 0 0 丰中子核区核的高自旋态信息。现有的原子核理论， 基本来源于对稳定核的研究。对于丰中子核这方面的理论工作才刚刚兴起。因此，对 于丰中子核高自旋态的理论研究相当必要。研究这些远离b - 稳定线的核素，一方面， 可以深化对于原子核性质的认知，另一方面，可以对现有理论进行极其重要的检验和 修正，促进其发展，当然，一个好的模型理论也能对实验上产生更多的核素提供一定 的参考作用。 根据核物理的发展趋势，配合国家大科学工程，北京大学的许甫荣教授，上海交 3 第l 章引言 通大学的孙扬教授，中国科学院理论物理所赵恩广，周善贵研究员，清华大学朱胜江 教授等核物理学家对a = 1 3 0 ，a = 8 0 和a = 1 9 0 等远离d 稳定线的核素进行了很好的 计算，已经得到了一些有意义的结果。因此，本文将在这个基础上，并结合大量涌现 的a 1 0 0 丰中子区的实验数据，对该核区的高自旋态做进一步的研究。基于投影壳 模型已经成功描述了典型的正常形变( 稀土区) 的能谱这一先例，我们将使用投影壳 模型描述a , - - 一1 0 0 丰中子核区s r 和z r 同位素的轴对称形变，从转动带，带交叉，边 带，转动惯量等方面去分析其能谱性质，深入挖掘其形变产生的微观机制，更好地丰 富a - - 一1 0 0 丰中子核区的系统形变信息。在文章中，主要对1 0 0 - 1 0 4 z r ，9 8 舢2 s r 丰中子 同位素核的能谱进行了详细的理论计算和分析。 4 第2 章 a 10 0 区s r 和z r 丰中子同位素的研究现状 2 0 世纪7 0 年代，随着国际上一批重离子加速器陆续建成，原子核的高自旋态研 究成为核结构研究的重要前沿领域。在原子核高自旋态研究中，最重要的发现就是所 谓回弯现象，其物理机制是内禀组态不同的两条转动带发生带交叉。在高自旋态原子 核中，有很多有趣的物理问题，例如角动量顺排和带交叉、单粒子运动与集体运动的 耦合、形状共存和形状演化等。近年来，原子核高k 同核异能态【1 9 】由于其广阔的应 用前景而受到广泛关注，已经成为核物理研究的热点之一。 目前实验上得到原子核高自旋态的方法主要有三种：1 主要用于得到缺中子核 高自旋态的重离子熔合蒸发反应；2 库仑激发，利用它可以得到p 稳定线附近原子 核的高自旋态。3 通过对重核如自发裂变或诱发裂变产生的顺发y 谱的研究，可以 得到很多的丰中子核区核的高自旋态信息，该方法可以弥补重离子熔合蒸发反应及 库仑激发布居原子核高自旋态的局限性i 埔】。 特别是进入2 1 世纪以来，蓬勃兴起的新一代放射性核束装置和探测设备，如国 际上，日本的放射性束工厂已经建成并投入运行，德国g s i 的f a i r 项目已经启动， 美国核物理学界也在积极推动建造大型的放射性核束装置；在我国，中国科学院近代 物理研究所的h i r f l c s r 大科学工程已经完成，中国原子能科学研究院的b r i f 二 期工程也已启动【l 】。再加上大型的高分辨率的丫谱多探测阵列，如g a m m a s p h e r e ， e u r o g a m 等的发展，为原本人们知之甚少的丰中子原子核的高自旋态研究带来了全新 的机遇。在该核区，实验家们通过对重核如自发裂变或诱发裂变产生的顺发y 谱的研 究，得到了很多的宝贵的核数据，发现了很多远离p 稳定线的丰中子核有趣的物理现 象，如晕现象、幻数的消失和产生以及一些新的集体运动模式，一些新的高自旋能级 等。现有的原子核理论，基本源于对稳定核的研究。因此，对这些远离1 3 稳定线核 素的研究意义重大。它既可以深化对于原子核性质的认识，又可以对现有理论进行极 其重要的检验，促进理论的发展，同时，能对实验上产生更多的核数据提供参考作用。 最近一段时间，a 1 0 0 丰中子区域附近原子核高自旋态的研究成了世界上各研 究小组关注的对象。美国v a n d e r b i l t 大学的j h h a m i l t o n 和洛伦兹伯克利国家实验室 5 第2 章a l o o 区s r 和z r 丰中子同位素的研究现状 的i y l e e 和我们国家清华大学的朱胜江研究小组在美国洛伦兹伯克利国家实验室的 g a m m a s p h e r e 上进行了一系列的研究，对a 1 0 0 丰中子区核的集体振动转动带结构 给出了新的实验数据，对研究该区域原子核结构的具体的微观机制具有非常重大的意 义。 a - 1 0 0 丰中子核区远离1 3 稳定线，通过对其碎裂的顺发y 谱的研究可以得到一 系列这个核区的微观结构特征：系统性的形变变化特征，大的四级形变的瞬间突变， 超变形基态和各全同带，还有三轴超形变，形状相交，单粒子和集体运动，新的准粒 子带等。在这个区域，价核子开始填充9 9 2 质子轨道和h l i 尼中子轨道，核结构对于组 态的单粒子能级的占据非常敏感，原子核的能谱性质随着中子数和质子数的变化而相 应变化。该区域具有非常重要的特性：z = 4 0 的满壳效应，n = 5 6 的亚球壳层和n 6 0 核区的基态大形变。 其中，s r 和z r 同位素链最引人注目。对于它的研究近年来已经成为国际上无论 实验还是理论核物理关注的焦点。其能级结构不仅体现形状共存，而且存在( z , n = 4 0 ， 5 6 ) 的亚球形壳层与( z ，n = 3 8 ，6 0 ) 的大形变壳层及n = 5 8 的球形核到n = 6 0 的大形 变核的突变。在中子数为n = 5 8 和5 9 的s r 和z r 同位素中观测到突然出现的大形变 激发态和近球形的基态共存的现象，随着中子数的增加，由于z = 3 8 ，4 0 和n = 6 0 壳的 共同作用的增强，将会有大的基态形变的出现。比如，在9 8 s r 和1 0 0 z r 核将出现形状 共存和组态混合现象；1 0 2 s r 核在2 + 态时的形变是所有中重偶偶核中最大的；1 0 4 z r 核 具有除1 0 2 s r 核之外的最大的变形的2 + 态。对于s r 和z r 同位素中的偶偶核，它们的 基态转动带的的转动惯量都比较大，换句话说，在这些核中，对关联相对比较弱。而 且，在这些同位素核中，也观察到了更多的新的高自旋晕态能级，准粒子带。这些实 验上新的进展都将有助于我们进一步研究原子核形变产生的原因。 以下我们将主要对a 1 0 0 丰中子核区1 咻1 0 4 z r ，9 8 - 1 0 2 s r 偶偶核的理论和实验研 究现状进行陈述。 2 1s r 和z r 丰中子同位素的实验研究现状 实验上，1 9 7 0 年，通过对2 5 2 c f 的自发裂变实验产生的裂变碎片的分析，c h e i f e t z ， 6 第2 章a 一1 0 0 区s r 和z r 丰中子同位素的研究现状 等人得到一系列a 1 0 0 附近系统形变信息，探测到了很多该区偶偶核的低激发能级 1 2 0 1 ，就如在稀土区和锕系区一样，从第一激发态到基态的电四极矩b ( e 2 ；0 + 一2 + ) 也得 到了发展。如，第一次在1 0 0 z r 中发现了从2 + 态到基态的跃迁。同时，发现了最高可 达6 + 的激发态能级和对应的大的形变。对于1 0 2 z r 核，同理，也第一次发现了从2 + 态 到基态的跃迁。同时，发现了最高可达8 + 的激发态能级和对应的大的形变。与此同 时，s r 的一些最基本的能级也得到了发现。 1 9 9 0 年，h o t c h k i s 等人利用a r g o n n e 圣母大学的y 射线设备，通过对由2 4 8 c m 的 顺发裂变产生的顺发y 谱线的研究，第一次观察到了1 0 3 z r 和1 0 4 z r 的一些衰变能级。 在低激发能级，这些核位于形变度最大行列。同时在该区域，1 吣1 0 2 z r 转动带的能级 自旋也被拓展到了1 0 1 1 。而且通过对1 0 3 z r 这个奇a 核的能级结构的分析，我们发现 并预f l | | 7 在该区域稳定的形变主要是由于 m 闯入轨道引起的【2 。 1 9 9 1 年，通过对2 3 5 u 的热中子碎裂反应产生的质量分离行为的分析，得到了一 些从1 0 2 y 衰变到大变形核1 0 2 z r 的衰变能谱，对其分析之后，确定了两条能量分别为 8 9 4 和1 2 1 1 k e v 的0 2 + 和2 2 + 自旋能级【冽。通过对这些能级的分析计算，初步认为，0 2 + 主要是一个球形态或一个核心高度形变的d 振动激发能带的带头；而2 2 + 态主要是一 个p 或丫能带的带头。 1 9 9 5 年，d u r e l l 等人在d a r e s b u r y 实验室的e u r o g a m1 探测阵列上，通过对 2 4 8 c m 自发裂变产生的碎片的分析，得到了1 z r 和1 0 2 z r 的部分能级，也首次观察到 了丰中子同位素的二准中子激发转动带。例如，对于1 z r 核，把基带能级拓展到了 1 2 + 态，而且在此基础上，结合n i l s s o n 能级图，已经发现的附近的奇a 核的能谱以 及实验中观察到的能级，预测了一条组态为v 9 2 + 4 0 4 】固v 3 2 + 4 1 1 】的新的二准粒子 能带i x = 6 + ，其带头能量为2 2 5 9 8 m e v 。同理，对于1 0 2 z r 核，它的基带能级也被拓展 到了1 2 + 态。在此基础上，也预言了一条组态为v 5 2 。 5 3 2 】圆v 3 2 + 4 1 1 】的二准粒子 能带p = 4 ，其带头能量为1 8 2 1 3 m e v 。用b c s 模型对1 0 0 z r 和1 0 2 z r 丰中子同位素的 二准中子转动带的带头激发能的分析计算，可以得到中子对作用强度。对于1 0 0 z r ， g = 0 2 1 m e v ；，对于1 0 2 z r ，其对力强度g = 0 1 9 m e v 。总之，在该丰中子区域，其对力 强度g 比较接近2 0 am e v ，比该区域靠近稳定线附近的偶偶核的g = 2 3 am e v 这个 平均值要小】。 7 第2 章a 1 0 0 区s r 和z r 丰中子同位素的研究现状 同时，也在1 9 9 5 年，j h h a m i k o n 等人在美国洛伦兹伯克利国家实验室的 g a m m a s p h e r e 上进行了一系列有关2 5 2 c f ，2 4 8 c m ，2 5 2 c f 的自发裂变实验。通过对所 观测到的能谱的分析，发现在z r 和s r 同位素中，当中子数从5 8 到6 0 发生变化时， 将有大形变的瞬间发生。而且随着中子数的增多，形变的发生是大的，瞬间的，渐进 的。而且对于9 蹦0 2 s r 和1 吣1 嵫，它们的晕带能谱都是转动的【2 4 】。当然这个大的形变 也可以从实验上测到的b ( e 2 ；0 + 一2 + ) 中反映出来。通过对其产生的裂变碎片的研究， 得到了很多的核结构数据，发现很多这个区域的有趣的核现象。比如，该区域的全同 基带能级从1 0 十到1 6 + 被观察到了；对于偶偶核和奇中子核9 8 砌1 s r ，在其中子数n = 6 0 ， 6 2 有大的瞬间形变的发生，而且这种现象不仅出现在它的基带，在其激发带中也出 现了；对于a = 9 6 1 0 2 丰中子s r ，z r 丰中子同位素核，不管是偶偶核还是奇中子核， 都有形状共存现象的发现；随着中子数和质子数的以2 为单位的增长，a 1 0 0 区域 的原子核的转动惯量有突变发生，某种程度上跟带交叉有关。这个实验不仅证实了以 前已经发现的一些能级，而且还进一步观察到了一些新的能级，发现了在a = 9 仁1 0 2 区域存在形状共存现象，观察了n = 5 8 到n = 6 0 之间形状突变的发生。如对于1 0 0 z r 核，它的基态变形比较大，0 2 + 态的激发能是已知核中最小的，其晕带能级被拓展到 了1 4 + ；对于1 0 2 z r 核，证实了以前的实验结果，并新发现了更多的转动带能级，而且 其超形变基态几乎没有混合；对于z r 核，结果也跟以前实验一样，延续了大的形 变；对于9 8 s r 核，证实了一些以前发现的实验结果，并把晕带的能级拓展到了1 0 + ： 对于1 0 0 s r 核，它存在没有混合的超形变基态，由于超形变基态和近球形激发态的相 互作用，2 l + 0 1 + 的能量为2 3 3 k e v ，其基态全同带第一次被观察到，这是第一次在形 变突变点n = 6 0 处观察到全同基带的核，究其原因是认为斜向下的7 c 9 7 ，2 和v h n a 这两 个n i l s s o n 轨道上的粒子占据数突然增加引起的，此外，它的晕带能级也被拓展到了 1 0 + 。除上面提到的偶偶核以外，9 9 s r ，10 1 s r ，1 0 1 z r 和1 0 3 z r 这些奇中子核的能谱也在 原能级的基础上，得到了一定的拓展【2 4 j 。 截止1 9 9 8 年，1 0 2 s r 只观察到了它的2 + 态和基态能级，其他的关于这个核的信息 比较少。而且目前有关它的数据还是比较缺乏【2 5 1 。而对于1 0 1 s r 和1 0 1 z r 核，在1 9 9 8 年发表的a = 1 0 1 原子核数据表中，可以发现1 0 1 s r 发现了很多能级，而对于1 0 1 z r ，能 级更多陶，一条k = 3 2 + 的基带和一条由于 5 3 2 能级的中子对破缺引起的二准中子负 8 第2 章a 1 0 0 区s r 和z r 丰中子同位素的研究现状 宇称带i ( = 5 2 。 截止2 0 0 1 年，对于1 0 3 z r 这个奇中子核，在n o t r e d a m eb o o 的y 射线探测设备 上，通过对2 4 8 c m 自发裂变碎片的分析，得到了k 5 2 。这个基带【2 7 1 。 2 0 0 2 年1 月，p f e i f f e r 等人用丫谱探测法对从9 8 r b 到9 8 s r 的直接质量分离衰变 的研究，证实了在粥s r 核中存在形状共存现象，并发现了一系列由于z = 4 0 球壳能隙 处的粒子空穴对激发引起的能级。如发现并建立了带头能量为1 8 3 8k e v 的变形转动 带k = 3 + 。与此同时，用基于变形壳模型的量子m o n t ec a r l o 方法进行计算后认为其原 因主要是二准中子激发引起的，并推断其组态为u 9 2 4 0 4 ou 3 2 4 1 1 。最低占据的二 准粒子能级组态的计算进一步证实t 4 0 4 1 9 2 中子轨道对于在a - - 一1 0 0 丰中子区域产 生最大形变的重要性【2 引。 2 0 0 2 年2 月，通过在欧洲物理研究中心的同位素分离器i s o l d e 上，对丰中子 a , 一1 0 0 区域原子核结构性质的系统观察，发现了很多同核异能态能级【2 9 1 。如对于1 0 0 s r 核，发现了一条能量为1 6 1 9 k e v ，半衰期为8 5 n s 的能级4 。，通过量子m o n t ec a r l o 变 形壳模型的计算，推测该长寿命能级的出现主要是由于二准中子组态 ( v 4 11 3 2 v 5 3 2 5 2 ) 4 的a k = 4 受阻衰变。接着，通过同位素能级对比，衰变分 析，得出，9 8 s r 核中存在能量为2 9 3 2k e v 的能级4 。，并预测了它相应的组态为 v 4 11 1 3 2 圆v 5 3 2 1 5 2 。 2 0 0 3 年，c y w h 等人指出1 0 0 z r 和9 8 s r 核一样，在这些核中都存在形状共存现 象，即有着大的形变的基态和几乎没形变的o + 激发态【3 0 】。同时，在2 0 0 3 年的a = 9 8 原子核数据统计中【3z ，9 8 s r 核的基态能级被拓展到了1 2 + 。 2 0 0 4 年，在美国洛伦兹伯克利国家实验室，通过对由2 3 8 u ( a ，f ) 的熔合裂变反应 产生的裂变碎片的分析，可以看出，由于h i l 2 能级轨道上中子对的顺排作用，丰中子 z r 同位素的能级拓展到第一个带交叉区域以上。同时，h n 2 中子轨道上的自旋顺排和 旋称劈裂现象也被描述了。在该区域，对于1 0 0 z r 核，变形的基带能级被拓展到了2 0 + ， 对应能量为7 6 15 m e v ；对于1 0 2 z r 核，其基态能级也被拓展到了2 0 + ，对应能量为 7 4 5 2 m e v ；对于1 0 4 z r 核，其基态能级被拓展到了1 4 + ，其对应能量为4 2 2 4 m e v 。除 上面所述的偶偶核外，1 0 1 z r 和1 0 3 z r 这两个奇中子核的对应不同单粒子组态的基带的 低自旋部分重新得到确认，而且在此基础上得到了进一步拓展。如对于川z r 核的基 9 第2 章加l o o 区s r 和z r 丰中子同位素的研究现状 带k = 3 2 + 4 1 l 】，从能量为2 4 8 9 m e v 的2 3 2 + 拓展到了能量为6 5 0 7 m e v 的3 9 2 + ，对 于另一条边带k = 5 2 5 3 2 】则从能量为2 3 3 0 m e v 的2 3 2 能级拓展到能量为6 4 1 2 m e v 的3 9 2 十。而对于1 0 3 z r ，其基带k 一5 2 。 5 3 2 n 能n 从能量为1 4 7 3 m e v 的1 9 2 被拓展 到了能量为4