滴线核20Mg和22Si的β延迟衰变谱学研究取得新成果

2017-06-28 16:09来源： 中国科学院|编辑：确牛

近日，中国原子能科学研究院核物理研究所与中国科学院近代物理研究所、中国科学院上海应用物理研究所和北京大学联合组成的研究小组，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²²Si和²⁰Mg以及附近核的β延迟衰变谱学的研究。

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。²²Si和²⁰Mg是N=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T_z = -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。

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 enA的²⁸Si¹⁴⁺初级束流，轰击⁹Be初级靶产生弹核碎裂反应，产物经RIBLL1以Bρ–ΔE–Bρ方式分离和纯化，利用Bρ–ΔE–ToF方法鉴别次级束流粒子。在连续束模式下，将目标核注入150 μm和60 μm的两块薄的双面硅条探测器，周围环绕四分硅探测器和Clover型γ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。实验探测器阵列如图1所示。

该实验的创新点如下：

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p–γ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。²²Si的β延迟质子衰变能谱如图2所示。

对²⁰Mg衰变谱学的研究，确证了²⁰Mg和²⁰O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。