X-γ射线符合测量方法在垒下熔合反应障碍中的应用研究报告人：胡世鹏指导教师：张焕乔 院 士 1

吴晓光 研究员 1

孙慧斌 教 授 2

1. 中国原子能科学研究院 2. 深圳大学

研究背景和意义研究的方法

研究结果与结论

总结与展望 4

1

2

3

主要内容

研究背景与意义垒下重离子熔合反应指的在小于库伦位垒反应条件下 发生的重离子熔合反应。

近年来，实验上观察到一个有趣的现象：稳定核束靶组合系统在极深垒下能区测量的熔合截面明显低于用耦合道理论的计算值。这一现象称之为垒下熔合障碍。

Phys.Rev.Lett 89,052701(2002)Phys.Rev.Lett 03,232702(2009)

由于垒下熔合反应涉及到量子隧道穿透和库伦势垒内部核势特性等基本问题，所以有必要去验证以及检验垒下熔合障碍的普遍性！！！进行垒下熔合反应研究中需要解决的基本问题之一：截面的测量

测量方法 测量对象 特点直接测量

熔合反应生成核（反冲质量谱仪） 对于反冲速度较低的原子核测量较困难在束测量生成核退激过程发射的 γ 射线 在束能谱复杂，污染较多

间接测量离线测量生成核衰变放出的 α 粒子

易受本底谱影响离线测量生成核衰变

γ 射线离线测量剩余核 EC衰变过程中产生的 X射线

测量截面的方法当剩余核通过电子俘获的方式衰变时，可以将对 γ 射线的测量与对 X 射线测量结合起来，以降低实验本底，提高测量精度。

测量基本原理1

1

A AZ Z

AZ

X e Y

Y

EC

AZ X

1A

Z Y

利用原子核电子俘获衰变过程中特征 X 射线与退激过程中发射的特征 γ 射线之间的符合关系，应用符合测量的基本方法来降低本地，提高测量精度！

熔合截面计算的原理31 2(1 ) (1 )

ctt t

X X s

Nf f N I e e e

截面测量的关键在于符合计数的获取！

X-γ 射线符合测量系统测量系统组成 测量终端

a) N 型 HPGe 探测器b) 平面型 HPGe 探测器

符合逻辑电路 Midas 获取系统

测量终端与符合逻辑电路 数据获取与记录

铅室

铁台

小平面探测器

探测器支架

N 型 HPGe 探测器

符合电子学系统

数据获取与记录

后期数据的分析

平面型H

PGe探测器

N 型 HPGe 探测器

Y

X

开窗

研究结果与讨论

16O+186W202Pb

200Pb +2n 21.5 hr199Pb +3n 1.5 hr198Pb +4n 2.4 hr

197Pb +5n 0.14 hr

196Pb +6n 0.62 hr

Tl

70.83keV(59.2%)

72.87keV(100%)

82.58keV(34.4%)

84.59keV(10.2%)

实验的基本条件如下 束流能量： 84MeV 束流强度： 100pnA 靶： 186W 270 g/cm2 丰度 99.79% 衬底： 27Al 1.77um 辐照时间： 3.5 h 符合测量时间： 12 h

束流能量： 72MeV 束流强度： 92nA 靶： 186W 271 g/cm2 丰度 99.79% 衬底： 27Al 1.77um 辐照时间： 30 min 符合测量时间： 20h

稳定核束靶系统 200 20082 81(21.5 ) (147.63[37.7%])ECPb h Tl

199 19982 81(1.5) (353.39[9.5%])ECPb Tl

198 19882 81(2.4 ) (173.4[18%])ECPb h Tl

196 19682 81(0.62 ) (191.7[11%])ECPb h Tl

197 19782 81(0.14 ) (387.72[25.1%])ECPb h Tl

Vc=66MeV

图 (a) 84MeV 条件下，常规型高纯锗记录的单谱； (b) 低能射线能区的局部放大图。

单能谱

图 (a) 与 Tl 的特征 Kx 射线符合的能谱； (b) 与 198Pb 的特征 γ 射线 173.4keV 符合的 x 能谱。

符合开窗谱

结论一： X-γ 符合测量方法较好的降低实验本底，突出峰康比。

1/2 43minT

197Pb 的半衰期为)(4.22/1 hrT

198Pb 的半衰期为

查询的方式主要是基于 Lawrence Berkeley National Laboratory 推出的1998 版“ Table of Isotopes” 以及“ Nuclear Data Sheets”

参考值：结论二：从测量结果中提取的剩余核的半衰期与标称值相一致。

束流能量 72MeV 时与 X 射线符合的 γ 能谱局部示意图

本底

开窗前

开窗后

199Pb

（ 353.4keV ）198Pb

（ 173.4keV ）72MeV

结论三：影响截面测量的主要因素来自于 γ射线的康普顿散射的影响。

Energy（MeV） Channel

Cross-sections（mb）

Ref(1)（mb）

72199Pb 2.8(1)

17.9(0.5)198 Pb 19(2)

84198 Pb 341(6)

430(5)197 Pb 54(9)

（ 1 ）参考值为文献（ Phys. Rev. C ， 1995 ， 52 (6) ）给出的总熔合反应截面值

X-γ 符合测量方法能较好的降低实验本底。结论

本工作中所构建的 X-γ 符合测量系统是可靠的

总结与展望

提取的剩余核的半衰期与已评价值一致截面测量值与其他方法测量结果相符

掌握了 X-γ符合测量熔合反应截面的方法总结与展望解决了测量中的许多的实际问题，积累了测量经验将完成库伦位垒以下熔合截面的测量工作

将来作为独立的测量终端与三期串列升级后加速配套工作

THANK YOU!