单幻核~(89)Y与~(141)Pr高自旋态能级结构的研究

A～80和140质量区一直是原子核结构研究的热点区域,在其中发现了诸如手征双重带,形状共存,八极关联以及超形变带等有趣的物理现象。除了这些集体运动现象,由于存在N = 50和82两个幻数闭壳,在这两个核区中大量近球形核呈现单粒子激发运动模式。N = 50与82同中子素链及其邻近的原子核中都受到壳效应的强烈影响,并且在很多原子核中都发现了中子跨壳激发的现象。

本论文主要介绍了 N = 50同中子异核素中的⁸⁹Y和N = 82同中子素中¹⁴¹Pr的高自旋态研究,一方面在这两个核中寻找与跨壳激发相关的能级,另一方面也借此研究两个同中子素链中跨壳激发的系统学规律。我们在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器国家实验室,通过在束γ谱学的实验方法,分别利用重离子熔合蒸发反应⁸²Se(¹¹B,4n),在48和52 MeV的束流能量下,布居了⁸⁹Y的高自旋态;使用¹³⁸Ba（⁷Li,4n）反应,在38 MeV的束流能量条件下布居了¹⁴¹Pr的高自旋态。在⁸⁹Y的实验中我们使用了加铅衬的⁸²Se靶,靶的厚度为1.35mg/cm₂,铅衬的厚度为9.1mg/cm₂,实验时使用了12个带BGO反康的高纯锗探测器和2个小平面探测器。

在¹⁴¹Pr的实验中使用了厚度为3.1 mg/cm₂的¹³⁸BaCO₃靶,加了厚度为1.2 mg/cm₂的碳衬,探测阵列包括11台带BGO反康的高纯锗探测器和2台小平面探测器。在两次实验中我们分别收集到1.3×10⁸和9×10⁷个γ-γ符合事件。通过对实验数据的细致分析,我们扩展了⁸⁹Y和

¹⁴¹Pr的高自旋态的能级纲图,分别加入了 24条新跃迁、13条新能级和30条新跃迁、14条新能级,对两个原子核的正负宇称能级结构都进行了扩展。

基于前人的能级纲图,通过角关联系数与内转换系数的提取,系统学比较等方法,我们对新发现的跃迁进行了多极性指定,也为能级纲图中的绝大多数能级指定了自旋宇称。值得注意的是,我们在⁸⁹Y能级纲图的右上方新建立了两个负宇称能级序列。通过对⁸⁹Y和¹⁴¹Pr的能级结构的分析,我们发现其低位激发态都由质子激发所主导,随着自旋和激发能的升高,质子不断拆对;对于高激发态还有可能会发生中子跨壳激发。

我们选用大规模壳模型计算程序OXBASH对单幻核⁸⁹Y和¹⁴¹Pr分别进行了壳模型计算。对于⁸⁹Y,我们选取了 GWB模型空间和GWBXG相互作用,进行了包含跨壳激发和不包含跨壳激发的两种计算。我们发现对于低位能级,两种壳模型计算都可以与实验结果取得较好的符合;然而,对于激发能较高的能级,只有包含跨壳激发的计算才能重现出实验数据。

通过对计算结果的详细分析,我们对实验上已知的能级指定了组态,在⁸⁹Y中不仅观察到了来自跨壳激发的正宇称能级,而且发现纯质子激发与中子跨壳激发这两种激发模式之间的竞争。此外,我们还首次发现了与跨壳激发相关的负宇称能级结构。对于¹⁴¹Pr,我们选用了 N82模型空间和N82K相互作用,9个价质子在Z = 50-82之间的轨道上自由排布。

我们发现计算结果与实验数据取得了非常好的符合,并对绝大部分的能级都指定了纯质子激发的组态,但是当前的壳模型计算对其中的

23/2₂⁺能级无法做出良好的解释,由此,我们猜想这条

能级的组态超出了当前壳模型计算的模型空间,因此将其来源建议为中子跨壳激发。为了验证我们在⁸⁹Y和¹⁴¹Pr中发现的跨壳激发现象,并理解N = 50与82两个同中子素链上原子核发生中子跨壳激发的系统学性质,我们对比了 ⁸⁹Y和¹⁴¹Pr及其邻近的同中子素中发生跨壳激发的能级。通过N = 50同中子素的对比,不仅进一步支持了 ¹⁴¹Pr中的23/2₂⁺能级来自中子跨壳激发的假设,而且发现¹⁴¹Pr中同样存在纯质子激发与中子跨壳激发之间的竞争。

通过同时对比N = 50与82的同中子素,我们发现对于大部分N= 50与82的同中子素,中子跨越这两个壳层所需的能量至少为4 MeV,而且来自于跨壳激发的负宇称能级能量比正宇称要高。此外,由于奇A核与偶偶核系统学性质类似,我们也指出奇A核比偶偶核多出来的一个价质子并没有明显影响中子跨壳激发的性质。同时,在两个同位素链中也存在不同之处,N= 50同中子素中负宇称发生跨壳激发的组态相对于正宇称是拆开并激发一对质子,而N= 82同中子素中来自于跨壳激发的负宇称能级是由于和正宇称不同的中子激发到了 N = 82满壳之外的轨道而形成的,并且N = 50同中子素中⁸⁶Kr到⁸²Ge之间的原子核发生跨壳激发现象的能量出现在了 4 MeV以下,这可能与质子中子相互作用中的张量力组分相关。