1、低能裂變反應中的低能裂變反應中的Z=50質子殼效應質子殼效應 韓洪銀，王濤峰，王黎明韓洪銀，王濤峰，王黎明孟慶華，朱麗萍，夏海鴻孟慶華，朱麗萍，夏海鴻中國原子能科學研究院中國原子能科學研究院北京北京275信箱信箱46分箱分箱一一前言前言(1)當裂變核在動力學效應控制下從鞍點到斷點運當裂變核在動力學效應控制下從鞍點到斷點運動時，大塊核物質的移動和安排將必然發生。動時，大塊核物質的移動和安排將必然發生。換一句話說，在能量守恒、角動量守恒和換一句話說，在能量守恒、角動量守恒和K量量子數近似守恒條件下在能級交叉處發生的核子子數近似守恒條件下在能級交叉處發生的核子激發是與核的殼效應和對效應密切相關的，是

2、激發是與核的殼效應和對效應密切相關的，是以裂變核集體動能的減少為代價的。可以預期，以裂變核集體動能的減少為代價的。可以預期，裂變碎片的質量分布，核碎片的電荷分布和碎裂變碎片的質量分布，核碎片的電荷分布和碎片的動能分布以及它們間的關聯都直接與核動片的動能分布以及它們間的關聯都直接與核動力學效應相關。因此，研究這些物理量間的關力學效應相關。因此，研究這些物理量間的關聯變化能提供我們裂變核集體運動與粒子激發聯變化能提供我們裂變核集體運動與粒子激發間的耦合程度，即少核子系統的統計過程與微間的耦合程度，即少核子系統的統計過程與微觀核量子過程間的相互作用信息觀核量子過程間的相互作用信息,提供我們核的提供我

3、們核的殼效應和對效應知識殼效應和對效應知識。(2)(2)從從一方面來說一方面來說, 裂變碎片的質量分裂變碎片的質量分布和電荷分布直接與裂變反應的能布和電荷分布直接與裂變反應的能量釋放相關。這些物理量的測量有量釋放相關。這些物理量的測量有助于我們對核鏈式反應的描述和理助于我們對核鏈式反應的描述和理解，從而對我們更好地利用核裂變解，從而對我們更好地利用核裂變能具有重要的實際意義。能具有重要的實際意義。(3)與碎片質量分布實驗測量相比，碎與碎片質量分布實驗測量相比，碎片電荷分布的實驗研究遠是不能滿片電荷分布的實驗研究遠是不能滿足實際應用的需要。足實際應用的需要。 鑒于上述情況，我們從基礎研鑒于上述情

4、況，我們從基礎研究的角度出發測量了究的角度出發測量了252Cf(sf)反應的反應的碎片電荷分布。碎片電荷分布。二、現有文獻報導的裂變碎片二、現有文獻報導的裂變碎片電荷分布測量方法電荷分布測量方法 在今天，大體說來，可供我們用來在今天，大體說來，可供我們用來確定核碎片電荷確定核碎片電荷 的方法有：的方法有： (1)放化放化法；法；(2)2)裂變碎片與裂變碎片與K K x x射線符合測射線符合測量法；量法；(3)晶體球晶體球符合技術；符合技術；質譜儀質譜儀+ +測量技術測量技術; ;(5)碎片電離徑碎片電離徑跡重心法。跡重心法。原則上講，上述原則上講，上述方法方法都都可用來測量裂變碎片的電荷分布，

5、可用來測量裂變碎片的電荷分布，但在使用它們時都會遇到不同的，但在使用它們時都會遇到不同的，甚至是無法克服的技術困難。甚至是無法克服的技術困難。三、碎片電荷分布的測量技術 用用探測器測量探測器測量碎片核電荷分布碎片核電荷分布的基本的基本物理思想是：物理思想是：在固定碎片核質量在固定碎片核質量A*和動和動能能EK條件下，碎片核在條件下，碎片核在探測器中的能探測器中的能量沉積或量沉積或碎片核通過能量吸收片后的殘碎片核通過能量吸收片后的殘存能量是碎片核電荷的直接量度。存能量是碎片核電荷的直接量度。質譜質譜儀儀+ +望遠鏡技術的要點是，用望遠鏡技術的要點是，用粒子粒子探測器測定電磁分離器出口碎片探測器測

6、定電磁分離器出口碎片(固定A*和和EK)的的能譜。我們根據這一能譜。我們根據這一思想創建思想創建了測量碎片電荷分布的了測量碎片電荷分布的孿生屏孿生屏柵柵電離室電離室+ +望遠鏡技術。望遠鏡技術。四四、孿生屏孿生屏柵柵電離室電離室+ +望遠鏡技術望遠鏡技術 下面是孿生屏下面是孿生屏柵柵電離室電離室+ +望遠鏡望遠鏡系系統內部結構示意圖統內部結構示意圖, 右面部分為右面部分為探測器。探測器。所有電極安裝在所有電極安裝在taflon桿上。桿上。 A1 G1 C G2 A2 SD流動式的工作氣體為流動式的工作氣體為200 torrs 10% CH4 + 90% Ar的混合氣體。氣體壓力由一個電磁氣體壓

7、力的混合氣體。氣體壓力由一個電磁氣體壓力穩定器控制，穩定器控制，1%；V(C-G1)=V(C-G2)= 0.9 V/cm Pa; V(G1-A1)=V(G2-A2)= 1.5 V/cm Pa。Cf-252五、數據獲取條件(1) 兩面蒸金252Cf薄膜裂變源:3000 f/s。PI: 45.7gcm2,Au: 24.5gcm2和16.6gcm2。 (2) 探測器對源的張角約為4空間的3%,它的入射窗：Au: 24.5gcm2和16.6gcm2 ，PI:45.7gcm2, 。(3)合適的工作氣體壓力,使輕碎(A110amu)在中沉積能量約為它們動能的40%。(4) 每個裂變關聯事件由(A1,G1,

8、A2,Er)等四個信號構成， 所有的測量信息按event by event方式記錄在硬盤上，供離線FORTRAN分析用六、數據測量 簡化的測量電子學安排如下示。 A1 G1 A2 SD timingPAPAPAPAMAMAMAMADADADADAKODAQSYSTEML.G.C.七、數據數據的FORTRAN程序分析EA1 =A1+B1 P1 (1)PG=P0(1 X cos /D) (2) =Ad+Bd Pd (3)Er =(a+aM2)Ps+(b+bM2) (4) 為了進行迭代計算，還需要下面公式。為了進行迭代計算，還需要下面公式。E1= EA1+PHD1+ En1 (4)E2= f+PHD

9、2+ Er + Eloss+En2 (5)f(AL , EL , Z) =( +PHD2+Eloss) cos (6) 計算計算Eloss,En2 , En1,M2時還時還需要實驗測量到需要實驗測量到的的 (TKE,A)數據。迭代計算得到固定輕碎片數據。迭代計算得到固定輕碎片質量質量AL和動能和動能EL下的下的 能譜。能譜。八八、 f(AL , EL ,Z)的多高斯擬合的多高斯擬合(1) 對碎片質量AL=110amu和碎片動能EL =90, 99, 119MeV測量到的分布。譜形狀隨EL的變化表明, 碎片電荷分布是碎片動能EL函數。 (2) 在固定輕碎片質量AL 和動能EL下的每一個每一個f(

10、AL , EL ,Z)譜是多個高斯函數的疊加，每個譜是多個高斯函數的疊加，每個高斯函數下的面積對應于碎片電荷高斯函數下的面積對應于碎片電荷Z出現的幾出現的幾率，寬度給出了探測器的電荷分辯能力率，寬度給出了探測器的電荷分辯能力，峰峰位置給出核電荷數位置給出核電荷數Z。擬合是否合理的判據是：擬合是否合理的判據是：提供的擬合參數合理；給出的核電荷數平均值提供的擬合參數合理；給出的核電荷數平均值與現有文獻建議的少量數據在趨勢上一致。對與現有文獻建議的少量數據在趨勢上一致。對高動能碎片質量數高動能碎片質量數AL=99amu和和AL=86amu得到得到的擬合給在下圖中；探測器的電荷分辯能力，的擬合給在下圖

11、中；探測器的電荷分辯能力， Z/ 40/0.8 三個AL=110amu原始幅度譜高動能輕碎片數據的兩個擬合例子 A=99 amu Ek=120-123MeV A=86 amuEk= 105-108MeV 九、 Z=50質子殼效應下圖給出了下圖給出了 ZUCD av隨輕碎片質量隨輕碎片質量A*的變化。的變化。(1) 隨輕碎片質量隨輕碎片質量A*的變化反映了殼的變化反映了殼+對效應對低能對效應對低能裂變過程的影響。裂變過程的影響。 ZUCD=(98/252)A*是液滴效應控制是液滴效應控制下的碎片核電荷，變化速率下的碎片核電荷，變化速率=98/252=0.39。(2)在在A*=80-116amu質

12、量區質量區, av的變化速率的變化速率0.42，這個這個值大于值大于0.39的液滴值的液滴值, 故看到了向負方向增長的故看到了向負方向增長的值。值。(3)特別是當輕質量數特別是當輕質量數A* 119，而到達而到達A*=125時，由于時，由于重碎片中重碎片中Z=50質子殼的穩定性，輕碎片的電荷分布質子殼的穩定性，輕碎片的電荷分布最可幾值及其分布的形狀幾乎不隨它質量的增加而增最可幾值及其分布的形狀幾乎不隨它質量的增加而增加。因而，加。因而， 迅速由負值轉變為一個大的正值。迅速由負值轉變為一個大的正值。A* 119 120 121 122 123 124 125Zav 47.09 46.92 46.

13、96 47.11 47.52 47.68 47.93 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 ZUCD 46.27 46.67 47.06 47.44 47.83 48.22 48.61 1301201101009080-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.0 =ZUCD Zav隨碎片質量數隨碎片質量數A*的變化，的變化，Zav為對碎片為對碎片A*測到的平均電荷值；測到的平均電荷值；ZUCD為均勻電荷值。為均勻電荷值。UCD98ZA*=0.39A*252A*十、討論(1) 本測量方法本測量方法可達到與質譜儀可達到與質譜儀+ +望遠鏡技術望遠鏡技術相同的電荷分辯。與后者相比它的優點是：相同的電荷分辯。與后者相比它的優點是：它是十分經濟的，它有高的探測效率，易于它是十分經濟的，它有高的探測效率，易于得到電荷分布隨動能的變化。由于修正了得到電荷分布隨動能的變化。由于修正了碎碎片發射片發射角效應和文獻角效應和文獻測量數據測量數據A AL L,TKE,TKE 的的采采用用，故得到了寬碎片質量范圍與寬動能范圍故得到了寬碎片質量范圍與寬動能范圍內的較好的內的較好的電荷分布實驗電荷分布實驗數據數據。(2) 為了把這個方法推廣到實際的核參數測量，