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β-射线探测的核磁与核电共振和原子核核矩测量

周冬梅  
【摘要】:β-核磁共振(β-NMR)和β-核电四极共振(β-NQR)是利用不稳定β-放射性核作探针的核磁共振和核电四极共振,探测灵敏度比常规的NMR和NQR高10~9,是核物理、粒子物理、凝聚态物理和材料科学研究中一种不可缺少的实验手段。β-NMR和β-NQR在“不稳定核的结构和性质”研究中,做出了重要贡献,观察和证实了一些新物理现象,例如,丰质子核质子晕结构、丰中子核中子有效电荷减小、单粒子能级位移、自旋异常增大等。远离稳定线大部分核是β-放射性核,远离稳定线核的结构和性质研究中,β-NMR和β-NQR已成为一种越来越重要的方法。 为了开展β-NMR和β-NQR研究,特别是远离稳定线β-放射性核的核矩测量及结构和性质研究、在中国原子能科学研究院建立了国内第一台β-NMR及β-NQR装置。β-NMR和β-NQR关键技术有:1)极化β-放射性核的产生,2)β-放射性核在衰变前的极化保持,3)外加RF射频场发生共振使极化破坏或反转,4)β-射线角分布不对称测量。建立的β-NMR及β-NQR装置主要包含强磁场和靶室系统、脉冲束系统、rf(高频)及其控制系统、β-探测器和数据获取系统。装置全部由计算机控制。 利用建立的β-NMR和β-NQR装置,精确测量了~(12)B(I~π=1~+,T_(1/2)=20.18ms)的磁矩。β-放射性核~(12)B由~(11)B(d,p)~(11)B反应产生,实验测量的~(12)B的半衰期为20.18_±0.72ms,~(12)B在Cu中极化度为11.4%±0.6%。室温、外磁场H_0:2.1700 kG下测量了~(12)B在Cu中的β-NMR谱,由共振频率计算得到磁矩μ=1.00095nm和g-因子g=1.00095。在磁矩的精确测量中,必须考虑奈特位移效应。在我们之前的实验测量没有或进行了不恰当的奈特位移修正。我们的实验中,通过自旋-晶格弛豫时间测量、利用Korringa关系、计及电子-电子相互作用,准确地确定了奈特位移修正。经奈特位移准确修正后,得到了精确的~(12)B (I~π=1~+,T_(1/2)=20.18ms)磁矩和g因子值:μ=0.99993±0.00048 am和g-因子g=0.99993±0.00048。实验结果也很好地检验了建立的β-NMR和β-NQR谱仪装置的可靠性。 乍为滴线附近不稳定的p放射性核,单质子分离能为0.60Mev,是很好的质子 晕候选核。但是由于较高的库仑势垒和离心势垒,丰质子轻核比较难以形成质子 晕结构。‘7F(I”=5/2+,Tl二=64.495)是否存在晕结构看法不一。核电四极矩对质 子径向分布十分灵敏,通过四极矩测量研究质子晕结构有很大的优点。采用p 一NM队和p入QR方法测量了‘,F(I冗=5/2+,Tl/2=64.495)的电四极矩。p一放射性 核‘,F(I”=5/2+)通过’60(d,n)’7F反应产生。室温、外场4.000okG下测量了17F 在MgFZ单晶中的p一NQR谱,得到了由5条共振谱线组成的共振谱。电四极相 互作用作为二阶扰动,由实验测量的5个共振频率的最小二乘法拟合得到‘7F在 M萝2中的四极祸合常数为肠=1.2552土0.0732人介众。由测量的吮导出 !醉’川一‘.4士,.7加’,由总能量随四极形变参数变化的计算,确定四极矩值为负: ,了F(I一5/2+,Tl二一4.495)的电四极矩为。(”F)一(5.4士1.7)加’。单粒子模型计 算得到Q今/2)二一7.7加2。由此得到质子的有效电荷可=1 .09。,比目前各种模 型计算的结果都刁一尽管,一号轨道的‘一2给出较大的离J。势垒,由于质子的分 离能(0 .6MeV)很小,处于该轨道的质子还是离核芯较远,因而有效电荷较小。 考虑到较大的离心位垒和库仑势垒,‘,F(I代二5/2+,Tl/2=64.495)不可能有晕结构, 只能有质子皮结构。我们的四极矩测量确认了”F(I冗=5/2+,Tl/2=64.495)基态存 在质子皮,支持了’7F基态存在质子皮结构的观点。


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