~(71)Ga高自旋态和集体转动

【摘要】：Z=28~-40核区的核吸引了很多实验和理论家的注意。实验发现这一核区的Sr、Y和Zr核的低激发态能级可以被球形壳模型很好的解释,但是在轻质量的Br和Kr核却发现集体性很强,当N,Z = 34,36附近时有着扁圆变形,当N,Z = 38附近时有着长椭变形。这些特征可以解释为单粒子激发和集体运动之间的的相互竞争作用所导致。在对Ga同位素链研究中发现,随着中子数的增加,集体性开始增强,原子核的形状开始由三轴形变向对称转子形变过渡。人们感兴趣的一个问题是过渡核在这些演化过程中的扮演的角色和表现出来的特性。前人的实验研究表明,~(65,67)Ga具有弱集体带结构和三轴形变性质,而~(73,75,77)Ga则观察到了很强的集体转动带和对称转子形变现象,~(71)Ga(Z = 31,N = 40)正好处于演化的过渡核区,因此~(71)Ga在形状演化中扮演的角色和特性就成为了研究Ga同位素链性质的焦点。由于实验条件和受弹靶体系的限制,早前对~(71)Ga的研究主要是通过放射性衰变和深度非弹性散射实验来布居高自旋态,由于实验数据的限制,对实验结果的分析仅仅局限于系统学对比和粒子耦合模型的解释。为了更充分的研究过渡核的特性与形变演化中的作用,本工作开展了对~(71)Ga核高自旋态结构的研究工作。本实验是在中国原子能科学研究院的串列加速器核物理国家实验室的HI~-13MV串列静电加速器上的在束终端实验室完成的。实验进行了两轮,首次利用重离子熔合蒸发反应~(70)Zn(7Li,2n2p)~(71)Ga布居了~(71)Ga核的高自旋能级结构。在两轮实验中,入射束流7Li的能量分别是30MeV和35MeV,束流布居时间分别为90小时和80小时。在第一轮实验中,使用12套带BGO反康的HPGe探测器探测γ射线,2台小平面探测器探测低能γ射线和X射线。靶的厚度是.2.15 mg/cm~2,Au衬的厚度是0.93 mg/cm~2。在第二轮实验中使用了11套带BGO反康的HPGe探测器和2台小平面探测器,靶的厚度是3.48 mg/cm~2,Pb衬的厚度是15.75 mg/cm~2。实验总计收集了2.0 ×108个二重符合事件,在前人纲图的基础上新增加了35条新射线和24条新能级,将正宇称的能级自旋推高至29/2~+,激发能至6573keV,负宇称的能级自旋推高至23/2~-,激发能至4873keV。扩展了基于9/2~+上的正宇称带及9/2~-上的负宇称带,并新建立了一条基于3/2~-上的负宇称序列,通过系统学对比确定了该序列。利用系统学对比和粒子耦合模型发现,Ga同位素链上的核具有很强的粒子耦合特性,低自旋的3/2~-,5/2~-以及9/2~+态是由未配对的质子分别占据p_(3/2),f_(5/2)和g_(9/2)质子轨道导致,其他能级态是未配对质子轨道与相应偶偶核30Zn核耦合的结果。粒子耦合模型研究发现,3/2~-、7/2~-、11/2~-、15/2~-、19/2~-和23/2~-激发态具有πp3/2(?)2~+core、πp3/2(?)4~-core、πp3/2(?)6_(core)~+、πp_(3/2)(?)8_(core)~+和πp_(3/2)(?)10_(core)~+的结构,而9/2~-、13/2~-、17/2~-和21/2~-具有πp_(5/2)(?)4~+、πp_(5/2)(?)6~+和πp_(5/2)(?)8~+的结构。正宇称带是条集体性很强的转动带,粒子耦合性较弱,用推转壳模型(CSM)可以很好地解释带结构的性质。本实验首次发现了正宇称带在21/2~+态处的回弯现象,高自旋则是由一对v(g_(9/2)~2)中子顺排的结果。大规模壳模型(SM)计算更充分的揭示了带粒子能级结构,我们使用了两个价空间g_(5/2)pg_(9/2)和fpg_(9/2)及相应的三个相互作用势(JUN45,jj44b,fpg)进行了计算。壳模型(SM)计算结果显示,基态Iπ=3/2~-是未配对的质子占据2p3/2轨道的三准粒子结构,主要为π(p_(3/2)~3)(?)v(f_(3/2)~6p_(3/2)~4p_(1/2)~2),而低自旋的Iπ=1/2~-和Iπ=5/2~-的主要为π(p_(3/2)~2p_(1/2)~1)(?)v(f_(5/2)~4p_(3/2)~4P_(1/2)~2g_(9/2)~2)和π(f_(5/2)~1p_(3/2)~2)(?)v(f_(5/2)~4p_(3/2)~4p_(1/2)~2g_(9/2)~2)的组态结构。对于自旋高的态Iπ=5/2~-、9/2~-、13/2~-、17/2~-、21/2~-主要受控于π(f_(5/2)p_(3/2)~2)(?)v(f_(5/2)~4p_(3/2)~4p_(1/2)~2g_(9/2)~2)的组态结构,相似的对于Iπ= 7/2~-、11/2~-、15/2~-、19/2~-、23/2~-壳模型计算显示主要主要受控于π(f_(5/2)p_(3/2))~3(?)v(f_(5/2)~4p_(3/2)~4p_(1/2)~2g_(9/2)~2)的组态结构。对于正宇称带,SM模型很好地解释了回弯前后组态的变化,正宇称带头9/2~+主要结构为π(p_(3/2)~3)(?)v(f_(5/2)~6p_(3/2)~4p_(1/2)~1g_(9/2)~1)和(p_(3/2)~3)(?)v(f_(5/2)~5p_(3/2)~4p_(1/2)~2g_(9/2)~1)，回弯前的13/2~+和17/2~+态主要结构为π(p_(3/2)~3)(?)v(f_(5/2)~5p_(3/2)~4p_(1/2)~2g_(9/2)~1),而回弯后21/2~+、21/2~+和29/2~+态的组态为粒子数和组态概率都非常相似的π(f_(5/2)~1p_(3/2))(?)v(f_(5/2)~4p_(3/2)~4p_(1/2)~1g_(9/2)~3)、π(f_(5/2)~1p_(3/2)~2)(?)v(f_(5/2)~3p_(3/2)~4p_(1/2)~2g_(9/2)~3)和π(f_(5/2)~1p_(3/2)~2)(?)v(f_(5/2)~5p_(3/2)~4g_(9/2)~3)结构。回弯前后组态有着非常明显的改变,一个未配对的质子从p_(3/2)轨道激发到f_(5/2)轨道,同时一对中子分别从f_(5/2)和p_(1/2)轨道激发到g_(9/2)轨道。这也验证了推转壳模型(CSM)的结果,即正宇称带在ω ≈ 0.60 MeV/h附近出现的回弯现象是由一个vg_(9/2)中子对的顺棑所导致。