108Cd正宇稱(chēng)yrast帶g-因子測(cè)量

范 平 袁大慶 鄭永男 左 翼 張喬麗 吳曉光 李廣生 竺禮華 許國(guó)基 樊啟文 梁珺城 張錫珍 朱升云

1（中國(guó)原子能科學(xué)研究院 北京 102413）

2（北京航空航天大學(xué) 北京 100191）

108Cd正宇稱(chēng)yrast帶g-因子測(cè)量

范 平1袁大慶1鄭永男1左 翼1張喬麗1吳曉光1李廣生1竺禮華2許國(guó)基1樊啟文1梁珺城1張錫珍1朱升云1

1（中國(guó)原子能科學(xué)研究院 北京 102413）

2（北京航空航天大學(xué) 北京 100191）

在中國(guó)原子能科學(xué)研究院的HI-13串列加速器上，利用76Ge(37Cl,1p4n)108Cd重離子熔合蒸發(fā)反應(yīng)布居了108Cd的yrast帶高自旋態(tài)，采用瞬態(tài)場(chǎng)-離子注入擾動(dòng)角分布(Transient-magnetic filed-ion implantation perturbed angular distribution, TMF-IMPAD)方法測(cè)量了108Cd的正宇稱(chēng)yrast帶的g因子，測(cè)量得到2+、4+態(tài)g-因子分別為0.33(11)、0.18(6)。在10+態(tài)前后，發(fā)生h11/2中子順排，g-因子值由正轉(zhuǎn)負(fù)。從10+態(tài)到16+態(tài)，由于g7/2中子順排，導(dǎo)致g-因子逐漸增大。測(cè)量得到反磁轉(zhuǎn)動(dòng)帶帶頭16+態(tài)的g-因子為-0.09(3)。

g-因子，瞬態(tài)場(chǎng)-離子注入擾動(dòng)角分布方法，108Cd

在核結(jié)構(gòu)研究中，核矩測(cè)量有重要作用。核矩直接反映了核的尺寸、形狀、密度和運(yùn)動(dòng)，能夠直接反映核態(tài)波函數(shù)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的核矩可以靈敏地對(duì)核結(jié)構(gòu)模型的正確性作出判斷。其中電四極矩反映了原子核的電荷分布，能直接給出核形變參數(shù)，對(duì)形變核和暈核等做出確切的結(jié)論。而磁偶極矩十分敏感地依賴(lài)于中子和質(zhì)子單粒子運(yùn)動(dòng)對(duì)集體轉(zhuǎn)動(dòng)的響應(yīng)，對(duì)核內(nèi)稟組態(tài)能給出肯定的結(jié)論。原子核處于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的高自旋態(tài)時(shí)，其高角動(dòng)量軌道的核子會(huì)沿著轉(zhuǎn)動(dòng)軸順排。原子核的磁偶極矩（或g-因子）對(duì)中子、質(zhì)子順排特別靈敏，對(duì)磁偶極矩（或g-因子）進(jìn)行測(cè)量可以對(duì)中子、質(zhì)子順排及它們之間的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程做出結(jié)論性判斷。

磁轉(zhuǎn)動(dòng)和反磁轉(zhuǎn)動(dòng)是原子核基于剪刀機(jī)制的兩種新的轉(zhuǎn)動(dòng)形式[1-2]。在A～100區(qū)，目前發(fā)現(xiàn)許多具有反磁轉(zhuǎn)動(dòng)帶特征的核[3-5]，Datta等[6]通過(guò)108Cd正宇稱(chēng)yrast帶高自旋態(tài)的壽命、B(E2)的測(cè)量以及TRS (Total Routhian Surface)和半經(jīng)典剪刀模型計(jì)算，認(rèn)為該核正宇稱(chēng)yrast轉(zhuǎn)動(dòng)帶的16+到24+態(tài)為反磁轉(zhuǎn)動(dòng)帶。對(duì)于108Cd的反磁轉(zhuǎn)動(dòng)帶，在帶頭16+態(tài)時(shí)已經(jīng)有中子發(fā)生完全順排，在16+態(tài)后出現(xiàn)質(zhì)子順排，因此g-因子的測(cè)量結(jié)果能夠很靈敏地反映反磁轉(zhuǎn)動(dòng)帶前后粒子順排行為以及順排粒子的變化。本工作采用瞬態(tài)場(chǎng)-離子注入擾動(dòng)角分布(Transient-magnetic filed-ion implantation perturbed angular distribution, TMF-IMPAD)方法[7-8]測(cè)量108Cd的yrast帶各個(gè)態(tài)及帶頭為16+高自旋態(tài)反磁轉(zhuǎn)動(dòng)帶的g-因子，研究其高自旋態(tài)核結(jié)構(gòu)與核子順排行為。

1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量

實(shí)驗(yàn)測(cè)量在中國(guó)原子能研究院的 HI-13串列加速器上進(jìn)行，用135 MeV的37Cl束轟擊76Ge-Gd-Cu三層靶，由熔合蒸發(fā)反應(yīng)76Ge(37Cl,1p4n)108Cd布居108Cd高自旋yrast態(tài)。熔合蒸發(fā)反應(yīng)的截面σ約120mb，采用TMF-IMPAD方法測(cè)量108Cd高自旋態(tài)g-因子。

TMF-IMPAD裝置示意圖如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置由多層靶、靶室及極化電磁鐵系統(tǒng)、γ射線探測(cè)系統(tǒng)三部分組成。實(shí)驗(yàn)用多層靶為三層靶，分別為同位素富集度99.9%的76Ge核反應(yīng)層、Gd鐵磁層以及停止層Cu層，各層的厚度分別為0.38 mg.cm-2、1.67 mg.cm-2和12 mg.cm-2。制靶時(shí)將Cu輥壓后在500-600 °C下退火，之后再將Cu靶襯保持在300°C，蒸發(fā)沉積Gd，再在Gd層上濺射靶材料76Ge層，制靶過(guò)程中真空度約10-3Pa。實(shí)驗(yàn)時(shí)三層靶處在0.25 T的外磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與探測(cè)器平面垂直，并且每120 s改變磁場(chǎng)極化方向（上、下）。三層靶的鐵磁層在外磁場(chǎng)中被極化，在反應(yīng)層生成的108Cd以極高的速度（約0.03c）穿過(guò)被極化的鐵磁層時(shí)，受到很強(qiáng)的瞬態(tài)磁場(chǎng)作用，使其自旋角動(dòng)量繞著磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)，最后在停止層Cu層中退激。出射的γ射線由5個(gè)HPGe 探測(cè)器測(cè)量，其中4個(gè)HPGe配以鍺酸鉍(Bismuth Germanium Oxide, BGO)反康探測(cè)器，分成兩組對(duì)稱(chēng)放置構(gòu)成，分別與束流方向成±55°和±125°。使用多參數(shù)事件模式記錄γ-γ符合事件，每個(gè)事件的信息包括γ射線能量、探測(cè)器號(hào)和極化場(chǎng)方向。

圖1 g-因子測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 TMF-IMPAD set-up schematic drawing.

測(cè)量的能譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)反演后，得到對(duì)應(yīng)5個(gè)HPGe探測(cè)器的兩個(gè)極化磁場(chǎng)方向的10個(gè)能譜。對(duì)于某一能級(jí)的γ躍遷，可以從與束流方向成±θi的一對(duì)探測(cè)器的開(kāi)門(mén)單譜得到單比函數(shù)ρ(±θi)：

式中，N(θi)為處于θi位置的探測(cè)器測(cè)得的對(duì)應(yīng)的γ越遷的計(jì)數(shù)，箭頭↑和↓表示極化磁場(chǎng)方向。

定義雙比函數(shù)：

則進(jìn)動(dòng)角為：

其中：

式中，W(θ)為出射γ射線角分布。

則核的g-因子可以從式(7)得到：

式中，BTMF(t)為瞬態(tài)場(chǎng)強(qiáng)度[9]：

式中，v為生成核的速度；v0為Bohr速度；μB為核磁子；NP為單位體積內(nèi)極化電子數(shù)。

2 結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)測(cè)量到的108Cd正宇稱(chēng)yrast帶各態(tài)的g-因子如表1所示。

表1 g-因子測(cè)量結(jié)果Table1 Results of g-factor measurement.

對(duì)于2+態(tài)，測(cè)量得到的g-因子為0.33，與Brennan等[10]以及Chamoli等[11]的測(cè)量結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。同時(shí)，2+、4+態(tài)測(cè)量結(jié)果與Chamoli等[11]采用潮汐波(Tidal-wave)模型計(jì)算的2+和4+態(tài)的計(jì)算結(jié)果0.302和0.163符合得很好。對(duì)于6+、8+態(tài)，由于存在許多邊帶的旁饋，測(cè)得g-因子帶有其它帶的信息并且難以修正。如測(cè)量得到的6+態(tài)的g-因子為1.226，遠(yuǎn)大于臨近其他態(tài)的g-因子，可能是從g9/2質(zhì)子空穴組態(tài)的3111 keV的8+態(tài)的躍遷帶來(lái)的，它的進(jìn)動(dòng)信息傳遞到6+態(tài)使得測(cè)得的該態(tài)的g-因子變大。

在10+態(tài)以下，測(cè)量得到的g-因子值為正值，而在10+態(tài)以上，測(cè)量得到的g-因子變?yōu)樨?fù)值，表明在10+態(tài)發(fā)生中子順排。圖2為T(mén)horslund等[12]的108Cd正宇稱(chēng)yrast帶的順排角動(dòng)量ix，在10+態(tài)附近發(fā)生回彎現(xiàn)象，在回彎前ix～?0，回彎后ix～?10，回彎前后順排角動(dòng)量的增加源于h11/2中子的順排，并且給出10+態(tài)時(shí)組態(tài)為v(h11/2)2。由于h11/2中子g-因子值為-0.21，當(dāng)發(fā)生h11/2中子順排時(shí)，g-因子將減小。

圖2 108Cd正宇稱(chēng)yrast帶順排角動(dòng)量[12]Fig.2 Spin alignments ix of yrast band of 108Cd[12].

在10+態(tài)以上，隨著角動(dòng)量的增加，測(cè)量得到的g-因子逐漸增大。Simons等[13]測(cè)量得到12+到16+態(tài)B(E2)值隨著角動(dòng)量而增加，表明發(fā)生g7/2中子順排。由于測(cè)量得到10+態(tài)g-因子為-0.25，而g7/2中子g-因子為0.21，因此當(dāng)g7/2中子發(fā)生順排時(shí)，原子核總g-因子將會(huì)增大，這與g-因子測(cè)量結(jié)果一致。

在16+態(tài)，h11/2、g7/2中子完全順排，兩個(gè)g9/2質(zhì)子空穴角的動(dòng)量方向相反并且與總角動(dòng)量方向垂直，形成反磁轉(zhuǎn)動(dòng)帶帶頭，其組態(tài)為。實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到該態(tài)g-因子為-0.09(3)。

3 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)原子能科學(xué)研究院的HI-13串列加速器上，重離子熔合蒸發(fā)反應(yīng)76Ge(37Cl,1p4n)108Cd布居了108Cd的yrast帶高自旋態(tài)，采用TMF-IMPAD方法測(cè)量了108Cd的正宇稱(chēng)yrast帶各態(tài)的g-因子，測(cè)量得到2+態(tài)g-因子與Brennan等[10]以及Chamoli等[11]的測(cè)量結(jié)果一致。2+、4+態(tài)測(cè)量結(jié)果與Chamoli[11]的潮汐波模型計(jì)算結(jié)果一致。在10+態(tài)時(shí)，發(fā)生h11/2中子順排，g-因子值由正轉(zhuǎn)負(fù)。從10+態(tài)到16+態(tài)，由于g7/2中子順排，導(dǎo)致g-因子逐漸增大。測(cè)量得到反磁轉(zhuǎn)動(dòng)帶帶頭16+態(tài)的g-因子為-0.09(3)。

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CLCO571.22

g-factor measurement of positive parity yrast band of108Cd

FAN Ping1YUAN Daqing1ZHENG Yongnan1ZUO Yi1ZHANG Qiaoli1WU Xiaoguang1LI Guangsheng1ZHU Lihua2XU Guoji1FAN Qiwen1LIANG Juncheng1ZHANG Xizhen1ZHU Shengyun1
1(Chinese Institution of Atomic Energy, Beijing 102413, China)
2(Beihang University, Beijing 100191, China)

Background: The interplay between the collective rotation and the quasi-particle alignment is a significant feature of nuclear structure at high spins. The g-factors of intra-band high spin states of the ground rotational band can provide direct and unique information on quasi-particle alignment since the g-factors of the high-j proton and the high-j neutron are positively large and negatively small, respectively. Purpose: The present work was motivated to measure g-factors of the rotational states of the positive parity yrast band in108Cd and to study the quasi-particle alignment. Methods: High spin states of108Cd were populated by the fusion-evaporation reaction76Ge(37Cl,1p4n)108Cd at beam energy of 135 MeV from the HI-13 tandem accelerator at China Institute of Atomic Energy, and the g-factors were determined by the transient-magnetic filed-ion implantation perturbed angular distribution (TMF-IMPAD) method. Results: The measured g-factors of 2+, 4+state are 0.33(11), 0.18(6), respectively. The h11/2neutrons align at the 10+state, which leads to the decrement of the g-factors. And the g7/2neutrons align gradually from 10+to 16+, which makes the g-factors increase. Conclusion: The g-factor of the bend head of the anti-magnetic rotation band, 16+state, was measured and the value is -0.09(3).

g-factor, Transient-magnetic filed-ion implantation perturbed angular distribution (TMF-IMPAD) method,108Cd

O571.22

10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.100506

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.10975189)資助

范平，男，1982年出生，2008年于中國(guó)原子能科學(xué)研究院獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事核矩測(cè)量研究

朱升云，E-mail: zhusy@ciae.ac.cn

2014-05-04，

2014-08-06