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2021年  第38卷  第4期

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2021 年 4 期目录
2021, 38(4): 1-2.
摘要(125) HTML (32) PDF (325KB)(25)
摘要:
核物理
利用改进的pn-QRPA模型研究等待点原子核的β衰变性质
郑启宇, 倪冬冬, 柏栋, 任中洲
2021, 38(4): 361-367. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021076
摘要:
r-过程等待点原子核的β衰变半衰期对研究宇宙中重元素起源有重要意义。质子-中子准粒子无规相位近似(pn-QRPA)是研究原子核β衰变的重要理论模型。本工作提出了一个改进的 pn-QRPA 模型,系统研究了满壳附近原子核的 β 衰变性质。与之前的工作相比,改进的模型采用了中子数和质子数依赖的新粒子-粒子和粒子-空穴相互作用形式。本工作首先计算了满壳附近一些已知原子核的 β衰变半衰期和 Gamow-Teller 强度分布,发现理论结果与实验数据符合较好,检验了新模型的可靠性。随后,理论预测了 \begin{document}$N=50$\end{document}, \begin{document}$N=82$\end{document}\begin{document}$N=126$\end{document}附近未知的等待点原子核的 β衰变半衰期,如124Mo, 126Ru, 128Pd, 186Nd, 188Sm, 192Dy, 194Er, 196Yb, 198Hf等,预测结果与之前的模型相近。这些结果对未来满壳层附近的r-过程物理研究有参考价值。
质子-中子相互作用玻色子模型SU(3)算法与简单应用
胡宝越, 吴宇晴, 滕威, 胡静, 张宇
2021, 38(4): 368-372. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021059
摘要:
质子-中子相互作用玻色子模型(简称IBM-2)具有很好的壳模型微观基础,是描述中重质量偶偶核结构的标准模型之一。对比早期建立在弱耦合U(5)基底的NPBOS算法,本文介绍基于弱耦合SU(3)基底求解IBM-2模型哈密顿量的新算法结构,通过举例典型相互作用项在SU(3)基底下矩阵元说明如何利用SU(3)群代数技术求解IBM-2哈密顿量,并应用该算法求解常Q形式哈密顿量来拟合过渡区核素152, 154Sm低激发实验数据,提供了一个展示SU(3)算法可靠性和利用IBM-2描述过渡区核素的应用实例。
Magic Mixing Angles for Doubly Heavy Baryons
Takayuki Matsuki, Dianyong CHEN, Xiang LIU, Qifang LÜ
2021, 38(4): 373-379. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021074
摘要:
We study the so-called magic mixing angles for doubly heavy baryons. Defining that a magic mixing angle rotates states with definite \begin{document}$^{2S+1}(l_\lambda)_J$\end{document} to make them heavy-quark symmetric states, we derive the magic mixing angle only in the case \begin{document}$L_\rho=0$\end{document} between the heavy quark symmetric states with quantum numbers \begin{document}$\left(J, j_\ell\right)$\end{document} and the states with \begin{document}$\left(J, s_{\rm q}+j_\rho\right)=\left(J, \{^4l_\lambda/^2l_\lambda\}\right)$\end{document} for a doubly heavy baryon in the standard \begin{document}$\rho-\lambda$\end{document} configuration, where \begin{document}${\boldsymbol{j}}_\ell={\boldsymbol{l}}_\lambda+{\boldsymbol{s}}_{\rm q}$\end{document}, \begin{document}${\boldsymbol{s}}_\rho={\boldsymbol{s}}_{\rm Q1}+{\boldsymbol{s}}_{\rm Q2}$\end{document}, and \begin{document}${\boldsymbol{j}}_\rho={\boldsymbol{s}}_\rho+{\boldsymbol{L}}_\rho$\end{document}. We point out that when we calculate decays of doubly heavy baryons, we need to consider decays of magically mixed states, such as \begin{document}$(1S1p)1/2^-$\end{document}, \begin{document}$(1S1p)3/2^-$\end{document} and so on.
BESIII 实验对奇特态 X(3872) 的研究
廖龙洲, 牛艳, 刘智青
2021, 38(4): 380-388. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.38.2021079
摘要:
量子色动力学允许超出夸克模型中重子和介子的奇特态的存在。对奇特态的研究是当前高能物理实验的热门话题之一。X(3872)是第一个被实验上观测到的奇特态候选者。实验和理论上对X(3872)的研究从未间断,这使得X(3872)成为了解最好的奇特态。运行在北京正负电子对撞机(BEPCII)上的北京谱仪(BESIII)实验积累了大量的质心能量从3.87 到 4.70 GeV的正负电子对撞数据样本。利用这些数据样本,得到了很多关于X(3872)的实验结果。本文将回顾BESIII上关于X(3872)所取得一系列成果及最新实验进展。对X(3872)等奇特态的研究,将有利于我们对自然界的基本相互作用的理解,也将促进标准模型理论的完善。
加速器
基于滑模极值搜索的SSC-LINAC RFQ调谐系统设计与测试
王新宇, 丛岩, 许哲, 周睿怀, 李世龙, 韩小东
2021, 38(4): 389-395. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021034
摘要:
将滑模极值搜索算法引入基于腔体反射信号的SSC-LINAC射频四极场加速器(Radio Frequency Quadrupole, RFQ)腔体频率稳定系统设计中,结合Lyapunov稳定性理论和SSC-LINAC RFQ高频系统的特点,对滑模极值搜索算法的控制增益和参考信号进行改进;通过求解微分方程,得到腔体反射信号关于时间和调谐杆位置的函数。通过软件仿真和设计硬件系统,对基于滑模极值搜索算法的调谐过程进行仿真与实际测试,结果显示,所设计的频率稳定系统能够在较短时间内实现SSC-LINAC RFQ腔体功率自动馈入过程且频率稳定度满足设计指标要求,通过了长时间稳定性试验。证明了将滑模极值搜索算法应用于高频谐振腔调谐工作的可行性。
HWR010超导腔提取耦合器的优化设计
刘鑫萌, 何源, 蒋天才, 高郑, 薛纵横, 李春龙
2021, 38(4): 396-401. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021051
摘要:
我国自主研发的超导加速器CAFe是ADS加速器的前端示范装置,其对加速器的运行稳定性有非常高的要求。在CAFe的运行中存在场致发射效应干扰超导腔提取信号的问题,是造成超导腔运行故障最频繁的问题之一,这严重降低了加速器的稳定性。这一问题是由于超导腔内的场致发射电子在相关微波传输器件上引起了放电现象,干扰了信号的传输并造成低电平控制系统对超导腔的错误控制,最终导致超导腔失谐和加速器停机故障。本文通过优化提取天线的结构,避免场致发射电子进入提取耦合器,从而解决传输信号异常的问题。优化后的天线在线运行效果良好,解决了超导腔这种提取信号异常的问题,提高了加速器运行的稳定性。
核技术
高重频束流采集处理器原型样机的设计
田丰收, 赵雷, 范怡淳, 秦家军, 赖龙伟, 刘树彬, 安琪
2021, 38(4): 402-409. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021020
摘要:
为了实现对高重频硬X射线自由电子激光装置(SHINE)条带型BPM(Beam Position Monitor)系统信号的数字化采样和处理,研制了高重频束流采集处理器原型样机。处理器拥有四通道输入,最高达1 GSps的采样率,16 bit采样位数,采用XILINX公司带有嵌入式CPU(Central Processing Unit)的ZYNQ系列FPGA(Field Programmable Gate Array),可以运行Linux系统,同时可以实现高速采样数据的缓存与读出。处理器采用子母板结构设计,子板为ADC(Analog To Digital Converter)采样板,母板为FPGA数字处理板,子母板通过FMC(FPGA Mezzanine Card)接口进行数据传输。ADC采用JESD204B协议进行数据传输,子母板间通过16对差分信号连接通道,最大总传输速率达到80 Gbps。ADC采样数据传入数字母板后,经过FIFO和DDR的缓存,最后通过TCP/IP协议由RJ45接口传输到上位机进行处理和分析,RJ45接口的数据传输速率约为900 Mbps。经过测试,ADC采集子板的带宽高于480 MHz,且在480 MHz带宽内有效位高于10位。FPGA数字母板运行经Petalinux编译的Linux系统,可以实现对连续或者触发模式下,四通道一百万个采样点的存储与数据传输。整个设计可以满足设计要求。
北京大学1.7 MV串列静电加速器的离子注入/辐照实验系统
徐川, 付恩刚
2021, 38(4): 410-415. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021058
摘要(254) HTML (104) PDF (4079KB)(47)
摘要:
北京大学1.7 MV串列静电加速器运行至今已有三十多年。该加速器配备有高频电荷交换负离子源和铯溅射负离子源,能够引出从H到 Au之间 的大部分元素的离子。离子能量可被加速至几百keV到若干MeV,主要开展离子注入/辐照实验和卢瑟福背散射(RBS)和沟道分析等离子束分析工作。基于辐照实验需求,建立了高温辐照系统,温度最高可达950 ℃。为了实现更加精确的离子注入,设计了直接式与间接式两种法拉第杯结构,使束流扫描面积精确控制,并且在测量束流强度时除了抑制次级电子,还考虑到了次级正离子的影响。利用不同能量的Au离子在单晶Si片上进行了注入实验,通过RBS分析显示测量剂量与期望剂量误差在4%以内,此外,注入均匀性的测试表明注入剂量的相对标准偏差为2%。
Cluster Reconstruction for the CSR External-target Experiment (CEE) Time Projection Chamber
Yi ZHU, Kumar Shyam, Chenlu HU, Zixuan CHEN, Yapeng ZHANG, Fengyi ZHAO, Xianglun WEI, Limin DUAN, Nu XU, Hao QIU
2021, 38(4): 416-422. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021021
摘要:
The Cooler-Storage-Ring External-target Experiment(CEE) is a spectrometer to study the properties of nuclear matter at high baryon density region. The CEE time projection chamber, which uses the state-of-the-art SAMPA electronics read-out chips is the key sub-detector of CEE. Neighboring signals in the same pad row are first grouped together to form a 2-dimensional cluster. Then a hit is created for each cluster at the ADC weighted average signal position. A cluster may also be divided into two or more hits, when the signal ADC vs. time bin has a peak-valley-peak structure, in order to obtain better two-track separation ability. The performance of the algorithm, including 0.100/0.043 cm of hit resolution and 1.1/2.8 cm of double-track resolution in the \begin{document}$x/y$\end{document} direction, is also presented.
充气反冲核谱仪焦平面探测阵列的GEANT4模拟
温小江, 张志远, 周厚兵, 张明明, 李广顺, 王建国, 甘再国, 马龙, 黄明辉, 杨华彬, 杨春莉
2021, 38(4): 423-429. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021014
摘要:
充气反冲核谱仪(SHANS)是目前国内合成缺中子锕系新核素、研究重核素α衰变性质的重要实验装置。为进一步提高焦平面探测阵列对重核素α衰变粒子和射线的探测效率,计划对现有探测装置进行升级。本文的主要工作是采用基于蒙特卡罗方法的GEANT4软件对现有的谱仪探测器阵列进行模拟,并与实验测量数据进行比较,以验证程序的准确性。结果表明,新探测系统对α衰变粒子的探测效率可达到88%左右,对能量在1 MeV的\begin{document}$\gamma$\end{document}射线全能峰的探测效率约为7%。
Remote Control System of Data Acquisition for the Schottky Resonator at CSRe
Qian WANG, Xiangcheng CHEN, Meng WANG, Yuhu ZHANG
2021, 38(4): 430-437. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021018
摘要:
A remote control system of data acquisition for the Schottky resonator at Experimental Cooler Storage Ring(CSRe) in Lanzhou has been assembled as a part of the experimental platform for nuclear mass and lifetime measurements. It is the combination of a data acquisition program and a data monitor program, both of which are exhibited in graphical user interface(GUI). It provides a number of key features to assist the users for adjusting the acquisition settings according to the experimental requirements. It is also characterized by the full utilization of a spectrum analyzer and an IQ recorder. The automatic acquisition of data files in both large size and large amount can be realized with the supplementation of an independent trigger system and a remote button pusher to overcome the intrinsic defect of the IQ recorder. It fulfills the requirements by the nuclear mass and lifetime measurements as well as other beam experiments using the Schottky resonator as the main detector at the CSRe.
交叉学科
反应堆压力容器钢A508-3辐照硬化的剂量率效应研究
牛孟珂, 韩旭孝, 杨义涛, 张崇宏
2021, 38(4): 438-443. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021016
摘要:
针对不同剂量率对国产反应堆压力容器钢(Reactor Pressure Vessel, RPV)A508-3辐照硬化的影响,利用3.5 MeV的Fe离子在3种不同剂量率(0.1, 0.5和 1.0 dpa/h)下将样品辐照至4个不同剂量点(0.1, 0.3, 1.0和3.0 dpa),采用纳米压痕技术表征样品在不同辐照条件下的硬化效应。结果表明,在高剂量率(1.0 dpa/h)下,材料的硬度随剂量的增大快速增加,在0.3 dpa以后逐渐达到饱和;中剂量率(0.5 dpa/h)和低剂量率(0.1 dpa/h)下,样品硬度随剂量的变化趋势与高剂量率相似,但在0.3 dpa以后材料的硬度随剂量仍在缓慢增加。在辐照剂量低于0.3 dpa时,不同剂量率引起的辐照硬化差异较小,但在辐照剂量大于0.3 dpa时,不同剂量率辐照下的硬化效应差异显著。数据拟合结果表明,在实验剂量范围内辐照硬化的饱和值随剂量率的增加呈减函数关系。
X射线辐射与模拟微重力对K562细胞红系分化的联合效应及机制研究
唐梓菡, 魏巍, 王转子, 李文建, 周利斌
2021, 38(4): 444-451. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021031
摘要:
使用氯化高铁血红素(hemin)诱导K562细胞分化作为红系分化模型,并对其进行X射线辐照及地面模拟微重力效应处理,研究辐照、微重力及二者的复合效应对红系分化的影响及机制。X射线辐照及模拟微重力效应处理后的联苯胺染色阳性率及CD235a蛋白表达均下调,细胞增殖抑制、细胞凋亡率及坏死率均增高,红系相关转录因子EPOR及GATA-1基因表达下调,且X射线辐照及模拟微重力效应的联合作用效应强于两者单独作用。辐照及微重力联合处理影响细胞中PI3K复合物调控亚基PIK3R2基因表达,加入PI3K抑制剂3-MA后细胞凋亡率及坏死率增高、红系分化率降低。以上结果表明,X射线辐照及模拟微重力效应对红系分化具有协同抑制作用,其机制与红系相关转录因子EPORGATA-1及生长信号通路因子PI3K相关。
低能N6+离子与Ne原子碰撞的单电子俘获研究
许传喜, 徐佳伟, 朱小龙, 苏茂根, 赵冬梅, 郭大龙, 高永, 张瑞田, 闫顺成, 张少锋, 马新文
2021, 38(4): 452-457. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021024
摘要:
采用冷靶反冲离子动量谱仪技术,实验测量了能量为6和8.6 keV/u N6+-Ne碰撞的单电子俘获过程,得到了主量子数n分辨的态选择截面和炮弹离子的散射角分布。实验结果表明,单电子主要被俘获到n=3和n=4的态。这与分子库仑过垒模型计算的反应窗所预测的结果符合。同时,实验获得了单电子俘获到n=3和n=4量子态的角微分截面,此结果与经典模型的计算结果存在较大差别,主要原因是碰撞反应过程的多通道耦合效应。
基于HIRFL-CSR的高速高电荷态重离子与原子碰撞X射线谱学实验设计与研究
杨变, 于得洋
2021, 38(4): 458-469. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021026
摘要:
依据非相对论偶极近似、相对论程函近似、ECPSSR理论及平面波玻恩近似方法,计算了30~500 MeV/u的Ar18+、Kr36+和Xe54+离子与Ar、Kr和Xe原子碰撞过程中辐射电子俘获、非辐射电子俘获及内壳电离截面。在此基础上,结合光子探测器的能量分辨以及炮弹离子跃迁谱线的多普勒效应等因素,针对HIRFL-CSR实验环内靶装置上的X射线谱学实验,生成了各碰撞体系、能量和若干观测角度上的预期X射线谱。这些预期谱可以帮助我们筛选和优化碰撞体系、离子能量、观测角度、探测器类型、X射线窗及吸收片等实验条件,避免较弱的目标反应道被其他强反应道乃至其逃逸峰所掩盖或干扰,保证实验精度,提高束流利用效率。
核能与核数据
利用TALYS和EMPIRE研究质子诱发钼靶核反应
孙慧, 陈志强, 韩瑞, 刘丙岩, 张鑫, 田国玉, 石福栋
2021, 38(4): 470-478. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021004
摘要(428) HTML (142) PDF (5686KB)(82)
摘要:
利用加速器直接生产99Mo和99mTc在核医学领域具有良好的发展前景,精确可靠的核反应数据对于同位素生产具有重要意义。本文通过对EXFOR数据库中natMo(p, x)96m+gTc、100Mo(p, x)99Mo、100Mo(p, 2n)99mTc核反应截面实验数据进行分析,采用多项式拟合实验数据给出参考值。并利用TALYS-1.95和EMPIRE-3.2.3程序结合不同能级密度、预平衡发射等模型 计算了40 MeV能量以下natMo(p, x)96m+gTc、100Mo(p, x)99mTc、100Mo(p, 2n)99mTc核反应的激发函数。对于natMo(p, x)96m+gTc核反应,TALYS-1.95程序采用能级密度输入参数ldmodel 6时,preeqmode 1, 2模型计算结果与实验数据符合最好。对于100Mo(p, x)99Mo核反应,TALYS-1.95程序采用能级密度输入参数ldmodel 6时,preeqmode 4模型计算结果与实验数据符合最好。对于100Mo(p, x)99Mo核反应,EMPIRE-3.2.3程序LEVDEN 2模型计算结果与实验数据符合最好。
基于动态故障树的核电站蒸汽发生器液位控制系统可靠性研究
张栋良, 周佳磊
2021, 38(4): 479-486. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021043
摘要:
蒸汽发生器作为压水堆核电站一、二回路之间重要的连接设备,蒸汽发生器液位控制系统(Steam Generator Water Level Control System, SGWLCS)的可靠性直接影响核电站的安全性与发电效率。基于蒸汽发生器液位控制系统的系统构成与控制逻辑,本工作采用动态故障树对SGWLCS进行可靠性建模,故障树模型中包含动态部分与静态部分,利用齐次马尔可夫链对处理器控制模块与给水阀门控制模块的热备用动态门进行计算,再根据逻辑关系分析整体故障树模型。最后,得到系统的可靠度和设备的重要度分析结果。可靠性分析表明采用热备用可以有效提高系统可靠性,通过重要度分析结果可以改进系统的设计与给出设备的定期维修建议。