高分辨的束流光学系统与调束设备的设计和测试以及N=Z原子核的质量测量
文献类型：学位论文
| 作者 | 葛壮 |
| 答辩日期 | 2019-06-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 徐瑚珊 ; 张玉虎 |
| 期号 | 09 |
| 英文摘要 | 自2007年以来,位于日本理化学研究所仁科加速器中心的新一代设施,放射性同位素束工厂(RIBF),成功运行。RIBF 一直致力于提高放射性同位素束的强度,推进核素图上可以进行实验研究的核素区域的扩展以增强我们对原子核的认知和对核天体物理过程的理解。由线性加速器和回旋加速器组成的RIBF加速器系统可以加速各种重离子(从质子到铀)到345兆电子伏/核子,目标流强度高达1pμA,相当于6.24×1012个粒子/秒。由于原子核的质量在核天体物理学和核结构研究中的重要作用,对放射性核素的快速,精确和准确的质量测量带动了全世界各种质量测量技术的发展。在仁科加速器中心新建了专用的等时性质谱仪(IMS),稀少放射性同位素储存环“Rare-RI Ring”(R3),以测量短寿命的稀少放射性原子核的质量,其目标的质量相对精度为10-6。首先,我们为束流线BigRIPS-HA/OEDO设计了高分辨的束流光学系统,然后考虑到束流线和储存环的色散匹配条件和一些特殊的束流传输要求,我们为R3设计了等时性的束流光学系统。基于高分辨的束流光学设计,我们开发了一种基于光束矩阵测量的快速响应方法,同时利用束流线上的位置灵敏型探测器测量每个焦平面处的矩阵元素。我们还开发并测试了束流线上分段式的离子的分离、筛选和鉴别方案:第一阶段,次级束的分离、筛选方案Bρ-△E-Bρ;第二阶段,高分辨的粒子鉴别方法Bρ-△E-TOF。在高分辨的束流线BigRIPS-HA/OEDO-SHARAQ-IL-R3。通过BigRIPS-HA束流线上高分辨的分离、筛选和鉴别方法,我们可以将具有100Hz的有限触发率的目标离子以100%的效率,通过踢轨磁铁自触发地注入到R3中。测试的束流线的接受度为±0.3%,传输效率为～2%;高分辨的束流线BigRIPS-HA/OEDO能接受的原子核的相对动量接受度为±0.5%,传输效率为～80%。次级束的高分辨识别不仅对束流的调制有重要作用,对随后的质量数据分析过程也具有重要意义。特别地,用CSRe/IMP和ESR/GSI开发的飞行时间质量测量方法无法实现对具有非常接近的m/q值的N = Z核的鉴别,然而用本论文开发的方法,可以很容易地识别所有N = Z的核。我们成功设计并测试了高分辨的束流光学系统,并运用其对应测量的矩阵元来快速调节束流,同时我们实现了逐个离子A/Z和Z的高分辨鉴别。最后,我们成功地将离子注入R3中,检测了这些离子在R3中的储存和回旋,并引出了这些离子。本论文也模拟了 48Ca和124Xe的主束轰击Be靶产生的次级束在不同的束流光学设置下,在加速器中穿过各焦平面的径迹、能量、飞行时间等信息。同时检验了这些次级束在环内的飞行时间相对于动量的变化关系。模拟的结果表明,当储存环的等时性光学设置在某一个N = Z的核时,所有其它N = Z的核在环内的回旋时间也与动量弥散无关,说明了这些核也满足等时性条件。基于这些机器研究,新技术的开发和利用,及通过模拟验证的N=Z核的特定优势,本论文提出了旨在测量A =78-100的N = Z线附近质量区域的原子核的质量的实验方案。使用两种互补的飞行时间方法进行质量测量:磁刚度-飞行时间(Bρ-TOF)和储存环等时性质谱仪(IMS),即BigRIPS结合OEDO束流线用做Bρ-TOF方法和R3运行于等时性模式下的IMS方法。这种新技术非常适用于质量测量实验,因为我们可以在单次实验中获得核素图上的大片核素区域,包括测量远离稳定线的极短寿命核的质量。这两种测量技术将可以同时进行。本论文同时也讨论了沿着N = Z线到100Sn及其邻域的原子核的质量,对核天体物理学和核结构研究的重要性,特别是对于双幻核100Sn。这些原子核的质量数据对于研究rp-(快速质子捕获)和vp-过程至关重要。此外,由于做为目前世界流强最强的放射性束流装置,RIBF可以为我们提供靠近N=Z线的极难产生核的访问权限,以解决与核结构相关的许多关键问题:Wigner能量的起源,T=0配对,同位旋对称性,质子滴线的位置,变形和壳闭合的演化,质量模型的检验,沿N=Z的 衰变的B(GT)值的约束以及CVC假设的检验。最后,本论文概述了中国在建的下一代放射性束流装置HAIF中新型MCP探测器的设计和开发,包括其工作原理,设计和规格,特性和通过模拟得到的时间及位置探测性能。本文设计的配备薄膜的新型MCP探测器的功能区分为两部分,分别专用于位置和定时测量。从转换薄膜中发射的二次电子从薄膜传输到MCP前表面期间,其动量分布和位置信息被静电透镜保持而避免发散以保证对其对应离子的位置信息的测量。由于此探测器对重离子的低能量损耗和低能量散射,能覆盖大的束流尺寸和大的有效面积,同时具有良好的定时和位置分辨力,以及死时间短等特点,其应用得到了详细讨论和论证。这种类型的探测器将成为下一代装置HIAF上的多功能仪器,可用于束流线HFRS,用于二维位置测量,重建束流径迹,用于光学矩阵元的重建和测量,快速的束流调制,高分辨离子鉴别(PID),用于速度重建的重离子束的动量测量,以及用于两个焦平面之间的TOF测量,以确保高分辨率PID并推导出每个离子的速度。同时,它可以用于储存环SRing内,进行位置监控、动量测量和回旋时间的测量,并直接用这些参数进行质量测量。使用这种类型的探测器,可以帮我们在HIAF上实现两种互补的质量测量方法:IMS和Bρ-TOF在一个实验设置下同时进行。同时,本文模拟和设计了世界上其他几种核物理实验中常用的高性能的MCP探测器用于HIAF加速器系统中重离子的位置和TOF测量,提出了环内Betatron函数重建和色散函数测量的方法,并进行了模拟验证。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 199 |
| 源URL | [http://119.78.100.186/handle/113462/134935]  |
| 专题 | 近代物理研究所_实验物理中心 |
| 作者单位 | 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 葛壮. 高分辨的束流光学系统与调束设备的设计和测试以及N=Z原子核的质量测量[D]. 中国科学院大学. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所). 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：近代物理研究所
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