周厚兵，張?zhí)K蘇，孫小軍

(廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西桂林　541004)

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A≈160質(zhì)量區(qū)奇A核的形狀演化效應(yīng)*

周厚兵**，張?zhí)K蘇，孫小軍

(廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西桂林541004)

【目的】研究A≈160質(zhì)量區(qū)奇A核高激發(fā)態(tài)的形狀演化性質(zhì)。【方法】基于來自National Nuclear Data Center的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用修正后的E-Gamma Over Spin(E-GOS)曲線方法首次系統(tǒng)性地探討了A≈160質(zhì)量區(qū)奇A核處于高激發(fā)態(tài)的激發(fā)特性?！窘Y(jié)果】提取得到的E-GOS曲線表明該質(zhì)量區(qū)原子核的形變與未配對中子的組態(tài)密切相關(guān)，當(dāng)核外價(jià)中子占據(jù)高j軌道時(shí)，隨著角動(dòng)量的增加將對核芯產(chǎn)生強(qiáng)大的形狀驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。此外，根據(jù)E-GOS曲線的變化特征，發(fā)現(xiàn)在Yb同位素的高自旋能級結(jié)構(gòu)中存在明顯的形狀演化現(xiàn)象，即隨著角動(dòng)量的增加原子核的激發(fā)機(jī)制從振動(dòng)逐漸演化為轉(zhuǎn)動(dòng)?！窘Y(jié)論】在A≈160質(zhì)量區(qū)奇A核中系統(tǒng)性地存在形狀演化現(xiàn)象。

奇A核E-GOS曲線形狀演化

0　引言

【研究意義】在原子核結(jié)構(gòu)研究中，形變核激發(fā)的微觀機(jī)制是非常有意義的課題。系統(tǒng)性地研究原子核的形變和形狀演化性質(zhì)，有助于探索不同單粒子軌道產(chǎn)生的形狀驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，尋找不同形變產(chǎn)生的原因。近年來，隨著先進(jìn)加速器技術(shù)及大型探測器陣列相繼應(yīng)用于在束測量，實(shí)驗(yàn)上能夠觀測到越來越多偏離β穩(wěn)定線原子核的高自旋態(tài)能級結(jié)構(gòu)。這些處于高激發(fā)態(tài)的角動(dòng)量可以由單粒子激發(fā)或者集體激發(fā)產(chǎn)生，其中何種模式占優(yōu)勢則主要取決于它們所需激發(fā)能的大小，并且不同激發(fā)模式產(chǎn)生的高自旋譜學(xué)特征是截然不同的。在A≈160質(zhì)量區(qū)，原子核處于形變的稀土核區(qū)域，具有較穩(wěn)定的形變，其高自旋態(tài)通常由集體激發(fā)產(chǎn)生。對于理想的振動(dòng)激發(fā)，其能級間隔Eγ=?為一個(gè)常數(shù)；而對于軸對稱的轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)，其能級間隔Eγ=[?2/(2J)]I(I+1)，J 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[1]。用于描述稀土區(qū)形變核的理論模型很多，其中最為成功的是推轉(zhuǎn)殼模型[2]，它很好地再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)上觀測到的“回彎”現(xiàn)象[3]。但是，在這些理論模型的框架下均假定原子核的角動(dòng)量發(fā)生變化時(shí)核芯的形變保持不變，這對于解釋原子核發(fā)生“回彎”后的高激發(fā)態(tài)能級結(jié)構(gòu)性質(zhì)是有局限性的?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】Regan等[4]提出一種新的方法來判別原子核結(jié)構(gòu)的激發(fā)機(jī)制，也稱為E-Gamma Over Spin(E-GOS)曲線方法。在這個(gè)方法中，定義R=Eγ(I→I-2)/I,其中Eγ(I→I-2)表示能級間隔，I為角動(dòng)量。于是，隨著角動(dòng)量增加，在振動(dòng)激發(fā)模式下，R值逐漸趨向零；在轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)模式下，R值將最終趨向一個(gè)常數(shù)4[?2/2J]。運(yùn)用該方法，發(fā)現(xiàn)在A≈110質(zhì)量區(qū)的偶偶核暈帶存在顯著的形狀演化現(xiàn)象[4]，即角動(dòng)量較低時(shí)能級為振動(dòng)激發(fā)產(chǎn)生，隨著角動(dòng)量的增加，在高自旋(>10 ?)激發(fā)態(tài)時(shí)能級則演化成轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)模式?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在其它質(zhì)量區(qū)的奇A核是否也同樣系統(tǒng)性的存在形狀演化效應(yīng)，目前尚未見報(bào)道。對處于A≈160質(zhì)量區(qū)的原子核，在高自旋態(tài)發(fā)生“回彎”后，拆對后的準(zhǔn)粒子占據(jù)不同的軌道將會(huì)對核芯產(chǎn)生不同的極化效應(yīng)，從而導(dǎo)致原子核可能出現(xiàn)多種集體運(yùn)動(dòng)模式。【擬解決的關(guān)鍵問題】因此，本研究擬采用修正后的E-GOS曲線方法首次針對稀土區(qū)奇A核開展系統(tǒng)性研究，深入闡釋其處于高激發(fā)態(tài)時(shí)能級的激發(fā)特性。

1　研究方法

在奇A核中，基態(tài)的自旋來自核外未配對價(jià)核子的貢獻(xiàn)，體現(xiàn)出強(qiáng)烈的組態(tài)相關(guān)性。因此，與偶偶核不同的是，在采用E-GOS曲線方法研究奇A核時(shí)需要將帶頭K的影響考慮進(jìn)去。本研究中，自旋I用歸一化后的自旋減去帶頭在對稱軸上的投影K來代替，即I→I-K。于是，對于軸對稱的轉(zhuǎn)子情況下，E-GOS方法改用下式來描述[5]：

(1)

將(1)式改寫后可得：

(2)

其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可通過擬合鄰近偶偶核的轉(zhuǎn)動(dòng)能級得出。從(1)和(2)式可知，當(dāng)角動(dòng)量I很高的情況下，在奇A核中R的比值依舊趨于一個(gè)常數(shù)。若原子核為振動(dòng)激發(fā)，由于其能級間隔為一個(gè)常數(shù)，所以隨著角動(dòng)量的增加，比值R將逐漸減小并最終趨于零。基于這個(gè)變化特征，可準(zhǔn)確判定原子核的激發(fā)機(jī)制為轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)還是振動(dòng)激發(fā)，從而揭示其產(chǎn)生高自旋態(tài)的微觀機(jī)制。

2　結(jié)果與分析

基于來自National Nuclear Data Center(http://www.nndc.bnl.gov/)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提取出A≈160質(zhì)量區(qū)奇A核暈帶的E-GOS曲線(圖1)。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，在Yb同位素中，165Yb、167Yb核暈帶的E-GOS曲線在低自旋態(tài)時(shí)隨著角動(dòng)量的增加而急劇下降，當(dāng)角動(dòng)量>15?后開始逐漸趨于固定值，該變化特征展現(xiàn)了典型的形狀演化現(xiàn)象，表明在低角動(dòng)量時(shí)，原子核的激發(fā)模式為振動(dòng)激發(fā)，隨著角動(dòng)量升高后逐漸演化成轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)。隨著中子數(shù)增加，費(fèi)米面遠(yuǎn)離N=82的閉殼層，此時(shí)原子核開始具有穩(wěn)定形變，所以激發(fā)機(jī)制以轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)為主，其表現(xiàn)為當(dāng)角動(dòng)量增加時(shí)E-GOS曲線快速趨于平坦，見圖1中169Yb、171Yb核暈帶的E-GOS曲線。反之，若中子數(shù)減少，則費(fèi)米面愈靠近N=82的閉殼層，原子核的形狀趨于球形，此時(shí)則以振動(dòng)激發(fā)為主，其E-GOS曲線隨角動(dòng)量增加快速下降，如159Yb、161Yb及163Yb。類似的變化規(guī)律在Hf同位素中也得到了體現(xiàn)，但需要指出的是167Hf的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)目前還比較缺乏，雖然其在低自旋時(shí)的E-GOS曲線的變化規(guī)律與165Yb相似，為集體振動(dòng)激發(fā)，但高自旋時(shí)的激發(fā)模式仍有待探索。對于Er和Dy同位素，由于它們處于稀土形變區(qū)的中心，具有穩(wěn)定的四極形變，因此它們的高激發(fā)態(tài)以集體轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)為主，這與圖1中E-GOS曲線的變化特征是一致的，同樣的結(jié)論在鄰近的Er、Dy偶偶核中也得到了證實(shí)[6]。另外，在圖1中Gd同位素的核譜學(xué)數(shù)據(jù)比較缺乏，實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)觀測到的基態(tài)帶均未布居到很高的自旋態(tài)，可能的一個(gè)原因是由于這些能級遠(yuǎn)離暈線，難以進(jìn)行在束測量，在此不做詳細(xì)討論。

在奇A核中，中子殼層的填充可以改變核的形狀和準(zhǔn)中子激發(fā)的特性[7-8]。在低角動(dòng)量時(shí)，核芯外只有一個(gè)價(jià)核子，核芯的集體激發(fā)占優(yōu)勢。但是隨著角動(dòng)量增加，在科里奧利力作用下，原本配對的核子將發(fā)生拆對而開始占據(jù)高j軌道[9]，這些發(fā)生順排的準(zhǔn)粒子將對核芯產(chǎn)生較強(qiáng)的形狀驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，使得原子核的角動(dòng)量沿著對稱軸方向發(fā)生順排，導(dǎo)致核芯形成穩(wěn)定的四極形變。于是，在高激發(fā)態(tài)時(shí)原子核的激發(fā)模式就演化成了轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)，這種由于“極化”作用而產(chǎn)生的穩(wěn)定四極形變也被成功應(yīng)用于解釋實(shí)驗(yàn)觀測到的反磁轉(zhuǎn)帶[10]。

圖1A≈160質(zhì)量區(qū)奇A核暈帶的E-GOS曲線

Fig.1The E-GOS curves for the yrast bands of odd-A nuclei in A≈160 mass region

3　結(jié)論

本研究首次將E-GOS曲線方法應(yīng)用于A≈160質(zhì)量區(qū)原子核高自旋態(tài)的激發(fā)機(jī)制研究，結(jié)果表明，在165Yb、167Yb核的暈帶中存在顯著的形狀演化現(xiàn)象，即隨著角動(dòng)量的增加，原子核的激發(fā)機(jī)制由振動(dòng)逐漸演化為轉(zhuǎn)動(dòng)。在奇A核Er、Dy同位素中，高激發(fā)態(tài)能級主要由核芯轉(zhuǎn)動(dòng)形成，而Gd同位素目前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，已有的低自旋態(tài)能級展現(xiàn)出了振動(dòng)激發(fā)的特征。迄今為止，150

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(責(zé)任編輯：竺利波)

Structure Evolution in Odd-A Nuclei Around A≈160

ZHOU Houbing，ZHANG Susu，SUN Xiaojun

(College of Physical Science and Technology，Guangxi Normal University,Guilin，Guangxi，541004,China)

【Objective】The paper aims at studying the structure evolution of the odd-A nuclei with A≈160 at high spin states.【Methods】Based on the experimental data from Nuclear Data Center National，the E-Gamma Over Spin(E-GOS)curves after correction were used firstly to investigate the structure evolution in the odd-A nuclei with A≈160 as a function of spin.【Results】The nuclear shape is closely related to the neutron configuration,and the polarizing effect would begin to influence the core as valence nucleons start to fill high j neutron orbitals with increasing spin.Furthermore,it is founded that there is a clear structure evolution at high spin states of Yb isotopes based on the E-GOS characteristics.Namely,the Yb isotopes display a vibrational character at low spins,whereas at higher spins they have a rotational pattern.【Conclusion】The phenomena of structure evolution were found in the odd-A nuclei with A≈160.

odd-A nuclei,the E-GOS curve,structure evolution

2016-05-10

2016-06-09

周厚兵 (1984-)，男，講師，主要從事原子核結(jié)構(gòu)研究。

O415.5文獻(xiàn)標(biāo)識：A

1005-9164(2016)03-0212-04

*廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014GXNSFBA118013,2014GXNSFDA118003,2015GXNSFDA139004)，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11465005，11505035),廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目(2015JGA151)和廣西師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目資助。

**通訊作者：E-mail：zhouhb07@163.com。

廣西科學(xué)Guangxi Sciences 2016,23(3):212～215

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-07-13【DOI】10.13656/j.cnki.gxkx.20160713.015

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1206.G3.20160713.0859.030.html