利用15N(d,p)16N反應研究16F低能級質子寬度

李鑫悅，郭 冰，李志宏，李云居，蘇 俊，龐丹陽，顏勝權，樊啟文，劉建成，甘 林，韓治宇，李二濤，連 鋼，諶陽平，王友寶，曾 晟，柳衛平

(1.中國原子能科學研究院，北京 102413；2.北京師范大學，北京 100875；3.北京航空航天大學，北京 100191； 4.深圳大學，廣東 深圳 518060)

16F為非束縛核，所有能級均不穩定。16F一般通過放出1個質子的方式衰變到15O。16F基態和低激發態的能級均位于1 MeV以下，這4個能級的自旋、宇稱和能量目前均已確定[1]。對于16F的觀測，目前已有通過14N(3He,n)16F[2-4]、16O(p,n)16F[5-9]、16O(3He,t)16F[10-13]和19F(3He,6He)16F[11]等反應進行的研究。對于這4個能級的質子寬度，目前已有使用15O放射性束流測量15O+p彈性共振散射并利用R矩陣計算進行分析的研究[14-15]。由于反應道中涉及不穩定核素，這些實驗結果僅給出上限或存在較大的誤差。基于鏡像核電荷對稱性，可使用穩定核反應的實驗角分布結果研究不穩定核素的性質，得到誤差更小的結果。16F的基態和低激發態分別對應于鏡像核16N的4個能級。按該方法，文獻[16]使用15N(7Li,6Li)16N反應進行研究，并給出了較精確的結果。對16F這一重要的滴線附近的奇特原子核，有必要通過其他轉移反應體系進行全新測量，提供進一步的交叉檢驗。

本工作進行15N(d,p)16N實驗角分布的精確測量，擬得出16N基態和前3個激發態的中子譜因子，并由此導出16F對應能級的質子寬度。

1 實驗測量

實驗測量在中國原子能科學研究院HI-13串列加速器上進行。實驗使用蒸鍍在碳襯底上的15N豐度為99.35%的C3N3(15NH2)3三聚氰胺靶，同時用天然豐度的三聚氰胺靶進行本底測量。靶中14N厚度使用能量為11.8 MeV的d束的彈散與已有實驗數據[17-18]對比進行刻度，結果如圖1所示，15N厚度則按比例推算，靶厚誤差為8%。實驗使用放置于靶后的法拉第筒進行束流統計。對于出射粒子，使用Q3D高精度磁譜儀進行分離，并利用放置在Q3D磁譜儀焦平面位置的雙面硅條探測器陣列進行探測，實驗設置見文獻[19-21]。(d,p)轉移反應產物的焦平面位置譜如圖2所示。

圖1 11.8 MeV的d+15N彈性散射角分布Fig.1 Angular distribution of d+15N elastic scattering with incident energy of 11.8 MeV

圖2 (d,p)反應36°焦平面位置譜Fig.2 Focal-plane position spectrum at 36° from (d, p) reaction

實驗中用15 MeV的d束測量15N(d,p)16N反應布居16N基態和前3個激發態的角分布。在某些角度被14N(d,p)15N反應出射粒子干擾的能級使用14N靶上的測量結果進行本底扣除。

2 16N低激發態的中子譜因子

16N中子譜因子由下式抽取。

(1)

3 16F低激發態的質子寬度

(2)

(3)

圖3 15N(d,p)16N反應布居16N基態和低激發態的角分布Fig.3 Angular distribution of 15N(d, p)16N reaction to ground state and low-lying excited states in 16N

表1 DWBA和ADWA計算中使用的光學勢參數Table 1 Optical potential parameters used in DWBA and ADWA calculations

S16F=S16N

(4)

圖4示出了16F的單粒子寬度、譜因子和質子寬度隨束縛態光學勢半徑R(R=r0A1/3)的變化。相對于單粒子寬度和譜因子，16F基態和低激發態的質子寬度隨R的變化更平穩。R在2.6～3.6 fm變化范圍內，獲得的質子寬度取平均，得到4個態的質子寬度分別為(29.9±4.1) keV、(108±13) keV、(5.04±0.48) keV和(14.5±1.4) keV，列于表2。誤差中除了譜因子的誤差外，還包括了3%的幾何參數的誤差。

表3比較了本工作給出的最新質子寬度和其他研究結果。可看出，基態和第3激發態的質子寬度除與文獻[16]的結果有一定差距外，與其他結果均保持一致。第1激發態質子寬度高出部分研究給出的上限范圍[1,2,15-16]，但與其他幾項結果[4,13-14]相符。第2激發態質子寬度低于部分結果的下限[1-2]，高于文獻[16]的上限，與另外的結果[4,13-15]一致。本工作與文獻[16]均由鏡像核方法推出質子寬度，主要差距來自在15N靶上不同的轉移體系測量出譜因子的差異，在束縛態幾何參數相同的情況下，本工作中得出的4個能級的譜因子較文獻[16]的結果都偏大。相對于文獻[16]，用15N(d,p)16N推出的質子寬度與p(15O,p)實驗測量結果[14-15]更為一致。

圖4 16F的單粒子寬度、譜因子和質子寬度隨半徑的變化Fig.4 Dependence of single-particle width, spectroscopic factor and proton width of 16F on radius

表2 16F基態和低激發態的譜因子、單粒子寬度和質子寬度Table 2 Spectroscopic factor, single-particle width and proton width of 16F ground state and low-lying excited states

表3 本工作和以往各研究的16F質子寬度Table 3 Present and previous results of 16F proton width

4 總結

在中國原子能科學研究院HI-13串列加速器上進行了15N(d,p)16N布居16N基態和低激發態角分布的精確測量，并給出了16N這些能級的中子譜因子。由于鏡像核電荷對稱性，16F對應能級的質子譜因子與16N的這些中子譜因子相等，由此導出了16F低能級的質子寬度。變化束縛態幾何參數進行計算的結果表明，質子寬度對幾何參數的變化相對于譜因子和單粒子寬度更穩定。本文質子寬度結果與多家實驗研究給出的結果保持一致，少部分存在一定的分歧，有待進一步的研究。本工作通過(d,p)反應研究了16F的質子寬度，為該數據提供了一個重要的交叉檢驗。