利用15N(d,p)16N反应研究16F低能级质子宽度

李鑫悦，郭 冰，李志宏，李云居，苏 俊，庞丹阳，颜胜权，樊启文，刘建成，甘 林，韩治宇，李二涛，连 钢，谌阳平，王友宝，曾 晟，柳卫平

(1.中国原子能科学研究院，北京 102413；2.北京师范大学，北京 100875；3.北京航空航天大学，北京 100191； 4.深圳大学，广东 深圳 518060)

16F为非束缚核，所有能级均不稳定。16F一般通过放出1个质子的方式衰变到15O。16F基态和低激发态的能级均位于1 MeV以下，这4个能级的自旋、宇称和能量目前均已确定[1]。对于16F的观测，目前已有通过14N(3He,n)16F[2-4]、16O(p,n)16F[5-9]、16O(3He,t)16F[10-13]和19F(3He,6He)16F[11]等反应进行的研究。对于这4个能级的质子宽度，目前已有使用15O放射性束流测量15O+p弹性共振散射并利用R矩阵计算进行分析的研究[14-15]。由于反应道中涉及不稳定核素，这些实验结果仅给出上限或存在较大的误差。基于镜像核电荷对称性，可使用稳定核反应的实验角分布结果研究不稳定核素的性质，得到误差更小的结果。16F的基态和低激发态分别对应于镜像核16N的4个能级。按该方法，文献[16]使用15N(7Li,6Li)16N反应进行研究，并给出了较精确的结果。对16F这一重要的滴线附近的奇特原子核，有必要通过其他转移反应体系进行全新测量，提供进一步的交叉检验。

本工作进行15N(d,p)16N实验角分布的精确测量，拟得出16N基态和前3个激发态的中子谱因子，并由此导出16F对应能级的质子宽度。

1 实验测量

实验测量在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器上进行。实验使用蒸镀在碳衬底上的15N丰度为99.35%的C3N3(15NH2)3三聚氰胺靶，同时用天然丰度的三聚氰胺靶进行本底测量。靶中14N厚度使用能量为11.8 MeV的d束的弹散与已有实验数据[17-18]对比进行刻度，结果如图1所示，15N厚度则按比例推算，靶厚误差为8%。实验使用放置于靶后的法拉第筒进行束流统计。对于出射粒子，使用Q3D高精度磁谱仪进行分离，并利用放置在Q3D磁谱仪焦平面位置的双面硅条探测器阵列进行探测，实验设置见文献[19-21]。(d,p)转移反应产物的焦平面位置谱如图2所示。

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

图2 (d,p)反应36°焦平面位置谱Fig.2 Focal-plane position spectrum at 36° from (d, p) reaction

实验中用15 MeV的d束测量15N(d,p)16N反应布居16N基态和前3个激发态的角分布。在某些角度被14N(d,p)15N反应出射粒子干扰的能级使用14N靶上的测量结果进行本底扣除。

2 16N低激发态的中子谱因子

16N中子谱因子由下式抽取。

(1)

3 16F低激发态的质子宽度

(2)

(3)

图3 15N(d,p)16N反应布居16N基态和低激发态的角分布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计算中使用的光学势参数Table 1 Optical potential parameters used in DWBA and ADWA calculations

S16F=S16N

(4)

图4示出了16F的单粒子宽度、谱因子和质子宽度随束缚态光学势半径R(R=r0A1/3)的变化。相对于单粒子宽度和谱因子，16F基态和低激发态的质子宽度随R的变化更平稳。R在2.6～3.6 fm变化范围内，获得的质子宽度取平均，得到4个态的质子宽度分别为(29.9±4.1) keV、(108±13) keV、(5.04±0.48) keV和(14.5±1.4) keV，列于表2。误差中除了谱因子的误差外，还包括了3%的几何参数的误差。

表3比较了本工作给出的最新质子宽度和其他研究结果。可看出，基态和第3激发态的质子宽度除与文献[16]的结果有一定差距外，与其他结果均保持一致。第1激发态质子宽度高出部分研究给出的上限范围[1,2,15-16]，但与其他几项结果[4,13-14]相符。第2激发态质子宽度低于部分结果的下限[1-2]，高于文献[16]的上限，与另外的结果[4,13-15]一致。本工作与文献[16]均由镜像核方法推出质子宽度，主要差距来自在15N靶上不同的转移体系测量出谱因子的差异，在束缚态几何参数相同的情况下，本工作中得出的4个能级的谱因子较文献[16]的结果都偏大。相对于文献[16]，用15N(d,p)16N推出的质子宽度与p(15O,p)实验测量结果[14-15]更为一致。

图4 16F的单粒子宽度、谱因子和质子宽度随半径的变化Fig.4 Dependence of single-particle width, spectroscopic factor and proton width of 16F on radius

表2 16F基态和低激发态的谱因子、单粒子宽度和质子宽度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质子宽度Table 3 Present and previous results of 16F proton width

4 总结

在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器上进行了15N(d,p)16N布居16N基态和低激发态角分布的精确测量，并给出了16N这些能级的中子谱因子。由于镜像核电荷对称性，16F对应能级的质子谱因子与16N的这些中子谱因子相等，由此导出了16F低能级的质子宽度。变化束缚态几何参数进行计算的结果表明，质子宽度对几何参数的变化相对于谱因子和单粒子宽度更稳定。本文质子宽度结果与多家实验研究给出的结果保持一致，少部分存在一定的分歧，有待进一步的研究。本工作通过(d,p)反应研究了16F的质子宽度，为该数据提供了一个重要的交叉检验。