氘核轟擊

氘核轟擊用於回旋加速器中轟擊產生中子束，以氘核轟擊鈹靶即產生中子，而氘原子核的產生則是在回旋加速器中電場作用於氘氣的結果。中子束自回旋加速器水平射出。

基本介紹

• 中文名：氘核轟擊
• 外文名：Deuteron bombardment
• 性質：放射性
• 套用：回旋加速器
• 學科：物理

概念

氘核轟擊產生的光子氘核反應可進一步生成π介子。當前光子質子反應生成π介子的實驗研究和唯象分析已經達到了令人滿意的程度，然而，光子中子反應生成π介子的研究還遠遠不夠。由於不存在自由中子靶，光子中子反應生成π介子的的光致生成同位旋分量只能通過對氘核或者其它輕核的測量數據推導得出，推導過程由於模型的依賴性包含了額外的系統誤差。當前用於推導中子數據的主要氘核反應所用光子束流未得到標記，並且經常是僅測量了中子和質子的截面比率，而截面比率並不能有效區分單π介子生成和雙π介子生成。因此，需要光子氘核反應生成π介子的高質量實驗數據。

高能光子轟擊氘核產生帶電π介子的實驗研究

研究背景

光子束流的產生通常有兩種途徑：軔致輻射和康普頓散射。產生軔致輻射的過程是讓加速器中的電子束流撞擊到一個制動器上(通常是一個薄的金屬片)產生散射，同時生成軔致輻射光子；康普頓散射則由雷射輻照到加速器儲存環中的電子束流上產生。康普頓散射的優點是可以將雷射的極化自由度轉移到高能量的康普頓散射光子上去，缺點是由於強雷射減弱了儲存環中電子束流的強度而不能產生高強度的光子束流。一般情況下，監測光生成反應的探測器和探測散射電子的磁譜儀進行符合測量，從而獲得每個反應事件所對應單個入射光子的能量。

研究進展

E．M．McMillan和J．M．Peterson於1949年首次報導了光生π介子之後，光子中子反應生成π介子的實驗便陸續展開了。有關的實驗室和研究機構主要包括康奈爾大學、麻省理工學院、加州大學的伯克利電子同步回旋加速器實驗室和加州理工學院的電子同步回旋加速器實驗室。這些實驗測量了光子氘核反應的π^-/π⁺生成比率，得出了γn→π^-P反應數個能量點的全截面及部分角度上的微分截面。這些開創性的實驗研究使用的是氣體氘靶和核乳膠探測技術，該階段實驗的光子束流都未經標記，其能量不超過500 MeV，並且數據的統計性不高。

隨著實驗技術的進步，加速器能量不斷得到了提高。加州理工學院電子同步回旋加速器實驗室的研究組利用液體氘靶得以測量了較高能區光子氘核反應的π^-/π⁺生成比率。該實驗得到了光子能量500-1000 MeV之間6個能量點，每個能量點上200°一160°之間7個角度的數據，並且利用光子質子反應生成π⁺的數據和測得的π^-/π⁺的生成比率推導出了光子中子反應生成π^-的截面。

在單個能量和角度上，完全確定光子核子反應生成贗標量介子(如π介子)需要7個獨立觀測量。因此，一個“完備"實驗不僅需要測量微分截面、靶核的非對稱性T和反衝核的極化度R，而且需要確定一些雙極化觀測量如BT-，BR-和TR-型觀測量。最近十年來，極化靶和偏振束流技術的進步為實驗提供了必要的支撐，使得通過雙極化觀測量的測量諸如驗證Gerasimov-DreU-Hearn(GDH)加和規則成為可能。一些實驗組(如GDH，A2和LEGS-Spin合作組)通過圓偏振光子束流輻照自旋凍結極化氘靶測量了GDH積分。這些雙極化觀測量的測量實驗極大地拓寬了當前對光核相互作用的認知範圍，並且指出完全理解GDH加和規則和γd相互作用仍需理論上深入地探索。

光子質子反應

液態氘靶系統

NKS2譜儀中使用了液態氘靶系統。靶系統的設計目標是得到最大產額。同時減小背景噪聲和實現安全操作。在NKS2譜儀的幾何條件下，模擬計算得到的最佳靶厚度是30mm。為了抑制背景噪聲，靶周圍的材料應儘可能少。靶系統由實驗大廳中的一台安裝了LABVIEW軟體的個人電腦進行實時控制，並且可以通過網際網路實現遠程控制和操作。在實驗進行過程中．液態氘靶狀態(如溫度和殘留氣體的壓強)一直受到實時監控，靶的密度可以由這些監控數據估算出來。該液態氘靶系統可以使氘保持液態，使之連續穩定工作時間超過三周。

態氘靶系統示意罔

靶系統的構造如右圖所示。因為空間有限，只有液氘靶室單元被放置在NKS2譜儀的中心處，靶系統的制冷機放置在磁鐵的外邊。制冷機為二級Gifford-McMahon型制冷機，第一級和第二級的最低溫度分別為38.1K和9.2k。氘氣存儲在一個緩衝罐中，在室溫條件下壓強約110 kPa。氣態氘從靶系統的頂部注入，在冷凝器中液化，然後注入到液氘靶室單元。再冷凝器使得液氘靶室單元中蒸發的氘氣再次液化。冷凝器在液化開始時也用來冷卻液氘靶室單元的絕熱層。

氘核轟擊~7Li核時出射α粒子反應的研究

氘核轟擊⁷Li核時，可能的核過程之一是形成兩個α粒子和一個中子。在這種反應過程中，可能先放出一個α粒子或先放出一個中子，而且分別伴隨著⁵He或⁸Be核的形成和隨後的衰變。另外，還可能出現三體崩裂。

已有不少工作測量了出射中子的能譜、角分布和激發函式。使用的方法主要是原子核乳膠、反衝正比管、中子望遠鏡和飛行時間方法等等。這些工作大多數隻測量了n₀和n₁群。測量α粒子的工作主要是研究⁷Li（d，α₀）⁵He反應的角分布、激發函式和⁵He_1st能級的激發。韋伯用磁譜儀在Ed=1.0兆電子伏，測量了Ea=5.5-9.0兆電子伏的能譜。

實驗過程

實驗是在2.5兆電子伏靜電加速器上進行的。氘束經磁分析器偏轉90°，並由四極磁透鏡聚焦後進人反應靶室。我們用7Li（p，n）閾能反應和²⁷Al（p，γ）²⁸Si共振反應對離子流的能量進行刻度，能散度和準確度均為0.5%。

從加速器來的氘束被準直器堆直後打在靶上。束流準直器是由φ4和φ2兩個反射散孔組成，它們相距30毫米，其中φ2的是近靶的，在兩個準直孔中間和φ2堆直孔前分別加了φ5.5和φ4兩個反散射孔。靶是用天然金屬鋰在靶室中蒸發在碳膜(< 20微克/厘米²)上做成的，靶厚約50微克/厘米²。實驗中靶與束流方向約成45°角，所用的束流約0.5微安。束流被置於靶後的法拉第筒收集，並送進電流積分器記錄。

研究結論

在我們研究的能量範圍內，⁷Li（d，a）反應總截面和⁷Li（d，n）反應總截面是一樣的。圖1是我們對⁷Li（d，a）反應的測量結果和7Li（d，n）反應測量結果的比較。可以看到，兩者基本上是一致的。

圖1 7Li (d，a)與7Li(d，n)反應的激發函式