在RIBLL2上开展快质子俘获过程核65,63Ge的beta延迟质子衰变实验研究

With the support of this application and based on our research background and the frontiers in nuclear astrophysics, we propose the experimental study of the beta-delayed proton decay properties for the astrophysical rapid proton capture (rp-) process nuclei near proton drip line in A~65 mass region. This research will base on the intermediate and high energy radioactive ion-beam line RIBLL2 at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL-CSR). In this project we will first develop a new in-flight ion detection method, called TOF-p-dE, to help us to identify the interesting nuclei from RIBLL2. After the successful construction of the TOF-p-dE method and detectors, we will perform the experiments on RIBLL2 for the first time for the decay studies of A~65 proton-rich nuclei near the drip line with a focus on the beta-delayed proton decay properties of the rp-process nuclei 65,63Ge and their effects on the astrophysical rapid proton capture process.

在本申请的支持下，基于我们的工作基础并结合重要研究前沿，拟利用兰州大科学装置HIRFL-CSR所提供的先进实验平台——中高能次级束流线RIBLL2测量位于天体核合成关键过程之一的快质子俘获过程路径上的中等质量核(A~65)的beta延迟质子衰变。这些核非常靠近质子滴线，产生并观测它们的beta延迟质子衰变是对实验工作的挑战。为此我们将在RIBLL2发展一种快速有效的新型飞行离子鉴别法，即飞行时间t-动量p-dE 测量法，以此提高RIBLL2对中重次级束离子的分辨能力，进而实现对近滴线核的成功测量。在此基础上，我们将首次在RIBLL2上开展A~65区极丰质子核的衰变实验。最终的物理目标是对其中的快质子过程核65Ge和63Ge的beta延迟质子衰变进行测量，研究这些核的衰变特性及其对快质子俘获过程的影响。

在兰州大科学装置HIRFL-CSR的中高能次级束流线RIBLL2上开展快质子俘获过程路径上的中等质量区核的beta延迟质子衰变研究具有十分重要的物理意义，同时也对我们的实验工作提出挑战。为此目的，本课题围绕RIBLL2放射性核束流线的粒子鉴别和测量问题，结合飞行离子测量、探测器技术、真空及机械设计等学科，从终端升级改造、中高能核物理实验装置建设、和RIBLL2新型束线探测器研制等三方面开展具体工作。首先完成了RIBLL2束线的F4终端和F3焦平面的升级改造工作；进而成功建成RIBLL2中高能核物理实验装置；另外与匈牙利魏格纳物理研究中心共同开展应用于RIBLL2的新型气体探测器TPC的合作研制工作，并在RIBLL2外靶终端成功完成测试。另外，我们利用已有实验数据，通过壳模型计算研究了缺中子核91Ru的低位激发能级结构。综合上述结果，本项目为最终实现RIBLL2对中重次级束离子的分辨能力，拓展RIBLL2核物理实验研究打下坚实的工作基础。