基于CSR的sd壳原子核幻数演化的实验研究

Investigations of light nuclei showed the change in magic numbers, disappearance of the traditional magic numbers and appearance of new magic numbers. This has been one of the most important frontiers and fundamental questions in exotic nuclear structure studies. Experimentally, high-precision charge radius data can serve as a sensitive probe for the shell evolution and change in magic numbers. The charge radii of sd-shell nuclei are, however, mostly unknown due to the limitation of available experimental methods. In this project, we propose to determine the charge radii of about 10 sd-shell nuclei including 30S and 34Si, by precision charge-changing cross section (CCCS) measurements on both carbon and hydrogen targets and Glauber model calculations. The experiment will be performed at the newly constructed CCCS platform at HIRFL-CSR. Experimental information on the changes of charge radii as a function of neutron or proton numbers, will be used to probe the shell structural evolution and magic number changes at N(Z)=14,16 and 20, and moreover to reveal the contribution of tensor force and thus the nature of nuclear force. The present investigation will improve the performance of RIBLL2 ability, and help to gain valuable experience for the design and construction of the high-energy fragment separator at the High Intensity Accelerator Facility (HIAF).

在轻核区，传统幻数的消失和新幻数的出现是奇特核结构研究中的一个前沿和基础问题。实验上，高精度的电荷半径数据是分析壳结构演化以及幻数改变的一个灵敏探针。然而，由于实验测量的困难，sd壳原子核的电荷半径实验数据尤其匮乏。本项目将依托兰州重离子加速器研究装置，发展次级束探测和实验靶技术，完善奇特原子核电荷改变截面（CCCS）测量平台，发展基于CCCS得到电荷半径的实验方法;系统开展sd壳奇特原子核在碳靶和氢靶上的电荷改变截面测量，结合Glauber模型得到30S、34Si等约10个奇特核的电荷半径，通过分析其系统性，研究N(Z)=14、16和20壳结构演化和幻数改变，并结合理论计算研究张量力的作用，促进对核力的认识。本项目将提高RIBLL2实验平台的装置水平，并为强流重离子加速器装置（HIAF）的高能次级束流线的设计和建造积累经验。

高精度的电荷半径数据是分析壳结构演化以及幻数改变的一个灵敏探针。然 而，由于实验测量的困难，sd壳原子核的电荷半径实验数据尤其匮乏。本项目提出通过高精度电荷改变截面的测量，提取sd壳原子核的电荷半径。本项目基于兰州重离子冷却储存环装置的第二条放射性束流线RIBLL2，完成了RIBLL2的F0-F4五个聚焦面处束线管道的改造和真空系统升级工作，在RIBLL2的F4处研制了新的实验平台，完成了升级改造实验装置的建设目标；分别利用中德实验装置，在300 AMeV能区系统测量了36个sd壳原子核（24,25,27-29Mg，26,27,29-31Al，28-34Si，30-32,34-36P，32-34,36-38S，34-36,38,39Cl，36,38Ar）在碳靶上的电荷改变截面，在900 AMeV能区系统测量14个p-壳原子核（12,14-19C, 14,15,17-22N）在碳靶和氢靶上的截面测量，测量数目远超原定目标；这些数据为研究中子皮厚度以及幻数演化等提供了新的实验证据。在本项目部分支持下，已发表论文9篇，包括Physics Letter B、Physical Review C、Astrophysical Journal、Nucl. Instru. Method A、Nuclear Science and Techniques、European Physical Journal A和Science China Physics各1篇，其中封面文章1篇；另有科学通报和原子核物理评论邀请中文论文各1篇。项目负责人获胡济民教学科学奖。组织会议、国际暑期学校6次，国内外会议邀请报告和讲座15次，培养博士毕业生1名、硕士毕业生4名。项目负责人获核物理协会胡济民教育科学奖。本项目完成了原定的平台研制以及实验目标，目前数据分析尚在进行中，最终物理结果预期将在两年内完成发表。