低能区通过测量反应截面研究16N基态和第一激发态核结构

The nuclear structure of 16N is meaningful both in the nuclear structure physics and nuclear astrophysics. Structures of the ground and low-lying excited states are one of the major contributions to the 15N(n, γ)16N reaction rate. The 15N(n, γ)16N reaction, as a competitive reaction against the 15N(α, γ)19F, greatly affects the abundance of the key element fluorine in the evolution of the asymptotic giant branch star. The first excited state of 16N is considered to be a candidate for the halo based on the theory of nuclear structure. Due to the lack of the experimental data, there is no definite conclusion on the structure of the first excited state of 16N. The project has realized the measurement of reaction cross sections of excited states by improving the transmission method. Therefore, we propose an experiment on reaction cross sections of the ground and first excited state of 16N using RIBLL, deduce the density distribution of the first excited and ground state, conclude the property of the first excited state of 16N, discuss the influence of the valence neutron on the 15N core, and calculate the 15N(n, γ)16N reaction rate on the basis of the experimental results. The proposal not only combines the nuclear structure physics and nuclear astrophysics, but also broadens the applications of radioactive ion beams. In view of the innovation, the proposal is expected to be the first measurement on reaction cross sections of the excited state.

16N核结构在核结构物理和核天体物理中有重要意义。在渐近巨星分支阶段恒星演化过程中，15N(n,γ)16N作为15N(α,γ)19F的竞争反应极大地影响着氟的形成，其中16N基态和低激发态的核结构是决定15N(n,γ)16N反应率的主要因素之一；另外，核结构理论计算显示16N第一激发态可能具有晕结构。由于实验结果的匮乏，16N第一激发态核结构还不清楚。本项目通过改进束流透射实验方法，实现了激发态反应截面测量的可能。为此，本项目提出在RIBLL上测量16N基态和第一激发态反应截面，用修正的Glauber模型提取其第一激发态和基态的密度分布，从而确定16N第一激发态的核结构形态；讨论价核子对15N核芯结构的影响；以实验结果为基础计算15N(n,γ)16N的反应率。本项目既有效地将核结构物理和核天体物理结合在了一起，又拓宽了放射性束流的应用范围。鉴于新颖的实验方法，有望是首个激发态截面测量实验。

原子核晕结构的发现颠覆了已有的原子核结构的观念，给现有的核结构理论带来了极大的挑战，原子核激发态晕结构的发现又将这一问题推向了新的高度。借助于晕核，科学家们可以更好地研究低密核物质，同时还可以研究密度波动较大系统的结构和动力学性质。在此类问题中，如果晕结构和非晕结构同处于一个原子核不同的状态中，此原子核将是非常好的目标核。现有的实验和理论结果表明，16N非常有可能就是这样的目标核之一。另外，16N原子核结构本身在核结构物理和核天体物理中也都有非常重要的作用，在渐近巨星分支阶段恒星演化过程中，15N(n, γ)16N，作为15N(α, γ)19F的竞争反应，极大地影响着F元素的形成，其中16N基态和低激发态的原子核密度分布是决定15N(n, γ)16N反应率的主要因素之一；另外，核结构理论计算显示16N第一激发态可能具有晕结构。如果能够非常清楚地知道16N基态和低激发态的密度分布，不仅可以回答16N第一激发态是否具有晕结构和帮助进一步阐明“晕结构可能是弱束缚核中普遍存在的现象”等问题，结合15N(n, γ)16N谱因子实验数据还可以给出15N(n, γ)16N反应率，从而帮助解决渐近巨星分支阶段恒星演化过程中F的含量问题。由于实验结果的匮乏，以上问题还有待近一步的研究。本项目通过改进束流透射法，在日本放射性医疗研究所(HIMAC)在50AMeV测量了16N基态和第一激发态与12C、27Al、和CH2的反应截面，通过关系式“质子p = (CH2-12C)/2”得到16N基态和第一激发态与质子靶的反应截面；利用修正的 Glauber 模型提取了16N基态和第一激发态密度分布，明确了16N第一激发态的晕核结构形态；15N(n, γ)16N反应率问题还在分析之中；另外，数据分析结果显示，16N中价核子处于不同的状态会对核芯结构的状态造成非常大的影响。可以说本项目首次实现了用束流透射法测量原子核激发态的反应截面，明确了16N第一激发态的原子核结构状态，既有效地将核结构物理和核天体物理结合在了一起，又拓宽了放射性束流的应用范围。