Transcript 26 Pβ缓发双质子关联测量的实验介绍

2013.08
RIBLL1合作组会议
兰州
26Pβ缓发双质子关联测量的实验介绍
China Institute of Atomic Energy
X.
P.
H.
Z.
X.
F.
Q.
H.
Xu, C. J. Lin, L. Yang,
Bao,L. J. Sun, F. Yang,
Zhang, H. M. Jia,
Liu, Z. D. Wu,
Institute of Modern Physics,
Shanghai Institute of Applied Physics
Chinese Academy of Science
Chinese Academy of Science
J. S. Wang, Y. Y. Yang, H. S. Xu, Z. G. Hu,
X. H. Yuan, S. L. Jin, J. L. Han, N. T.
Zhang, S. Z. Chen, P. Ma, J. B. Ma, Y. H.
Zhang, X. W. Ma, G. Q. Xiao
D. Q. Fang, Y. G. Ma, X. G. Cao,
Z. Q, Zhang, C. L. Zhou, S. Q. Ye
M. Lv, Y.T. Wang, H. Yu
OUTLINE
1. Introduction — 2p emission
2. Our plans：27S and 26P
3. Experiments of 26P and 25Si
中国原子能科学研究院
近代物理研究所
应用物理研究所
1. Introduction- 2p emssion
基态
轻核：6Be，8C, 12O，16Ne and 19Mg，T1/2<ns
两质子放射性： 45Fe，54Zn，48Ni， T1/2~ms
激发态
通过反应布居: 10C, 14O, 17,18Ne, 28,29S, 27,28P, 94Ag
β2p：22Al, 27S, 26P, 31Ar...
B. Blank and M. Ploszajczak, Rep. Prog. Phys. 71, 046301 (2008)
B. Blank and M.J.G. Borge, Prog. Part. Nucl. Phys. 60, 403(2008)
M. Pfutzner, M. Karny, L.V. Grigorenko, and K. Riisager,
Rev.Mod. Phys. 84, 567 (2012)
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Two-proton correlations emitted from ground states
1p radioactivity (two-body decay ): only
the measured energy and width can be
compared with the theoretically calculated
value to extract the structure information.
2p radioactivity (three-body decay ): not
only the energy and the width but also
2p correlations can be obtained in an
independent way, which provide a mutual
check.
第一次实现45Fe基态两质子发射的
能量与角度的关联测量
45Fe,
54Zn,
中国原子能科学研究院
K. Miernik et al., Phys. Rev. Lett. 99, 192501 (2007),
P. Ascher et al, Phys. Rev. Lett. 107, 102502 (2011).
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Two-proton correlations emitted from exited states
Indirect measurements:
kinematic reconstructions
nuclear reactions, such as Coulomb excitation, fragmentation reactions
or direct reactions
complete-kinematics measurements
Invariant-mass reconstructions
Proton-proton correlations: the opening angle and the relative momentum
Direct Observation:
None!
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Studies ofβ2p
1, Berkeley, 1980’s, Helium jet
Low statistics, Sequential emission
2. GANIL, Implantation in silicon
detectors, 100% detection efficiency
No information of 2p correlations
3. ISOLDE/CERN, 31Ar
Recently, GANIL/SPIRAL
Silicon Cube detector
Direct measurements for β2p
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β decay scheme for nuclei
near proton-drip line
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Mechanism of the β2p emission
Diproton Decay
3-Body Decay
Sequential 2p Decay
1. Quantum three-body system
2. Pairing correlations
3. Exotic nuclear structure
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New experimental setup : the Silicon Cube
6 DSSSD with 16x16 strips
6 silicon detector behind
192 electronics channels
3 EXOGAM clovers
High granularity with 1536 pixels
Angular coverage
54% for one proton detection
29% for two-proton detection
I. Matea et al, Nucl. Instr. and Meth. A 607 (2009) 576
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2.Our Plans: β2p of 27S,26P
Direct
measurements:
Comparative
studies:
2p energy and angular
correlations
Mechanism of the β2p emission
Studies of β3p emission
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β2p of 27S
E2p
Label
(keV)
Eur. Phys. J. A 12, 377–380 (2001)
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BR
(%)
5315 (60)
2p2
0.4 (2)
6270 (50)
2p0
0.7 (3)
T1/2 = 15.5(15) ms
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β2p of 26P
Eur. Phys. J. A 21, 419-435 (2004)
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γ-rays observed
E2p
Absolute
(keV)
intensity (%)
in coincidence (keV)
3879 (3)
0.79 (12)
1369
5247 (3)
1.37 (22)
T1/2 = 43.7 (6) ms
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29S，28P激发态两质子发射
•
对于29S
10.0MeV激发态两质子相对动
量在qpp=20MeV/c出现峰值，角关联函
数主要集中于小角度区域，最大值为
35°，结合蒙特卡罗模拟，此时2He集
10
团发射的分支比为29 11
% .
C. J. Lin et al., Phys. Rev. C 80, 014310 (2009).
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•奇Z核28P激发态发射两质子的张角与
相对动量图谱，从图中显示出在小于
17MeV的激发态，两质子主要为级联
发射。
X. X. Xu, et al., Phys. Rev. C 81, 054317 (2010).
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28S,27P激发态两质子发射
Complete-kinematics measurements
Diproton emission with the branching ratio of 20% for the 2p halo nucleus 28S.
Three-body simultaneous decay in phase space or two-body sequential emission for the 1p
halo nucleus 27P.
Dynamical correlations of two protons emitted from high-lying levels originate from 2p
halo structure rather than the large deformation.
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Study of exotic decay of proton-rich nuclei (Z=20
34Ca,36Ca,37Ca….)
T1
SD0 Scint1.
Clover
T2
PPAC1 Scint2.
SD1 PPAC2
SD2
DSSD
SD3,4
SD0,1,2 (Silicon detectors, 300 µm)
SD3,4 (Silicon detectors, 1500 µm)
DSSD (Double sided Silicon Strip
Detectors,500 µm, 16 strips )
34, 35Ca
ToF: Start: T1, RF Stop: T2, SD Clover
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3. Experiments of
26P
and 25Si
the Detector Array for Multi-particle Emission (DAME)
Center implantation detector
1 DSSD with a dip angle of 45o (30o ) ,
60 μm
Surrounding detectors
4 DSSD with 16×16, 60, 300,500 μm
2 Ring DSSD, 300 μm
silicon and clover HPGe detectors behind
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New Experimental Setup: DAME
the Detector Array for Multi-particle Emission (DAME)
Front view
Side view
Figure courtesy of L. J. Sun.
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New Experimental Setup: DAME
the Detector Array for Multi-particle Emission (DAME) and Pre-Amp
High granularity with 2560 pixels
Angular coverage:
66% for one proton detection
20% for two-proton detection
前放： 共900路，16路一组
输入电容不同，上升时间不同，
放大倍数可调
排针输入输出，兼容性优越
输出排线屏蔽
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靶室安装
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调束情况
主束：32S16+ 流强100enA 能量80MeV/u
初级靶：9Be 厚度1588μm
降能片：27Al厚度500μm
狭缝间距：±20mm
(SFC
32S11+
注入深度可调（步进电机
控制Al箔厚度，精度5μm,
调节范围0-300μm ）
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)
调束情况
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电子学与实验相关
获取信号
能量信号：42(PPAC)+ 32(SD0-7) + 1672(DSSD) + (24+32)(Ring)
= 320 (350)
时间信号：2 (ToF) + 24(SD0-5) + 1672(DSSD) + (24+32)(Ring) = 306(320)
ToF:
Start: T1, RF
Stop: T2, SD
电子学插件
N1568A 15
大功率机箱 6
N93B
1
GG8020
3
MSCF-16
V785AC
CF8000
VME机箱
10
15
6
1
N568B 6
V775AC 10
V560
1
Clover信号、插件
刻度：实验前 源刻度(三组份，Pu源，能量更低<3MeV)，质子等轻粒子在束刻度。
法兰测试
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27S,26P, 25Si次级束粒子鉴别
•
•
ΔE , SD0能损信息
ToF , 闪烁体探测器测量
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27S，纯度
0.1%
26P，纯度 0.5%
共 102 ions/sec RIBs
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能量刻度（三组份）
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能量刻度（207Bi）
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Future plans and Collaborations
Future Plans with DAME:
β p, β 2p, β 3p
35Ca: β p, β 2p, β 3p?
31Ar:
Energy and angular correlations
between the two protons
Internal Collaborations :
RIBLL运行 : 近物所重离子核反应研究组
Clover型HPGe : 近物所原子核结构研究组
硅条探测器：应用物理研究所核物理研究室
Internationl Collaborations :
三体理论合作：K. Hagino, Tohoku University, Japan
L. V. Grigorenko, JINR, Russia
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