原子数据库在研究同核异能态诱发辐射中的应用.pdfVIP

第 23卷第 9期 强 激 光 与 粒 子 束 Vo1．23，NO．9 2011年 9月 HIGH POW ER IASER AND PARTICIE BEAMS Sep．，2011 文章编号 ： ]00卜4322(2011)092523—05 原子数据库在研究同核异能态诱发辐射 中的应用 高 翔 ， 孙 扬 ， 李家明 (1．上海交通大学 物理系，上海 200240； 2．清华大学 物理系，原子分子纳米科学教育部重点实验室，北京 100084) 摘 要： 如何人为地诱发同核异能态辐射，从而利用储存在其中的巨大能量，是个备受关注的交叉学科 课题 。利用原子物理过程进行触发是 目前较为可行的方案 ，原子物理参数将在里面起到关键作用。介绍 了一 套高效率的原子数据库，目前该数据库可对原子序数小于 96的元素所有 电离度离子的能级结构信息进行快速 扫描，从而筛选出一些可能通过原子过程触发的同核异能态体系。通过在 Au元素电子跃迁诱导核激发过程 和 Hf元素电子俘获诱导核激发过程 中的应用 ，展示 了该数据库对寻找合适 同核异能态体系的作用 。 关键词： 同核异能态； 7射线激光； 原子数据； 电子跃迁诱导核激发； 电子俘获诱导核激发 中图分类号 ： 0571．2； 0562．4 文献标志码 ： A doi：10．3788／HPLP2523 诱发伽玛辐射一～ 即由人为触发来释放储存在原子核 同核异能态 中的能量，是一个非常诱人且有望成功 的研究领域。同核异能态可作为一种未来的核能储存器，一旦被证明可行，其应用潜力不可估量，诸如作为火 箭和航空器燃料、作为便携能源 、以及在医疗等许多方面的应用l1]。有人把它形象地称为核 电池 ，也有人把它 称作 射线激光。原子核同核异能态的诱发辐射是国际上竞争激烈的一个研究方向，我 国最近建成 的两个重 大科学工程项 目～ 兰州重离子加速器冷却储存环 (HIRFI一CSR)工程和上海同步辐射光源 (SSRF)，为在我 国开展这项研究提供 了非常有利的条件。虽然实现 射线激光的设想早就有人提出，但 由于技术难度大 ，这项 研究一直没有突破性 的进展 。J。 近年来 ，由于成功地触发释放 了长寿命 同核异能态增。Ta 中的能量 ，使人们在触发伽玛辐射方面的信心重 振。继第一次释放 。Ta 中的能量成功之后 ，进一步的研究工作弄清了利用 2．8MeV 的触发能进行触发的机 制 ，这被认为是一项重要的结果 ，是同核异能态诱发伽玛辐射可行性研究的一个有力证据_4]。同时，人们还通 过库仑激发来研究另一类同核异能态”Hf吨的结构 ，并对其它同核异能态也做了类似的研究，同核异能态能量 触发释放主要有 3种方式：直接 x光激发、电子跃迁诱导核激发(NEET)和电子俘获诱导核激发(NEEC)-7_8]。 NEET和NEEC都是共振过程 ，一旦找到合适的体系就可以非常有效地触发，若要研究它们，需要掌握原子核 触发能级和原子的能级间跃迁等确切知识 ；这涉及到海量的原子和原子核数据，理论研究将在这里面起到至关 重要的作用 。以原子数据库为例 ，根据我们 以前的研究结果 ，可 以容易地掌握周期表 中原子任何离化度的能 级 ，包括全部占据态和 “所有”激发态 ，这样就可 以对所有原子能级 间的跃迁进行 “遍历”，从而找到合适原子体 系 ，为选择实验样 品提供参考[ 。本文通过 Au元素的NEET过程和。Hf元素 的NEEC过程，展示 了原 子数据库在这方面研究中的能力。 l 原子核 同核异能态及其触发 近年来，随着放射性核束技术的发展，原子核 同核异能态的研究成为核物理的前沿课题之一_】H 。同核异 能态是原子核的一种亚稳激发态，其半衰期从 ms级 (如 Am 的一个 同核异能态)到 10 a(如地球上天然仅 存的 。Ta同核异能态)不等 。不论其寿命长短，同核异能态的存在是 由于原子核内部的一些特殊结构所引 起的。自然界中原子核的 自发衰变有 3种主要类型：a衰变 、J3衰变 、和 7衰变 (跃迁)。前两类是粒子型衰变 ， 分别发射出a粒子和电子，过程前后元素改变 ；后一种衰变是 电磁辐射跃迁 ，放出光子，过程前后元素不变。原 子核中绝大部分激发能级的寿命极短 (约为 1O 。s)，即一旦原子核