【摘 要】
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重离子熔合反应在星体演化和元素核合成过程中扮演着重要的角色,主要包括以碳碳熔合为代表的稳定核反应和以氧氖丰中子核熔合为代表的不稳定核反应。受限于极低反应截面、本底干扰、束流强度等因素,这些反应在天体物理能区的精确测量存在很大的难度,因此该区域普遍缺乏可靠的实验数据。这给核反应理论模型带来了很大的不确定性,阻碍了天体演化模型的进一步完善,因此亟需发展新的实验探测方法来实现实验测量的突破。基于活性靶技
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
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重离子熔合反应在星体演化和元素核合成过程中扮演着重要的角色,主要包括以碳碳熔合为代表的稳定核反应和以氧氖丰中子核熔合为代表的不稳定核反应。受限于极低反应截面、本底干扰、束流强度等因素,这些反应在天体物理能区的精确测量存在很大的难度,因此该区域普遍缺乏可靠的实验数据。这给核反应理论模型带来了很大的不确定性,阻碍了天体演化模型的进一步完善,因此亟需发展新的实验探测方法来实现实验测量的突破。基于活性靶技术的时间投影室(TPC)在近些年得到了发展,并被广泛应用于核物理实验领域,具备良好的三维径迹重建、高位置分辨、低探测阈值、近乎4立体角覆盖的探测效率等优点,为核天体物理研究带来了新的机遇。本论文以开展上述两类熔合反应为目标,研发了一款1024路信号读出的用于核天体物理和奇特核物理实验的多功能活性靶时间投影室(Multi-purpose Active target Time projection chamber for nuclear astrophysics and exotic beam Exper-iments,MATE)原型机,并开展了相关的重离子熔合反应研究,为在天体能区开展更加全面精确的核反应测量发展了新的实验探测方法。论文首先介绍了该原型机的各个组件,主要包括TPC探测器部分和基于GET搭建的电子学与数据获取系统。为了对数据结构复杂、存储量大的TPC原始数据进行高效的解码和预处理,我们发展了一套数据分析软件Nimp Root,文中对其中涉及到的主要数据处理算法进行了阐述。接着我们对探测器性能进行了一系列测试,包括GET增益涨落、TPC径迹、射程和能量分辨、探测器增益均匀性,并给出了相应的探测器性能测试结果。最后,我们将MATE原型机分别作为径迹探测器和活性靶探测器,开展了两类不同类型的熔合反应测量实验:强流低能12C+12C熔合反应出射粒子探测实验、次级束流强下12C+12C库仑位垒能区熔合截面验证测量实验。前者利用TPC的径迹追踪能力,实现了对本底的显著压制和探测粒子的有效鉴别,显示了TPC对稀有事件探测的独特优势;后者通过三维径迹信息,对熔合反应事件进行了有效挑选,得以在有限的束流强度下,实现较宽能区激发函数的快速测量,证明了活性靶TPC在不稳定核反应测量方面的巨大潜力。在此基础上,还成功开展了活性靶实验19O+12C熔合反应的测量。
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