第十七届全国核物理大会

在束 $\gamma$ 谱学是研究原子核结构的重要实验方法。熔合蒸发反应是布居原子核的高自旋态最有效、也是最常用的方法。熔合蒸发反应有众多反应道，得到的 $\gamma$ 能谱混杂着众多生成核的谱线，从中标记特定生成核（尤其是生成量较低时）很困难。 针对熔合蒸发反应中蒸发的 p、$\alpha$ 等轻质带电粒子，本工作设计制作了带电粒子探测阵列，计划和南非 iThemba 实验室 AFRODITE 阵列，以及中国原子能科学研究院的 $\gamma$ 阵列配合使用。它由 64 块 CsI(Tl) 探测单元组成，其中前角 48 块做碗身，后角 16 块做碗盖。该阵列使用 PIN 型光二极管和雪崩光二极管做光信号读出，它们体积较小，使得搭建的阵列能够放在靶室内部使用。 首先使用放射源测试对 $\alpha$ 粒子和 $\gamma$ 射线的鉴别能力，可以得到不同的信号波形如图 [1]，使用脉冲形状甄别的方法 \[1\] 可以将其区分，如图 [2]。2017 年，该带电粒子探测阵列在南非 iThemba 实验室 AFRODITE 终端进行的 $^{58}$Ni($^{19}$F, 2p1n)$^{74}$Br 在束 $\gamma$ 谱学实验中使用，可覆盖 20 % 的 4$\pi$ 立体角，如图 [3] 所示。对数字获取记录的信号波形进行脉冲形状分析能够清晰地鉴别出质子和 $\alpha$ 粒子，如图 [4]。下一步，我们计划将其升级，覆盖接近 4$\pi$ 立体角。在光电传感器方面，由于雪崩型光二极管内部增益的温度相关性 \[2\]，计划为其增加温度反馈模块；同时也计划测试多像素光子计数器(MPPC)的光读出效果。 ![测试得到的 $\alpha$ 粒子和 $\gamma$ 射线的波形，按信号上升时间由快到慢分别是 $\gamma$ 射线与光二极管相互作用的信号波形，$\alpha$ 粒子与 CsI 晶体相互作用，$\gamma$ 射线与 CsI 晶体相互作用的波形。][1] 图 1: 测试得到的 $\alpha$ 粒子和 $\gamma$ 射线的波形，按信号上升时间由快到慢分别是 $\gamma$ 射线与光二极管相互作用的信号波形，$\alpha$ 粒子与 CsI 晶体相互作用，$\gamma$ 射线与 CsI 晶体相互作用的波形。 ![脉冲形状甄别法可以区分放射源测试中的 $\alpha$ 粒子和 $\gamma$ 射线。][2] 图 2: 脉冲形状甄别法可以区分放射源测试中的 $\alpha$ 粒子和 $\gamma$ 射线。 ![CsI 带电粒子探测阵列和南非 iThemba 实验室 AFRODITE 阵列配合。][3] 图 3: CsI 带电粒子探测阵列和南非 iThemba 实验室 AFRODITE 阵列配合。 ![脉冲形状甄别法可以区分实验中的 $\alpha$ 粒子、质子和 $\gamma$ 射线。][4] 图 4:脉冲形状甄别法可以区分实验中的 $\alpha$ 粒子、质子和 $\gamma$ 射线。 [1]: https://github.com/hxchi/wuhan2019/blob/master/pid3.png?raw=true [2]: https://github.com/hxchi/wuhan2019/blob/master/pid4.png?raw=true [3]: https://github.com/hxchi/wuhan2019/blob/master/sduCsIArray1.jpg?raw=true [4]: https://github.com/hxchi/wuhan2019/blob/master/pid5.png?raw=true 参考文献： [1]: W. Skulski, M. Momayezi, Nucl. Instr. Meth. A 458, 759 (2001). [2]: J. Kataoka, et al. Nucl. Instr. Meth. A 564, 300 (2006).