利用镜像核转移反应研究短寿命不稳定核(p,γ)反应

介绍利用中子转移反应和镜像核的电荷对称性来间接研究丰质子核的(p,γ)反应。该方法有助于更充分地利用北京HI-13串列加速器次级束流线(GIRAFFE)上现有次级束流，拓宽其实验研究范围，间接得出质子辐射俘获截面（或反应率）且减小其不确定性（相对于已有数据）。在GIRAFFE上利用逆运动学测量了⁸Li(d,p)⁹Li反应的角分布，通过该方法间接确定了天体物理重要反应⁸B(p,γ)⁹C的直接俘获贡献。作为不同于以往的方法，给⁸B(p,γ)⁹C反应的现有研究结果提供了一独立的交叉检验。分析²⁶Mg(d,p)²⁷Mg反应基态、第一、第二激发态的角分布，间接确定²⁶Si(p,γ)²⁷P反应的直接和共振俘获贡献，首次从实验上导出²⁶Si(p,γ)²⁷P反应的直接俘获贡献。此方法也可以用于其它一系列重要的天体物理反应的研究。     

13N次级束的产生

在北京串列加速器次级束流线上通过²H(¹²C,¹³N)n反应产生了可用于核天体物理研究的¹³N次级束。经磁刚度选择以及速度选择，准直后的次级束纯度达91%，能量为(70.2±0.7)MeV，强度约为10s^-1•pnA^－1，可用来进行逆几何转移反应的实验测量。     

6He(p,γ)7Li反应的实验设计与束流准备

在HI-13串列加速器次级束流线上,使用7Li初级束,通过²H(⁷Li,⁶He)³He反应产生了能量为26、32和38MeV的放射性6He次级束,纯化并准直后,6He次级束流纯度可达99%,强度最大为900s^-1。使用该次级束可实现对²H(⁶He,⁷Li)n反应的角分布测量,并结合理论计算,间接导出⁶He(p,γ)⁷Li的天体物理S因子和反应率。     

对于窄共振反应~(13)C(p，γ)~(14)N中9.17MeV激发态厚靶产额的全新测量

正~(13)C(p,γ)~(14)N共振反应是核天体CNO核合成循环中的重要过程之一,对理解天体中恒星演化有重要意义。当质子能量为1.747MeV时,该反应释放出9.17MeV的高能γ射线可作为光核反应及爆炸物检测等应用研究的工具。已有工作分     

10C次级束的产生

在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器次级束流线上通过¹H(¹⁰B，¹⁰C)n反应产生了能量为(55.9±0.9)MeV的¹⁰C放射性次级束。经过磁刚度和速度选择，准直后的¹⁰C束流纯度达到90%以上，强度约为6s^-1•pnA^-1。     

D-半乳糖-1-13C的合成与表征

以硝基甲烷¹³C为原料合成D-半乳糖-1-¹³C。采用分离中间体硝基糖醇的方式,简便拆分差向异构体D-半乳糖和D-塔罗糖,合成产物的总产率为42.6%,¹³C丰度为99.1%,光学纯度为100%,化学纯度为99.7%。以高效液相色谱 蒸发散射光检测器（HPLC-ELSD）、液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）和核磁共振（¹H NMR）对所得产物进行结构表征,确定产物结构为D-半乳糖-1-¹³C。     

^13N（p，γ）^140天体物理反应率

在恒星演化的过程中，CNO反应链是其能量的重要来源之一。当温度高于10^8K时，高温CNO反应链会取代CNO反应链，成为主要反应。高温链中入射道包含放射性核的重要反应有^13N（p，γ）^14O，^17F（p，γ）^18Ne，^18F（p，α）^15O和^18F（p，γ）^19Ne等。     

利用(~7Li,~6Li)反应测量~(15)N(n,γ)~(16)N天体物理反应率

用Q3D磁谱仪测量了15N(7Li,6Li)16N布居16N基态和前三个激发态的角分布。通过对实验数据的扭曲波玻恩近似(Distorted wave Born approximation,DWBA)分析,导出这些态的谱因子和渐进归一化系数(Asymptotic normalization coefficient,ANC),进而用新的谱因子得到15N(n,γ)16N的天体物理反应率。结果表明,尽管15N为中子满壳核,但16N中转移中子处于2s1/2轨道的两个能级并不是很好的单粒子能级,与壳模型的理论预言结论相反。     

Ep≤200 MeV能区p+58Ni反应的计算与分析

以现有质子诱发⁵⁸Ni的各种核反应截面、能谱、双微分截面、弹性散射角分布等实验数据为基础，利用自行研制的大型核模型计算程序MEND计算质子能量在200MeV能区内⁵⁸Ni(p,x)反应的截面、能谱、角分布和n、p、α、d、t、³He6种出射轻粒子的双微分截面。MEND程序的理论框架基于球形光学模型、核子的核内级联发射模型、以激子模型为基础的预平衡发射理论、蒸发模型和带宽度涨落修正的Hauser Feshbach统计理论。光学模型中的势参数由APMN程序通过符合p+⁵⁸Ni反应的去弹截面和弹性散射角分布获得。出射粒子的双微分截面则利用MEND程序输出的能谱再通过Kalbach系统学公式计算。将计算结果与实验数据及ENDF/B6评价库进行了比较，计算结果与实验数据基本一致，与ENDF/B6相比，增加了³He的计算，且将能区上推至200MeV。      

~(14)N(~7Li,~6He)~(15)O和~(14)N(~7Li,~6Li)~(15)N反应的测量

正H是宇宙中丰度最高的元素,H燃烧反应是恒星重要的能量来源。H燃烧有p-p链和CNO循环两种方式。而~(14)N(p,γ)~(15)O是CNO1循环中最慢的核过程,它控制着整个CNO循环的进程,从而影响对球状星团年龄的判断。球状星团年龄与由哈勃常数确定的宇宙年龄之间的矛盾尚待解决。     

碳、氮、氧稳定同位素生产技术现状及发展趋势

碳、氮、氧稳定同位素从分离成功至今已经走过了半个多世纪的历程;生产能力实现了从百克级实验室规模到数公斤级批量生产,以及百公斤级大规模生产三个阶段的跨越;而分离技术方面也实现了从热扩散法、色谱法、离子交换法为代表的第一代分离技术,以化学交换法、精馏法为代表的第二代分离技术,以及以物料循环利用、能源耦合、节能减排等技术创新为特点的第三代大规模生产技术的提升。当前,¹³C的生产全部是低温精馏法,¹⁵N的生产方法是NO/HNO₃化学交换法及NO低温精馏法,¹⁸O的生产方法是水精馏法、NO低温精馏法及O₂低温精馏法。这些分离方法共同的特点是在工艺上实现能源高度耦合、物料循环利用、达到了规模化生产,并实现了节能减排。今后,继续通过科技创新,开发环境友好、原料价廉易得、低能耗、低成本、大规模生产的分离技术将是稳定同位素分离产业不断发展的主旋律。     

HI-13串列加速器能量重新刻度

为消除HI 13串列加速器由于升级改造可能引起的分析磁铁常数K的变化所带来的影响，利用共振核反应¹²C(p,α₀)⁹B对常数K进行了重新刻度。重新刻度的K为(43.5282±0.0007)eV•Hz^-2，较原始刻度值降低了0.652%，能量分辨为ΔE/E=（1.56±0.25）×10^-4，基本无变化。     

g玻色子对100Pd核高自旋态能谱的影响

以新近的实验单粒子能量为输入，应用唯象sdgIBM理论的两种微观实现——微观sdgIBM-2方案和sdgIBM-F_max方案，仔细研究¹⁰⁰Pd的核能谱和B(E2)跃迁。计算结果表明:sdgIBM-2方案成功地再现了¹⁰⁰Pd核的较复杂的基态带和γ带的高角动量态能谱以及已知的B(E2)跃迁，其再现角动量达J^π=16⁺、E_x≈700MeV，比通常IBM理论再现的J^π=6⁺~8⁺、E_x≈200MeV高出很多;指认直到16⁺的yrast态都是基态，很可能目前观测到的yrast带中根本就不存在玻色子破对后的准粒子态。理论分析和数值计算进一步表明，为了能在IBM理论框架下描述好核的高角动量基态，需要平权地引入g玻色子，以便提供较强的十六极对相互作用，抵抗住高速转动下玻色子的破对趋势。用g玻色子数为0~3的弱耦合sdgIBM-F_max方案的计算结果对此作了进一步说明。按照微观sdgIBM 2方案，解释了实验上3个14⁺态的异常:14⁺₁态是由于1个中子g玻色子在转变为中子d玻色子的量子相变中辐射出1对光子的结果，14⁺₂是16⁺₁态退耦的中间态，而14⁺₃是真正的基态。     

液闪计数器效率的理论计算

采用CIEMAT/NIST程序及自编程序两种方法对液闪测量效率进行理论计算。用这两种方法拟合了³H效率与¹⁴C效率曲线,并与实验测量结果进行比较。在效率较低时,得到了较为一致的结果。     

Ed=20keV2H(d,γ)4He反应截面测量

对E_d=20keV的氘束入射到D-Ti靶上由²H（d,γ）⁴He反应产生的γ射线及由²H（d,p）³H反应产生的质子进行测量，得到分支比Γγ/Γp为(1.06±0.42)×10^-7及²H（d,γ）⁴He反应截面σ的上限值为(2.9±1.2)×10^-39m²。     

13C呼吸试剂D-木糖-U-13C5的合成

以D-葡萄糖-U-¹³C₆为起始原料,采用减碳法经双丙酮保护、选择性酸水解、氧化、还原和碱水解五步合成D-木糖-U-¹³C₅,总产率为38.6%（以D-葡萄糖-U-¹³C₆计）。对每步产物使用相应的气相色谱（GC）、气质联用仪（GC-MS）、液相色谱（HPLC）和液质联用仪（LC-MS）进行表征。分析结果表明,每步反应中的产物均为目的产物,同位素丰度和纯度都符合要求,最后一步的产物为D-木糖-U-¹³C₅,其¹³C丰度为99.1 % ,化学纯度为99.9%,符合¹³C呼吸试验的要求。     

减压精馏分离稳定同位素18O的模拟优化研究

研究建立了1座采用蒸馏水减压精馏分离稳定同位素¹⁸O的实验装置,其填料层高20m,塔径为0.1m,塔内装填自主开发的PAC-¹⁸O专用填料。首先利用AspenPlus建立模型并验证其可靠性,然后利用此模型得出1组模拟数据,并利用人工神经网络（ANN）及Statistica软件对这组模拟数据进行优化设计。综合分析了塔顶压力及产品采出量对¹⁸O产品丰度的影响。结果表明,产品¹⁸O的丰度随塔顶压力和产品采出量的降低而升高,并得出最优化的塔压及¹⁸O丰度与产品采出量间的数学关联式。本研究采用的模拟优化方法可应用到¹⁸O的产业化设计及推广至传统精馏过程的优化设计中。     

13C-甲醇的制备

采用自制的催化剂和自行设计的高效催化反应器,用催化加氢的方法,以Ba¹³CO₃为原料制备了¹³C-甲醇。所得甲醇水溶液在微型高效精馏反应器中进一步提纯后,得到的¹³C-甲醇化学纯度＞99.5%。实验设计的合成路线反应条件温和,同位素利用率＞90%。¹³C-甲醇经色质联用（GC-MS）和核磁（¹H NMR）检测,¹³C同位素丰度＞97%,¹³C-甲醇的同位素丰度与原料相比降低＜1%。以上结果表明,采用自制的催化剂和自行设计的高效催化反应器,成功地用催化加氢的方法,制备得到了¹³C-甲醇。     

中能中子与60Ni反应的理论计算和分析

在中子与⁶⁰Ni反应的总截面、去弹性散射截面和弹性散射角分布的实验数据基础上,获得了入射中子能量0.456~150MeV范围内的一组普适的中子与⁶⁰Ni反应的光学模型势参数。利用光学模型、宽度涨落修正的Hauser-Feshbach理论、预平衡反应的激子模型和核内级联模型的中能核反应计算程序UNF和MEND,计算了中子与⁶⁰Ni反应的所有截面、角分布和能谱,并将理论计算结果与实验数据和评价数据进行了分析比较。     

稳定同位素15N标记水合肼的合成研究

¹⁵N标记水合肼是稳定同位素标记化合物合成过程中一种常用的强还原剂,广泛应用于同位素标记药类化合物的合成。本研究通过单因素实验考察了¹⁵N标记水合肼合成过程中各因素对其收率的影响。结果表明,¹⁵N标记水合肼的最佳合成条件为：次氯酸钠的有效氯含量为115~120 g/L,氯化反应时间为30~40 min,水解回流时间为7 min,催化剂与尿素用量为m(催化剂) ∶m(尿素) =1.0∶10.0。在此条件下,水合肼合成收率达76.1%,丰度为99.20%。