范 平 袁大庆 郑永男 左 翼 张乔丽 吴晓光 李广生 竺礼华 许国基 樊启文 梁珺城 张锡珍 朱升云

1（中国原子能科学研究院 北京 102413）

2（北京航空航天大学 北京 100191）

108Cd正宇称yrast带g-因子测量

范 平1袁大庆1郑永男1左 翼1张乔丽1吴晓光1李广生1竺礼华2许国基1樊启文1梁珺城1张锡珍1朱升云1

1（中国原子能科学研究院 北京 102413）

2（北京航空航天大学 北京 100191）

在中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器上，利用76Ge(37Cl,1p4n)108Cd重离子熔合蒸发反应布居了108Cd的yrast带高自旋态，采用瞬态场-离子注入扰动角分布(Transient-magnetic filed-ion implantation perturbed angular distribution, TMF-IMPAD)方法测量了108Cd的正宇称yrast带的g因子，测量得到2+、4+态g-因子分别为0.33(11)、0.18(6)。在10+态前后，发生h11/2中子顺排，g-因子值由正转负。从10+态到16+态，由于g7/2中子顺排，导致g-因子逐渐增大。测量得到反磁转动带带头16+态的g-因子为-0.09(3)。

g-因子，瞬态场-离子注入扰动角分布方法，108Cd

在核结构研究中，核矩测量有重要作用。核矩直接反映了核的尺寸、形状、密度和运动，能够直接反映核态波函数，实验测量的核矩可以灵敏地对核结构模型的正确性作出判断。其中电四极矩反映了原子核的电荷分布，能直接给出核形变参数，对形变核和晕核等做出确切的结论。而磁偶极矩十分敏感地依赖于中子和质子单粒子运动对集体转动的响应，对核内禀组态能给出肯定的结论。原子核处于高速转动的高自旋态时，其高角动量轨道的核子会沿着转动轴顺排。原子核的磁偶极矩（或g-因子）对中子、质子顺排特别灵敏，对磁偶极矩（或g-因子）进行测量可以对中子、质子顺排及它们之间的竞争过程做出结论性判断。

磁转动和反磁转动是原子核基于剪刀机制的两种新的转动形式[1-2]。在A～100区，目前发现许多具有反磁转动带特征的核[3-5]，Datta等[6]通过108Cd正宇称yrast带高自旋态的寿命、B(E2)的测量以及TRS (Total Routhian Surface)和半经典剪刀模型计算，认为该核正宇称yrast转动带的16+到24+态为反磁转动带。对于108Cd的反磁转动带，在带头16+态时已经有中子发生完全顺排，在16+态后出现质子顺排，因此g-因子的测量结果能够很灵敏地反映反磁转动带前后粒子顺排行为以及顺排粒子的变化。本工作采用瞬态场-离子注入扰动角分布(Transient-magnetic filed-ion implantation perturbed angular distribution, TMF-IMPAD)方法[7-8]测量108Cd的yrast带各个态及带头为16+高自旋态反磁转动带的g-因子，研究其高自旋态核结构与核子顺排行为。

1 实验测量

实验测量在中国原子能研究院的 HI-13串列加速器上进行，用135 MeV的37Cl束轰击76Ge-Gd-Cu三层靶，由熔合蒸发反应76Ge(37Cl,1p4n)108Cd布居108Cd高自旋yrast态。熔合蒸发反应的截面σ约120mb，采用TMF-IMPAD方法测量108Cd高自旋态g-因子。

TMF-IMPAD装置示意图如图1所示，实验装置由多层靶、靶室及极化电磁铁系统、γ射线探测系统三部分组成。实验用多层靶为三层靶，分别为同位素富集度99.9%的76Ge核反应层、Gd铁磁层以及停止层Cu层，各层的厚度分别为0.38 mg.cm-2、1.67 mg.cm-2和12 mg.cm-2。制靶时将Cu辊压后在500-600 °C下退火，之后再将Cu靶衬保持在300°C，蒸发沉积Gd，再在Gd层上溅射靶材料76Ge层，制靶过程中真空度约10-3Pa。实验时三层靶处在0.25 T的外磁场中，磁场方向与探测器平面垂直，并且每120 s改变磁场极化方向（上、下）。三层靶的铁磁层在外磁场中被极化，在反应层生成的108Cd以极高的速度（约0.03c）穿过被极化的铁磁层时，受到很强的瞬态磁场作用，使其自旋角动量绕着磁场方向进动，最后在停止层Cu层中退激。出射的γ射线由5个HPGe 探测器测量，其中4个HPGe配以锗酸铋(Bismuth Germanium Oxide, BGO)反康探测器，分成两组对称放置构成，分别与束流方向成±55°和±125°。使用多参数事件模式记录γ-γ符合事件，每个事件的信息包括γ射线能量、探测器号和极化场方向。

图1 g-因子测量实验装置示意图Fig.1 TMF-IMPAD set-up schematic drawing.

测量的能谱数据经过反演后，得到对应5个HPGe探测器的两个极化磁场方向的10个能谱。对于某一能级的γ跃迁，可以从与束流方向成±θi的一对探测器的开门单谱得到单比函数ρ(±θi)：

式中，N(θi)为处于θi位置的探测器测得的对应的γ越迁的计数，箭头↑和↓表示极化磁场方向。

定义双比函数：

则进动角为：

其中：

式中，W(θ)为出射γ射线角分布。

则核的g-因子可以从式(7)得到：

式中，BTMF(t)为瞬态场强度[9]：

式中，v为生成核的速度；v0为Bohr速度；μB为核磁子；NP为单位体积内极化电子数。

2 结果与分析

实验测量到的108Cd正宇称yrast带各态的g-因子如表1所示。

表1 g-因子测量结果Table1 Results of g-factor measurement.

对于2+态，测量得到的g-因子为0.33，与Brennan等[10]以及Chamoli等[11]的测量结果在误差范围内一致。同时，2+、4+态测量结果与Chamoli等[11]采用潮汐波(Tidal-wave)模型计算的2+和4+态的计算结果0.302和0.163符合得很好。对于6+、8+态，由于存在许多边带的旁馈，测得g-因子带有其它带的信息并且难以修正。如测量得到的6+态的g-因子为1.226，远大于临近其他态的g-因子，可能是从g9/2质子空穴组态的3111 keV的8+态的跃迁带来的，它的进动信息传递到6+态使得测得的该态的g-因子变大。

在10+态以下，测量得到的g-因子值为正值，而在10+态以上，测量得到的g-因子变为负值，表明在10+态发生中子顺排。图2为Thorslund等[12]的108Cd正宇称yrast带的顺排角动量ix，在10+态附近发生回弯现象，在回弯前ix～ħ0，回弯后ix～ħ10，回弯前后顺排角动量的增加源于h11/2中子的顺排，并且给出10+态时组态为v(h11/2)2。由于h11/2中子g-因子值为-0.21，当发生h11/2中子顺排时，g-因子将减小。

图2 108Cd正宇称yrast带顺排角动量[12]Fig.2 Spin alignments ix of yrast band of 108Cd[12].

在10+态以上，随着角动量的增加，测量得到的g-因子逐渐增大。Simons等[13]测量得到12+到16+态B(E2)值随着角动量而增加，表明发生g7/2中子顺排。由于测量得到10+态g-因子为-0.25，而g7/2中子g-因子为0.21，因此当g7/2中子发生顺排时，原子核总g-因子将会增大，这与g-因子测量结果一致。

在16+态，h11/2、g7/2中子完全顺排，两个g9/2质子空穴角的动量方向相反并且与总角动量方向垂直，形成反磁转动带带头，其组态为。实验测量得到该态g-因子为-0.09(3)。

3 结语

中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器上，重离子熔合蒸发反应76Ge(37Cl,1p4n)108Cd布居了108Cd的yrast带高自旋态，采用TMF-IMPAD方法测量了108Cd的正宇称yrast带各态的g-因子，测量得到2+态g-因子与Brennan等[10]以及Chamoli等[11]的测量结果一致。2+、4+态测量结果与Chamoli[11]的潮汐波模型计算结果一致。在10+态时，发生h11/2中子顺排，g-因子值由正转负。从10+态到16+态，由于g7/2中子顺排，导致g-因子逐渐增大。测量得到反磁转动带带头16+态的g-因子为-0.09(3)。

1 Frauendorf S. Tilted cranking[J]. Nuclear Physics A, 1993, 557: 259-276

2 Frauendorf S. Spontaneous symmetry breaking in rotating nuclei[J]. Reviews of Modern Physics, 2001, 73: 463-514

3 Zhu S, Garg U, Afanasjev A V, et al. Investigation of antimagnetic rotation in100Pd[J]. Physical Review C, 2001, 64: 041302

4 Roy S, Chattopadhyay S, Datta P, et al. Systematics of antimagnetic rotation in even-even Cd isotopes[J]. Physics Letters B, 2010, 694: 322-326

5 Simons A J, Wadsworth R, Jenkins D G, et al. Evidence for a new type of shears mechanism[J]. Physical Review Letters, 2003, 91: 162501

6 Datta P, Chattopadhyay S, Bhattacharya S, et al. Observation of antimagnetic rotation in108Cd[J]. Physical Review C, 2005, 71: 041305(R)

7 Zhu S Y, Luo Q, Gou Z H, et al. TMF-IMPAD spectrometer[J]. Chinese Journal of Nuclear Physics, 1996, 18(3): 171-175

8 Zhu S Y, Luo Q, Li G S, et al. Rotational state g-factors in84Zr[J]. Chinese Physics Letters, 2000, 17: 560-561

9 Shu N K B, Melnik D, Brennan J M. Velocity dependence of the dynamic magnetic field acting on swift O and Sm ions[J]. Physical Review C, 1980, 21: 1828-1837

10 Brennan J M, Hass M, Shu N K B, et al. Magnetic moments of 21+states of even-even Pd, Cd, and Ba isotopes[J]. Physical Review C, 1980, 21: 574-578

11 Chamoli S K, Stuchbery A E, Frauendorf S, et al. Measured g-factors and the tidal-wave description of transitional nuclei near A=100[J]. Physical Review C, 2011, 83: 054318

12 Thorslund I, Fahlander C, Nyberg J, et al. The role of the shape driving h11/2neutron orbital in108Cd[J]. Nuclear Physics A, 1993, 564: 285-313

13 Simons A J, Wadsworth R, Jenkins D G, et al. Investigation of antimagnetic rotation in light Cadmium nuclei:106,108Cd[J]. Physical Review C, 2005, 72: 024318

CLCO571.22

g-factor measurement of positive parity yrast band of108Cd

FAN Ping1YUAN Daqing1ZHENG Yongnan1ZUO Yi1ZHANG Qiaoli1WU Xiaoguang1LI Guangsheng1ZHU Lihua2XU Guoji1FAN Qiwen1LIANG Juncheng1ZHANG Xizhen1ZHU Shengyun1
1(Chinese Institution of Atomic Energy, Beijing 102413, China)
2(Beihang University, Beijing 100191, China)

Background: The interplay between the collective rotation and the quasi-particle alignment is a significant feature of nuclear structure at high spins. The g-factors of intra-band high spin states of the ground rotational band can provide direct and unique information on quasi-particle alignment since the g-factors of the high-j proton and the high-j neutron are positively large and negatively small, respectively. Purpose: The present work was motivated to measure g-factors of the rotational states of the positive parity yrast band in108Cd and to study the quasi-particle alignment. Methods: High spin states of108Cd were populated by the fusion-evaporation reaction76Ge(37Cl,1p4n)108Cd at beam energy of 135 MeV from the HI-13 tandem accelerator at China Institute of Atomic Energy, and the g-factors were determined by the transient-magnetic filed-ion implantation perturbed angular distribution (TMF-IMPAD) method. Results: The measured g-factors of 2+, 4+state are 0.33(11), 0.18(6), respectively. The h11/2neutrons align at the 10+state, which leads to the decrement of the g-factors. And the g7/2neutrons align gradually from 10+to 16+, which makes the g-factors increase. Conclusion: The g-factor of the bend head of the anti-magnetic rotation band, 16+state, was measured and the value is -0.09(3).

g-factor, Transient-magnetic filed-ion implantation perturbed angular distribution (TMF-IMPAD) method,108Cd

O571.22

10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.100506

国家自然科学基金(No.10975189)资助

范平，男，1982年出生，2008年于中国原子能科学研究院获硕士学位，现从事核矩测量研究

朱升云，E-mail: zhusy@ciae.ac.cn

2014-05-04，

2014-08-06