基于殼模型分析94Tc能級結構

吳義恒, 楊 東, 馬克巖, 羅朋威, 程 飛

(1. 安慶師范大學 物理與電氣工程學院, 安徽 安慶 246133；2. 吉林大學 物理學院, 長春 130012； 3. 中山大學 物理學院, 廣州 510275)

原子核的高自旋態可通過單粒子(空穴)運動激發或集體運動激發模式產生, 單粒子運動激發模式在質子或中子數處于幻數附近的原子核中占主導地位, 集體運動激發模式出現在質子和中子數遠離閉殼的原子核中. 單粒子運動激發包括價質子和價中子激發, 即價中子和價質子由低軌道向較高軌道激發, 以及價質子和價中子跨越半閉殼或滿殼的特殊躍遷激發.

94Tc (Z=43,N=51)相對Z=40子殼及N=50閉殼外有3個價質子和1個價中子, 其能級可在較大組態π(f5/2,p3/2,p1/2,g9/2)?v(d5/2,s1/2,d3/2,g7/2,h11/2)空間內用殼模型理論解釋. 目前,94Tc高自旋態能級核子激發機制尚未知. 為進一步研究94Tc高自旋態能級結構, 加深對A=90核區高自旋態能級單粒子激發機制的理解, 本文用殼模型NUSHELLX程序分析94Tc核素各能級組態核子的激發機制.

1 殼模型計算

圖1 殼模型計算結果與文獻[13]實驗數據比較Fig.1 Comparison of shell model calculated results and experimental data in reference [13]

由于殼模型程序給出的組態空間較大, 考慮到殼模型程序執行的復雜性和耗時性, 因此在執行殼模型程序時, 對殼模型組態空間進行截斷, 即對軌道上價質子和價中子的數目進行合理限制, 僅考慮各自旋態能級的主要組態成分. 基于2d3/2和3s1/2軌道的粒子分布較少, 由于核子對能效應, 核組態具有很小的幾率, 因此在殼模型空間截斷時未在這兩層軌道擱置核子[12]. 為分析94Tc核素自旋態能級組態價核子的激發機制, 選取兩個組態空間SM-1和SM-2進行計算. 組態空間SM-1利用66Ni作為核芯, 輸入的單粒子態文件為GWB.SP(核芯為A=66,Z=28), 相互作用文件為GWBXG.INT, 截斷方式為: (f5/2)4-6,(p3/2)2-4,(p1/2)0-2,(g9/2)1-6和(p1/2)2-2,(g9/2)9-10,(g7/2)0-1,(d5/2)0-2,(d3/2)0,(s1/2)0. GWBXG.INT相互作用文件中的單粒子相互作用勢為:επf5/2=-5.322 MeV,επp3/2=-6.144 MeV,επp1/2=-3.941 MeV,επg9/2=-1.250 MeV,εvp1/2=-0.696 MeV,εvg9/2=-2.597 MeV,εvd5/2=1.830 MeV,εvg7/2=5.159 MeV. 組態空間SM-2用56Ni作為核芯, 單粒子態文件為SNE.SP(核芯為A=56,Z=28), 相互作用勢文件為SNET.INT, 截斷方式為: (f5/2)4-6,(p3/2)2-4,(p1/2)0-2,(g9/2)1-6,(g7/2)0,(d5/2)0,(d3/2)0, (s1/2)0和(f5/2)6-6,(p3/2)4-4,(p1/2)2-2,(g9/2)9-10,(g7/2)0-1,(d5/2)0-2,(d3/2)0,(d3/2)0,(s1/2)0,(h11/2)0-1. SNET.INT相互作用文件中的單粒子相互作用勢為:επf5/2=0.525 0 MeV,επp3/2=1.228 0 MeV,επp1/2=5.106 0 MeV,επg9/2=5.518 0 MeV,επg7/2=20.656 0 MeV,επd5/2=18.893 0 MeV,επd3/2=20.016 0 MeV,επs1/2=16.895 0 MeV,εvf5/2=0,εvp3/2=0,εvp1/2=0,εvg9/2=0,εvg7/2=4.352 0 MeV,εvd5/2=2.313 0 MeV,εvd3/2=3.440 0 MeV,εvs1/2=1.532 0 MeV,εvh11/2=-0.589 0 MeV, SM-2不僅考慮質子激發, 還考慮g9/2軌道價中子跨越N=50閉殼的核芯激發以及d5/2軌道價中子跨越N=56亞殼激發至h11/2價中子軌道. 為便于比較兩種組態空間下94Tc核素實驗能級的重現結果, 將94Tc核素實驗能級與本文殼模型程序給出的計算能級并列顯示于圖1中, 組態空間SM-1下殼模型的94Tc各自旋態能級能量及相應組態列于表1, 其中每個組態的形式為:

P(i)表示價質子分別占據f5/2,p3/2,p1/2,g9/2軌道的核子數目,n(i)表示價中子分別占據g9/2,d5/2,g7/2軌道的價核子數目. SM-2組態空間下殼模型的94Tc各自旋態能級能量及相應組態列于表2, 其中每個組態的形式為:P(i)=π[p(1),p(2),p(3),p(4)]?v[n(1),n(2),n(3),n(4)],P(i)表示價質子分別占據f5/2,p3/2,p1/2,g9/2軌道的價核子數目,n(i)表示價中子分別占據g9/2,g7/2,d5/2,h11/2軌道的價核子數目.

表1 組態空間SM-1下殼模型計算的94Tc各自旋態能級能量及相應組態Table 1 Energy levels and corresponding configurations of spin states of 94Tc of shell model under SM-1 configuration space

表2 組態空間SM-2下殼模型計算的94Tc各自旋態能級能量及相應組態Table 2 Energy levels and corresponding configurations of spin states of 94Tc of shell model under SM-2 configuration space

2 結果分析與討論

綜上, 本文利用殼模型NUSHELLX程序, 在兩種組態空間下對94Tc能級結構進行了分析, 由于兩種組態空間相差較大, 因此其計算結果對相同能級的組態也有差別. 計算結果表明:94Tc較低自旋態能級組態主要包括(f5/2,p3/2,p1/2) 軌道的價質子跨越Z=40子殼向高jg9/2軌道激發, 高自旋態能級組態主要包括g9/2軌道的中子跨越N=50閉殼向較高軌道d5/2/g7/2激發;94Tc正宇稱態能級組態還包括d5/2軌道中子跨越N=56亞閉殼向較高軌道g7/2/h11/2激發;p1/2軌道價質子跨越Z=40亞殼p1/2→g9/2激發及f5/2和p3/2質子跨越Z=38子殼(f5/2,p3/2)→(p1/2,g9/2)激發， 對于負宇稱自旋態應考慮d5/2中子軌道跨越N=56亞殼d5/2→(g7/2,h11/2)激發.