苏宗涤1 周建明1 王 斌1 冯仁发1 王书暖1 史淑梅1 戴能雄2 王豫生2 朱耀银3 李支文3 李明非4 核结构数据库(NSDB)* 苏宗涤1 周建明1 王 斌1 冯仁发1 王书暖1 史淑梅1 戴能雄2 王豫生2 朱耀银3 李支文3 李明非4 刘建峰5 黄忠甫6 张本爱7 1 (中国原子能科学研究院 北京 102413)一个 2 (韶关学院 韶关 512003) 3 (吉林大学物理系 长春 130023) 4 (东北师范大学物理系 长春 130024) 5 (郑州大学物理系 郑州 450004) 6 (广西大学物理系 南宁 530004) 7 (北京应用物理与计算数学研究所 北京 100088) 基金项目: 国家自然科学基金(19445005); 中国工程物理研究院基金(97021); CODATA中国委员会; 国际原子能机构研究项目(7431/RB) 1）   E-mail:zdsu@iris.ciae.ac.cn

引言 稳定同位素丰度和原子质量数据 原子核基态和分离激发态的性质 原子核的变形、半径及其它性质的数据 结论 报告内容 引言 稳定同位素丰度和原子质量数据 原子核基态和分离激发态的性质 原子核的变形、半径及其它性质的数据 结论

1 引言 为满足核物理基础研究及核技术应用的需要,基于 最新的实验评价 和 模型计算的相关数据 组建了更新的核结构数据库(NSDB). 为满足核物理基础研究及核技术应用的需要,基于 最新的实验评价 和 模型计算的相关数据 组建了更新的核结构数据库(NSDB). 目前NSDB包括 (1) 稳定同位素的丰度和原子质量 (2) 原子核基态和分离激发态的性质 (3) 原子核的变形、半径及其它性质 等三部分. 这些数据是表征原子核基本属性的基础和重要数据, 也是广泛应用的数据.  

2 稳定同位素丰度和原子质量数据 2.1 稳定同位素的天然丰度值 本数据库包括 2.1 稳定同位素的天然丰度值 本数据库包括 2000年的1H～238U全部(共计288个)稳定同位素的天然丰度值, 2003年依据NNDC/BNL(2002年)公布的修订数据进行了更新. 此外,还对1990年,2000年及2002年BNL更新的稳定同位素天然丰度值进行了比对.

2.2 原子质量数据 质量数据包括质量过剩ME、原子质量M、比结合能B/A、β衰变的Qβ. 本数据库包括如下两类质量数据: 2.2 原子质量数据 质量数据包括质量过剩ME、原子质量M、比结合能B/A、β衰变的Qβ. 本数据库包括如下两类质量数据: 实验评价数据 法国原子质量中心(AMDC)分别在1993，1995和2003年发表的实验评价数据; 模型计算数据 推荐下面2组模型计算的质量数据： Moller等人[3]在1995年基于有限小液滴(finite-range droplet)宏观模型和折叠Yukawa单粒子微观模型(FRDM)计算的质量数据; Goriely等人[4,5]在2002年用Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB)方法计算的质量数据. 这2组模型计算数据仅有ME, 但包括了变形参数DP, 微观能量MM ic[3]和半径参数RP[4,5].

表1 三组质量数据的基本情况和比较 2003年AMDC的评价质量数据, Moller和Goriely的模型计算质量数据的比较 表1 三组质量数据的基本情况和比较 2003年AMDC的评价质量数据, Moller和Goriely的模型计算质量数据的比较. 列出各组数据的核素分布及核素数,Fe, I 和 U 元素各质量数据的同位素分布. 作者组 年代 方 法 数 据 各数组之核素分布及核素数的比较 核素分布(Z,A) 核素数 Fe同位素 I 同位素 U 同位素 AMDC 2003 实验评价 ME , M, B/A, Qβ (0,1)～(118,293), 3179 A= 45～72 108～144 217～242 Moller 1995 FRDM 计算 ME, DP, EMic (8,16)～(136,339), 8979 42～92 101～179 203～305 Goriely 2002 HFB ME, DP, RP (8,16)～(120,410), 9203 42～90 104～184 198～310

质量数据组的比对和讨论 (1) 质量数据的核素分布 AMDC-2003: 3179个核素的质量数据 (1) 质量数据的核素分布 AMDC-2003: 3179个核素的质量数据 大部分(2228个核素)来自实验测量,经评价后推荐的, 部分(951个核素)数据是系统学值. 它较AMDC-1995多推荐了248个核素的质量数据, 而系统学值的核素少了10个. AMDC-2003与Moller和Goriely的数据比较: 数据重叠的核素有3085个,前者分布在 近β-稳定线的两侧. M&G的数据向中子和质子滴线和更高Z值的元素 延伸 ,但缺Z, N<8的轻核素的质量数据.

Moller和Goriely 2组质量数据的比较 重叠的核素有8080个. Moller的数据已延伸至超重核, Goriely的数据,随着Z的增加向 更少中子的缺中子同位素区和 更多中子的丰中子同位素区延伸. 2组数据的模型方法不同,计算结果的 差异导致了中子和质子滴线不同, 也即核素核素分布的不同.

(2) 质量数据的精度比较 对于质量数据的预言可信性如何? — 尚无结论! 做过了比较[3－5]. (2)  质量数据的精度比较 Moller/AMDC-1993和Goriely/AMDC-1995的数据 做过了比较[3－5]. 我们对这几组的数据做了比对, 比较结果收入“Comparisons”文件. 这里以ME为例,给出最大绝对偏差的相对偏差分别是 95/03, Moller/03, Goriely/03和 Moller/Goriely 12%(5H), 8%(86Tc), 6%(48Ca) 和 4%(325Cf) 对于质量数据的预言可信性如何? — 尚无结论!

(3)数据文件 编纂了包括数据ME、M、B/A和QB值的4个 质量数据文件,分别是: AMDC_MASS_EVAL1995, Moller_MASS_FRDM, Goriely_MASS_HFB02. AMDC文件还包括ME、M、B/A和QB的偏差, 后2个文件增补了M和B/A, 而DR和RP数据整合到相关的部分.

3 原子核基态和分离激发态的性质 ENSDF(Evaluated Nuclear Structure Data File): 是有关“原子核基态和分离激发态的性质”的数据最具权威性和应用最广的数据库 是国际协作编纂的评价核结构数据库. 目前,本数据库能提供使用的ENSDF是NNDC/BNL在2004年5月发布的. ENSDF-2004包括了2900多个核素的实验评价核结构和衰变的数据.

《原子核基态和同核异能态性质库(G-ISP)》 组建的两个核结构数据库 为了满足应用(例如核模型计算等)的需要, 从ENSDF中抽取其中部分数据, 组建了2个核结构数据库: 《核分离能级库(DLS)》和 《原子核基态和同核异能态性质库(G-ISP)》

3.1 DLS数据库 包括原子核的分离能级和其γ-衰变的信息: 实验测量之分离能级的能量、自旋J、宇称π、 半衰期及它们(分离能级)的γ-衰变的能量、 分支比和多极性等. 在数据方面DLS指出了γ-衰变的末态能级序号和以相对强度给出分支比. 在数据格式上采用表列示出.

3.2 G-ISP数据库 包括原子核基态和同核异能态的质量过剩、激发能、J、π、衰变模式及其强度等的信息. G-ISP的数据源:NUBASE (Database of Nuclear and Decay Properties)数据库[6]. 它的数据又源于AMDC的质量数据和ENSDF 的有关能级及衰变的数据.

NUBASE-1(第一版,1997年) 包括3010个核素的基态和同核异能态性质的数据, 其中有669个第一和58个第二T1/2>1 ms同核异能态的数据. NUBASE-2(第二版,2003年) 包括了3179个核素核基态的性质的数据 它还包括977个核素的一个或多个T1/2 >100 ns同核异能态的性质. 按激发能由低至高的顺序分别标记“m”，“n”，“p”和“q”.

表2 90Nb 的基态及其同核异能态的性质(IT表示内转换) 核素 ME(keV) 激发能 (keV) T1/2 J,π 衰变模式及 强度 (%) 90Nb -82656 5   14.60 h 0.05 8, ＋ β＋=100 90Nbm -82534 5 122.370 0.022 63 μs 2 6, ＋ IT=100 90Nbn -82531 5 124.67 0.25 18.81 s 0.06 4, － 90Nbp -82485 5 171.10 0.10 <1 μs 7, ＋ 90Nbq -82274 5 382.01 0.10 6.19 ms 0.08 1, ＋

同核异能态 1997年: 同核异能态的判定:T1/2>1 ms的激发态. 判定对于β–衰变核(35Na的T1/2 =1.5 ms)是适宜的. 但对α粒子-和质子-衰变的核素而言,这一时间尺度太长 2003年: 同核异能态的判定: T1/2 >100 ns的激发态.与第一版的比较向下扩展了四个数量级. 目前的实验测量已能分辨出像为100 ns的同核异能态. 目前我们正用ENSDF-2004的数据对DLS和G-ISP的数据进行更新和修订

4 原子核的变形、半径 及其它性质的数据 4.1原子核变形参数 本数据库还包括原子核变形参数 半径参数、微观能量 4 原子核的变形、半径 及其它性质的数据 本数据库还包括原子核变形参数 半径参数、微观能量 与核的电磁性质有关的数据等. 4.1原子核变形参数 2类不同核形状参数化的表述: “ε-参数化”(Nilsson perturbed spheroid parameterization) “β-参数化”(a spherical harmonic expansion).

三组变形参数 本数据库包括3组(1组实验+2组模型计算)变形参数: 实验变形参数 Raman[7]: 假定核内有相同的电荷分布得到了用 电四极约化跃迁几率B(E2)计算的表达式: β2=(4π/3ZR02)[B(E2)/e2]2, R0=1.2A1/3 利用模型无关的实验电四极约化跃迁几率 给出了实验变形参数β2 (2001年)

模型计算的变形参数 Moller[3]与Goriely[4] 2组的变形参数 用与前面计算原子质量相同模型计算的, 其核素分布 较 Raman [7]有了很大的扩展. Moller同时给出了2类参数---- ε-参数和β -参数, Goriely只给出了β2和β4 表3 三组变形参数的基本情况和比较 作者组 年代 方 法 数 据 核素(Z,A )分布 核素数 Raman 2001 实验评价 β2 10Be ～ 252Cf 328 Moller 1995 FRDM计算 2 类变形参数: ε2, ε3, ε4, ε6, ε6-sym 和 β2, β3, β4, β6 16O ～ (136,339) 8979 Goriely 2002 HFB计算 β2, β4 16O ～ (120,410) 9203

4.2 核半径参数 — 2组核半径参数 Goriely计算了中子和质子密度分布半径和弥散宽度. 4.2 核半径参数 — 2组核半径参数 Goriely计算了中子和质子密度分布半径和弥散宽度. Nadjakov等人[8]推荐的20Na～243Am共计523个核素的 电荷半径系统学数据(同核异能态的电荷半径数据). 依据2类实验数据: 电子散射和μ原子光谱测量的核半径, 利用高分辨和高灵敏激光技术测量同位素移动 引起的半径改变δ<r2 > , 最小二乘法进行综合分析得到核电荷半径 系统学数据. 该数据不仅较单个测量有更高的精度, 而且能够预言偏离稳定线的同位素和同核异能态 的电荷半径数据.

4.3 原子核基态微观能量E Mic 本数据库还包括Moller等人[3]用FRDM计算的原子核基态微观能量: E Mic=ME－EMax(Z, N, sphere) 其中ME 是计算的原子质量过剩, EMax(Z, N, sphere)球形核的宏观能量. 显然,这里的E Mic给出的是 壳、对修正及变形能.

还需指出: Moller同时给出 FRDM有限小液滴(finite-range droplet)模型 和 FRLDM有限液滴(finite-range liquid-drop)模型的结果. 其差别在于: 在计算与变形有关的EMax(Z, N, shape)时, FRDM较FRLDM包括了更多的物理效应,结果 更精确,所以本数据库推荐FRDM的ME和E Mic.   此外,本数据库还收集了稳定同位素的基态 磁矩和电四极矩的数据,但尚需进一步扩充.

“Comparisons”文件(实验评价与各个模型计算的 5 结论 (1) 组建了一个更新的NSDB 以2003年12月的AMDC-MASS 、NUBASE, 2004年5月的ENSDF实验评价据数据和推荐的最新模型计算的相关数据为基础组建一个更新的NSDB (2) NSDB由三部分的数据组成 稳定同位素丰度和原子质量, 原子核基态和分离激发态的性质, 原子核的变形、半径及其它性质等 其中各个数据组都建立了相应的 数据文件 说明文件(即Readme文件) “Comparisons”文件(实验评价与各个模型计算的 数据,以及不同模型计算的比对结果)

又与核物理的前沿研究领域及核技术应用的诸多方面密切相关. 在基础研究方面: (3) NSDB的基本特点 包含最新实验评价数据, 源自不同方法又可相互补充的模型计算数据, 以及覆盖最多核素的数据, 满足多方面研究的需要.  (4) NSDB包括了原子核的重要基础数据 又与核物理的前沿研究领域及核技术应用的诸多方面密切相关. 在基础研究方面: 例如,远离β-稳定线的原子核,丰中子 -和丰质子 -核, 晕核及超重核性质的研究; 超变形核结构的研究; 高自旋态的研究; 星体核合成的r-过程的研究等等方面

(5)构建为我国核物理基础研究和核技术应用 服务的数据资源共享平台 在核技术应用方面: 例如,穆斯堡尔谱线的研究做过系统的普查; 放射医学中诊断和治疗 — 医学应用中的放射性核素的精确数据; 同核异能态的数据 — 当今许多重要应用方面所关注的数据. 鉴于数据的重要性,我们计划建立前面提到和更多的 研究领域服务的专用核结构数据库,这将很大的 增加本数据库的可应用性. (5)构建为我国核物理基础研究和核技术应用 服务的数据资源共享平台 NSDB是它的一部分

欢迎使用本数据库的数据, 期盼能在应用中受到检验和 进一步扩充 感谢Prof.G. Audi,NDS/IAEA和NNDC/BNL在数据更新时总是即时地提供给我们新的相关数据. 马丽珍和孙正军同志分别参加了质量数据文件第一版(1995年)和第二版(1997年)的工作, 张丽敏和龚惠莉同志分别参加了DLS数据文件第一版(1995年)和第二版(2001年)的工作. 谢谢!