核反應能譜學

　　又稱核譜學，原子核子物理學的一個分支。它測定核反應放出的粒子的數量、品質、能量、角分佈等，以研究核能級的性質。根據出射粒子的不同，核反應能譜學可分為帶電粒子能譜學（又稱帶電粒子核譜學）、中子譜學和γ射線能譜學。本條目主要介紹帶電粒子能譜學。

　　每一種原子核可以處於不同的能量狀態，對於每一個態(又稱為能級)除瞭能量值外，還要用一些量子數和其他一些物理量來描述，如角動量、宇稱、同位旋、能級壽命和形變大小等。為瞭弄清楚核內部的運動動規律，首先要把核的這些態的能量、量子數和其他各種能級特性測定出來。帶電粒子核譜學就是用測量反應後出射的帶電粒子的辦法來研究核能級的性質。這種方法同用測量γ躍遷的方法研究核結構的γ射線能譜學是相輔相成的。

　　通常把核反應寫成

a+A─→C─→b+B+Q，

式中a為入射粒子，它同靶核A相碰，發生反應，B為剩餘核，b是被測量的出射粒子，Q為反應能，而C是復合體系。一般情況下，a和A都屬於基態。不少情況下，b也屬於基態（如低能核反應中出射的質子或α粒子），當b較復雜時，也可處於激發態。在帶電粒子核譜學中最常用的方法是:①用測量b的能譜來研究B（甚至b）的能級，②用改變入射粒子能量E_A來研究C的核譜。

　　帶電粒子能量的測定　到目前為止，測量帶電粒子的能量的最精確的方法是使用磁譜儀。圖1是用QDDD磁譜儀測量²⁷Al(p，p′反應出射質子譜的一個實例。入射質子的能量為 16MeV。用的是薄鋁靶，探測角為θ_Lab=55°。因為QDDD磁譜儀（見重粒子磁譜儀）在一定磁場值時隻能測出質子譜的一個能量間隔，圖1上的譜是用多個磁場下測得的譜並起來構成的。圖1上的各群質子對應於剩餘核²⁷Al^*處於不同的激發態。例如70就表示對應於剩餘核的第70個激發態的出射質子群。從測得的出射粒子能量E_b，就可以推出反應Q值

式中m_a、m_b和m_B分別為入射粒子、出射粒子和剩餘核的質量。對應的剩餘核的激發能E_x就是

E_x=Q₀-Q，

式中Q₀是對應於剩餘核的基態的反應Q值

Q₀=(m_a+m_A-m_b-m)_B)с²，

其中с是真空中的光速，m_A是靶核質量。

　　激發函數　出射粒子的數目隨入射粒子的能量的變化關系稱為激發函數。在激發函數曲線上有時可以看到多個窄的峰，稱為共振峰。這些共振峰對應於C核的不同能級。這些復合能級的激發能為

，

式中m_a是復合核基態的質量。

　　還可以從這些共振峰的寬度，扣除入射粒子能量的分散度、靶的厚度等貢獻後，求出能級的寬度Г。從能級寬度又可以求出該核狀態的壽命τ=ħ/Г。

　　角動量和宇稱的測量　測量核能級的能量值隻是核譜學研究的第一步，還需要進一步測量對應於這些狀態的量子數和其他物理量。這往往是更復雜的研究。

　　不少情況下是用測量出射粒子的角分佈來確定角動量和宇稱。在剝裂反應中

Si(d，p) ²⁹Si，中子帶到核裡的軌道角動量為 L _n，末態核 ²⁹Si的自旋角動量量子數 I _f和宇稱 π _f為

，

其中I_i和π_i為靶核的角動量和宇稱。已知

Si的基態為 0 ⁺，所以 I _i=0和 π _i=+1。圖2給出瞭在 E _d=18MeV時，(d， p ₀)反應的角分佈。把實驗角分佈同扭曲波玻恩近似(DWBA)理論值相比較，可以定出 l _n值，這裡是 l _n＝0。於是對於 ²⁹ Si _g的角動量和宇稱為 I _f＝1/2和 π _f＝+1，即 態。