^{64,70}Zn 和 ^{180,186}W 同位素的双贝塔衰变研究

本文介绍了利用中等体积（117 g、168 g 和 699 g）低本底 ZnWO_4 晶体闪烁体对锌和钨同位素双贝塔过程进行实验研究的结果。实验在意大利格兰萨索国家实验室（INFN）的“DAMA/R&D”低本底装置中进行，深度约 3600 米水当量，总测量时间超过一万小时。为 ^{64}Zn 的双电子俘获及电子俘获伴随正电子发射过程设定了新的、更优的半衰期下限：T^{2\nu 2K}_{1/2}(^{64}Zn) \geq 6.2(6.3) \times 10^{18} 年，T^{0\nu 2\epsilon}_{1/2} (^{64}Zn) \geq 1.1(2.8) \times 10^{20} 年，T^{2\nu \epsilon \beta^+}_{1/2}(^{64}Zn) \geq 0.7(2.1) \times 10^{21} 年，以及 T^{0\nu \epsilon \beta^+}_{1/2}(^{64}Zn) \geq 4.3(5.7) \times 10^{20} 年，所有限值均在 90%（68%）置信水平下。文献[Appl. Radiat. Isot. 46 (1995) 455-456]中提出的 ^{64}Zn 的 \epsilon \beta^+ 衰变迹象（T^{(2\nu + 0\nu) \epsilon \beta^+}_{1/2} (^{64}Zn) = (1.1 \pm 0.9) \times 10^{19} 年）已被本实验完全排除。本工作为 ^{70}Zn、^{180}W 以及 ^{186}W 的双中微子 2\beta^- 衰变模式建立的半衰期下限（量级在 10^{17}-10^{20} 年之间）比先前实验设定的限值高一个数量级。此外，还研究了 CdWO_4、PbWO_4（未掺杂及掺杂 F、Eu、Mo、Gd、S）和 ZnWO_4 晶体闪烁体的能量分辨率、相对光输出、\alpha/\beta 比值、衰减时间、\alpha 粒子与 \gamma 射线（\beta 粒子）的脉冲形状甄别能力以及放射性污染，证明了这些闪烁体用于搜寻双贝塔衰变的适用性。