原子核作为物质组成的一个重要层次，其中蕴含着丰富有趣的自然现象和广博深刻的科学原理。基于加速器的在束谱学，为人类研究并认识原子核、特别是远离稳定线的原子核提供了有力手段。自回弯现象发现以来的40年里，人们已经积累了大量原子核的高自旋谱学数据，并因此揭示了诸如三轴形变、八极形变、超形变、带终结及核芯拆散、磁转动及反磁转动、旋称反转、手征对称性破缺等等许多重要的核现象。质量数A¹20核区的原子核因其具有形变同时又容易发生形变甚至形状的改变，而为核结构特别是单粒子运动、集体运动以及二者之间的相互耦合提供了高效的研究平台。其中碘同位素核位于从球形核区到好形变核区的过渡区，其质子费米面位于高j的h11/2壳层底部，而中子费米面则从h11/2壳层底部随着中子数的增加而上升至此壳层顶部。对碘原子核的以往研究已揭示出了蕴含着深层次核结构信息的物理现象及规律，例如：①在奇A核^111-123I中系统观测到了带终结；②在^{117，119,121} I中Liang等报道了基于高K的h_11/2[505]11/2^-组态的扁椭形变（β₂≈0.15或γ≈60°）转动带；③基于g_7/2和d_5/2轨道的高K扁椭和低K长椭结构在¹²¹I、¹²³I、¹²⁵I、¹²⁷I中被同时建立，与前述h11/2长椭及扁椭带的建立相呼应，共同描绘了碘同位素中有趣的形状共存图画；④双奇碘同位素核从A=110至A=128得到了广泛研究，建立了基于πg_7/2(d_5/2) νh_11/2、πg_9/2 νh_11/2、πh_11/2 νh_11/2等组态的带结构，并揭示了与奇A碘核中类似的问题，例如低自旋区可能存在的长椭和扁椭形状共存、中高自旋区的带终结及核芯拆散等。此外，手征双重带、旋称反转、八极关联等现象也在双奇碘核中有所报道。以上论述了碘原子核高自旋态研究中所揭示出的重要物理问题。然而，科学真理的获得往往要经过几个反复，人们对一些重要物理问题的理解依然模糊和存在分歧。例如：①Tormanen等对¹¹⁹I的研究否定了Liang等报道的^117,119,121I中高K的h_11/2扁椭转动带的实验证据及物理推论，提出了γ振动的观点；②奇A碘原子核中建立在g_7/2和d_5/2轨道上的带结构中，在究竟哪些长椭、哪些扁椭这个问题上依然存在争议，同时理论预期中可能存在的长椭或扁椭结构尚未在实验上被全部发现；③关于双奇碘同位素核的研究依然相对残缺，是否存在与奇A核中相似的扁椭结构尚无明确结论。④¹¹⁸I中报道的候选手征双重带是否成立以及其它双奇碘核中是否存在类似的手征带候选尚不明晰。作为以碘原子核为研究对象的科研课题之一，本论文开展了对双奇核¹²⁰I的高自旋态谱学研究。我们在中国原子能研究院HI-13串列加速器上通过重离子融合蒸发反应布居了¹²⁰I的高自旋态。实验工作在2008和2010年两个不同年度进行，共采用了3种不同的束靶组合及相应的核反应实现了对目标核的布居，分别为①¹¹⁰Pd(¹⁴N,4n)、E=64MeV；②¹¹⁴Cd(¹⁰B,4n)、E=48MeV；③¹¹⁴Cd(¹¹B,5n)、E=70MeV。交叉式的三种核反应使得我们分别对¹²⁰I的不同自旋区域进行了重点布居，在提高了实验数据统计性的同时，它们的实验信息可以相互佐证，特别是有利于γ射线及带结构的核素归属的判定，克服了激发函数对弱γ射线和受到强烈干扰的γ射线鉴别能力不足的困难。相对而言，¹¹⁴Cd(¹¹B,5n)反应对¹²⁰I的布居效果最佳，本论文工作主要以该核反应数据为基础对¹²⁰I进行了分析。在实验中，我们利用14台左右的HPGe探测器对核反应中放出的γ射线进行了符合测量，同时收集了各探测器记录的符合单谱以及核反应后的剩余放射性谱。利用¹⁵²Eu和¹³³Ba混合标准源对各探测器进行了能量刻度以及效率刻度。离线数据分析中建立了4096×4096的二维谱矩阵，用以进行γ射线符合关系的分析。同时为了获取γ射线多极性信息，建立了非对称化的ADO（Angular distribution of oriented nuclei）矩阵，用于提取ADO系数。在实验结果方面，本论文工作除验证了原来已知的能级纲图、提取了γ射线强度及ADO系数、提取了耦合带结构的B（M1）/B（E2）比值等基本的核数据信息以外，主要获得以下几方面新实验结果：1)将原来已知的4条带结构向上进行了不同幅度的推高。其中将晕带优惠旋称分支向上推高了4条γ跃迁，最高观测态远远超越了带终结的发生自旋；将晕带非优惠旋称分支向上推高了6，使¹²⁰I成为了双奇碘核中该非优惠分支获得最好观测的一个核；将可能为晕带手征伙伴的弱布居旁带向上推高2；将基于πg_9/2 νh_11/2组态的强耦合带结构向上推高3以上；对原来已知的一条退耦结构进行了较大程度的修正并大幅向上推高。2)在晕带（14⁺）和（22⁺）能级之间，建立了与退激主路径相平行的退激路径。3)新建立了4条以上的带结构，同时建立了它们之间以及它们与原来已知的4条带结构之间的丰富连接。4)根据符合关系分析，建立了一条全新的强耦合带，同时不能发现该带结构与任何原子核已知能级的连接关系。利用实验中3种不同的核反应，同时调用以往积累的¹¹⁶Cd+¹¹B实验数据，将该悬空新带的核素归属确定为¹²⁰I。5)πg_9/2 νh_11/2组态带的带首原来被已知为T_1/2=53min的同质异能态，该态直接通过β⁺衰变退激到子核¹²⁰Te，但其激发能未知。本工作在高自旋区域建立了该带与其它激发能已知带结构的连接，从而准确指定了带首激发能，数值为72keV。6)在晕带中约6.4MeV的激发能区域，发现了同质异能态。基于所获得的¹²⁰I实验结果，在对现象之下的物理机制的挖掘和阐述方面，本论文主要做了以下几方面工作。1)分析和总结了相邻同质子数和同中子数的奇A核的高自旋态谱学，主要涉及基于不同组态的带结构的布居特点、带结构本身所展示的回弯性质及电磁性质等。这项工作将对¹²⁰I的物理分析提供重要的指引。2)利用相对论平均场（Relativity mean field，RMF）理论，对¹²⁰I费米面附近可能存在的能量较低的准粒子组态及其相关的核形变进行了计算。3)利用总位能面（Total Routhian surface, TRS）模型计算了多种不同组态的核形变随着转动频率的变化。4)利用推转壳模型（Cranked shell model，CSM）在合理的形变、对关联等参数下计算了不同准粒子能量随转动频率的变化，给出了不同轨道上准粒子对的拆对频率等理论预期。5)利用几何模型（Geometrical model）计算了多种不同组态带的电磁跃迁几率比B（M1）/B（E2）随自旋的变化。6)以往关于¹²⁰I的研究中，对晕带的组态指定存在分歧。 Kaur等的组态指定结论为πg_7/2 νh_11/2；而Moon等的结论则为πh_11/2 νh_11/2。在本工作中，通过B（M1）/B（E2）实验值与几何模型预期值的比较、转动带的布居特性、转动带的顺排行为等谱学性质的考证，我们支持Moon等πh_11/2 νh_11/2的组态指定。7)关于晕带的伴带，之前Moon曾简单建议其为晕带的手征伙伴候选，但并未给出充分的论据和论证。在本工作中，我们比较了这对双带的多种谱学性质，主要包括B（M1）/B（E2）比值和顺排行为等的相似性，同时结合TRS计算给出的三轴形变预期，倾向性认为这对双重带源于手征对称性的破缺。基于πh_11/2 νh_11/2组态的手征双重带在邻近的Cs、La、Pr等双奇核中已有相对较多的报道和讨论。Moon等以及本工作对¹²⁰I中πh_11/2 νh_11/2双重带的阐述如果成立，那么将使与这一组态相关的手征岛边界扩展至质子数更低的碘同位素中。8)针对本工作中新建立及修正的多条以I=2为主要退激方式的带结构，结合能级结构、顺排行为、布居强度等信息，同时结合理论计算给出的预期，对它们的内禀组态进行了讨论和指定。在这些带结构中，其中有2条I=2带结构在低自旋区域存在规则的弱I=1连接模式。如果我们以这种连接模式为理由将二者视为一对旋称伙伴，那么它们的扭曲、特异的能级结构与奇A碘核中建议的扁椭带的结构特征高度相似，这暗示着鲜见的扁椭带在¹²⁰I中的存在，可能的组态为πg_7/2(d_5/2)[413]5/2+νh_11/2[514]9/2。然而，弱的I=1连接模式并不必然预示着上述2条I=2带结构基于相同组态，还存在着另外一种可能，即二者分别基于长椭的πg7/2[422]3/2+νh_11/2[523]7/2和πd5/2[420]1/2+νh_11/2[523]7/2组态，质子πg7/2与πd5/2轨道的强烈混合可以解释实验上观测到的弱I=1连接模式，同时这种组态指定还与CSM理论计算预期取得了相符。而对于其它2条以I=2为主要退激方式的带结构，我们给出的组态指定结论为基于πh_11/2 νd5/2和πh_11/2 νd3/2组态。9)针对新建立的悬空新带，结合能级劈裂特性、B（M1）/B（E2）实验值与几何模型理论预期的比较、顺排行为，我们将其指定为基于πg_9/2 νd5/2组态的转动带。因组态中并不包含高j的h11/2成分，所以这样的带结构在邻近双奇核中少有发现。而在¹²⁰I这个核素位置，πg_9/2和νd5/2这两个轨道同时更靠近费米面，这种因素为该πg_9/2 νd5/2组态带的布居创造了有利条件。10)本工作确认和采纳了以往工作中建立和指定的πg_9/2 νh_11/2组态带。在120I这个核素的位置，πg_9/2和νh_11/2这两个轨道也同样非常靠近费米面，这为本工作中所确定的该组态带的带首激发能仅为72keV提供了合理的解释。而在另一方面，在质量数A¹00核区，基于此组态的手征双重带被广泛报道。在A¹20核区，是否也存在与100核区相类似的πg_9/2 νh_11/2手征双重带，这是一个很有研究价值的课题。120I中πg_9/2 νh_11/2组态带较低的带首激发能为该组态带的伴带的布居和寻找创造了有利条件。本工作如期建立了该带的伴带，它与主带表现出诸多相似性，例如近乎为0的能量旋称劈裂、规则的转动能级、相近的顺排行为、较高的B（M1）/B（E2）比值等。然而，尽管二者均表现出较高的B（M1）/B（E2）比值，但是伴带与主带相比，B（M1）/B（E2）比值大出近1个量级。因此，我们不认为二者是一对手征双重带。同时，基于相同的理由，我们也不认为伴带来自于πg_9/2 νh_11/2态与核芯γ振动的耦合。我们建议二者均基于πg_9/2 νh_11/2组态，但是它们具有显著不同的形变甚至形状。RMF的计算表明，由于核芯内价核子对所占据的轨道的不同，πg_9/2 νh_11/2组态分别对应的形变极小值点存在可观程度的不同，并且对应的能量也均靠近基态。与两个不同的形变极小值点相关联，在实验上将会看到对应的两条基于相同子壳层组态的转动带。因此，我们关于πg_9/2 νh_11/2组态双重带的形变共存阐述与RMF的理论计算取得了定性的一致。11)在晕带（14⁺）和（22⁺）能级之间，本工作观测到了与退激主路径相平行的退激路径。通过两条平行退激路径能量间隔变化规律的比较，同时结合CSM计算的理论预期，我们认为，在退激主路径中，相继发生了一对g_7/2质子和一对h_11/2中子的拆对，而在平行的另一路径中，上述粒子拆对的发生顺序相反。双奇碘核的晕带一般均呈现类似的复杂退激模式。本工作提出的设想可以为该复杂模式提供合理的解释。12)针对晕带中观测到的同质异能态，我们利用获得的强度数据对它的寿命进行了粗略的估计，结果约为200ns水平。鉴于如此之长的能级寿命，以及结合在Z=50满壳、N=64亚满壳外的核子发生全顺排时晕带自旋值的理论预期，我们建议该同质异能态的成因来自晕坑（yrast trap）效应。同质异能态的自旋宇称为25⁺，其下的跃迁为M3跃迁。13)本工作将基于πh_11/2 νh_11/2组态的晕带和基于πh_11/2 νd_5/2组态的近晕带均建立至较高自旋。TRS计算预期了在较高自旋区域原子核形状向非集体性的γ=+60°的演化，即预期了带终结、全顺排的发生。实验观测结果符合上述理论预期，同时我们对带终结发生后各能级的内禀结构进行了阐述，其中包括114Sn核芯外的全顺排态π[h_11/2(g_7/2)²]_23/2 ν[(h_11/2)³]_27/2和π[h_11/2(g_7/2)²]_23/2 ν[d_5/2(h_11/2)²]_25/2态。而在全顺排态之上，我们继续在实验观测到了多条跃迁，这一观测结果说明在¹¹⁴Sn核芯内的核子对也发生了拆对。这种核芯拆散（core breaking）现象，在^122,123I中也有报道，但由于这种现象只能发生在很高自旋区域，所以在实验上难于观测。上述3个核中该现象的发现对原子核结构的认识有重要意义。