激光冷却囚禁亚稳态氪原子同位素

高效率地冷却和囚禁亚稳态惰性元素原子,可用以研究冷原子间的相互作用,以及通过对放射性同位素的检测实现样品年代测定.本文主要介绍在中国科学技术大学建设的激光冷却氪同位素原子实验装置.目前,我们利用这一装置已经成功地将氪原子的各个稳定同位素进行了激光冷却和囚禁,获得了高浓度的亚稳态冷原子团,并且有望进一步提高装载速率等重要指标,以达到高效率检测应用的需要.

基于原子阱的高精度^(81)Kr定年系统的研制

介绍了基于原子阱的高精度放射性Kr定年系统的搭建工作。该系统可以测量ng/L水平的^(81)Kr同位素的相对丰度。为了提高测量的精度,系统采用了基于拍频锁的高稳定激光系统,通过“跳频”的方法实现了^(81)Kr同位素和参考同位素^(83)Kr测量的快速切换,抑制了由系统效率缓慢漂移带来的影响。另外,参考同位素^(83)Kr装载率通过离子电流方法精密测量,测量精度可以达到0.2‰。通过以上改进,系统单次测量标准样品^(81)Kr同位素相对丰度的精度可达2%的水平,并且相同条件下测量标准样品的结果具有可重复性。该系统结合系统误差校正将可实现高精度的^(81)Kr同位素定年应用。

原子阱,氪-81,撒哈拉的地下水

自放射性碳年龄测定法在1949年首次在实验中得以证实以来,长寿命的由宇宙射线产生的放射性核素痕量分析这一领域,无论是在分析技术还是在可利用的核素种类上,都取得了长足的进步.它所产生的影响已经渗透到广泛的科学和技术领域.文章介绍了一种新的痕量分析方法——原子阱痕量分析(atomtraptraceanalysis,ATTA).这种方法已经用于分析环境样品中的氪-81(半衰期为23万年;同位素含量约为1×10-12)和氪-85(半衰期为10.8年;同位素含量约为2×10-11)核素.氪-81主要由宇宙射线产生于大气层上部.它是理想的测定年代范围从5万年到100万年的水和冰样品的放射性核素.另一方面,氪-85是铀-235和钋-239的核裂变产物.对氪-85的同位素含量测定可以用于监督国际核公约的执行情况.在ATTA中,一个由激光光束和磁场共同产生的原子阱可以有选择地捕陷特定核素的原子.被囚禁的原子可以通过观察其荧光来进行探测.作为ATTA技术的第一次实际应用,一个国际合作小组确定了撒哈拉沙漠地区Nubian含水土层中地下水的寿命.利用ATTA对地下水寿命的成功测定,标志着放射性氪年龄测定法在地球科学中的广泛应用已经具备了可行性.

简单的原子极端的核--对奇异氦的激光捕捉与探测

氦-8(8He)是丰中子核.它由2个质子与6个中子组成,平均寿命为0.2s,其中子丰度是在已知的所有原子核中最高的.氦-8的结构中有一个紧密束缚的α粒子,环绕于α粒子有4个松散的中子,其分布范围较大,形成中子晕.因为氦-8有这特殊的结构,它为研究基础核作用力提供了一个有意义的系统.文章作者近期使用原子阱及激光冷却技术成功地捕捉到这个奇异的氦同位素,并对阱内单原子做了精密的激光光谱测量,由此首次得到氦-8的核电荷半径.这个结果可与不同的核结构理论计算值相比较,有助于了解在极端丰中子环境中的核作用力以及核结构.