原子核质量的测量和评估

质量是原子核的基本性质之一,在核物理和核天体物理中都有重要的应用。原子核质量测量是目前核物理研究的一个前沿热点课题,国际上各个核物理实验室积极发展新设备和新技术,在短寿命放射性核素测量和超高精度质量测量方面取得了重要进展,本文对此进行了总结评述。在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上利用等时性质量谱仪测量了一些原子核的质量,本文对其在测量精度、核态最短寿命等前沿进展做了简要介绍,并介绍了正在发展的双飞行时间质量谱仪。原子质量评估收集所有与原子核质量相关的实验数据,经过评估后推荐出质量值及相应误差。原子质量评估AME2016于2017年3月发表,为科技工作者提供基准数据。

HIRFL-CSR上等时性质量测量进展

基于兰州重离子研究装置冷却储存环(HIRFL-CSR)发展了等时性质谱术(Isochronous mass spectrometry,IMS),高精度测量了一批短寿命原子核的质量并研究了核结构和核天体领域的相关物理问题。本文综述了IMS实验的原理和步骤,重点介绍了目前正在发展的双TOF探测器谱仪。利用双TOF质量谱仪在测量离子回旋周期的同时测量了离子的速度,用来修正实验结果,可以在很宽的动量接收度内实现高质量分辨,并消除离子动量分散带来的系统误差。双TOF等时性质谱术是全新的概念,需要针对性开发相关实验技术。我们建立了基于CSRe的模拟平台,研制了高性能TOF探测器并安装在CSRe直线段,进行了在线束流测试,发展了新的束流光学设置并进行优化,开发了实验数据处理方法并在做进一步优化,并对下一步工作进行了展望。

CSRe储存环等时性模式转变能洛伦兹因子曲线的测量与校正

综述了兰州冷却储存环CSRe上转变能洛伦兹因子的测量与校正的最新进展,详细阐述了基于等时性质谱仪实验数据测量储存环的转变能洛伦兹因子的方法,以及利用CSRe二极、四极、六极磁铁校正转变能洛伦兹因子曲线的结果。实验结果表明,二极磁铁和四极磁铁可以平移转变能洛伦兹因子曲线,六极磁铁可以旋转转变能洛伦兹因子曲线。通过校正CSRe的转变能洛伦兹因子曲线,将CSRe对目标离子的质量分辨能力R=m/△m=3.15(9)×10^4(FWHM)(回旋周期相对误差σT/T=7.3(2)×10^-6)提高到1.72(4)×10^5(FWHM)(σT/T=1.34(3)×10^-6。

缺中子核素101In低位同核异能态的首次观测

在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上,用初级束流112Sn35+轰击了靶厚约10 mm的Be靶,产生了101In的基态和低位同核异能态。这些实验产生的碎片每25 s经过放射性束流线RIBLL2的筛选后注入到实验环CSRe中,利用飞行时间探测器测量离子在CSRe中的回旋周期。在此次实验中,磁场晃动会导致离子在环内的循环周期发生改变,传统的离子鉴别方法难以完成大部分离子的鉴别。通过发展和运用单次注入离子鉴别这一新的离子鉴别方法,有效地消除了磁场晃动对于离子鉴别的影响,并清楚地将101In基态和低位同核异能态鉴别出来,从而首次在实验中观测到101In的低位同核异能态。实验得到的激发能与理论外推值在112 keV的误差范围内一致,其低位同核异能态的寿命大于200μs。

HIAF-SRing的等时性模式光学设计

高精度环形谱仪SRing作为HIAF装置的核心之一,是获取高品质放射性次级束,并将束流用于加速器技术研究、原子物理及核物理实验的关键设备。SRing有三种运行模式:等时性模式、正常模式与内靶模式。等时性模式下,SRing运行在特殊线性光学设置下,可以精确测量寿命低至几十微秒的原子核的质量。介绍SRing等时性模式的线性光学及高阶项校正的设计方案。在使用程序GICOSY进行等时性高阶项校正数值计算后,将得到的光学传输矩阵输入到程序MOCADI进行粒子跟踪模拟。以γ_t=1.43的等时性模式为例,SRing的动量接收度为±0.20%,粒子跟踪结果显示,在仅满足一阶等时性条件时SRing的质量分辨能力R=1.6×10~4。在保证动量接收度不变的前提下,考虑了等时性高阶项校正后SRing的质量分辨能力提高到R=1.2×10~6,达到设计要求。

全剥离离子94m^Ru^44＋的衰变研究

在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上,用等时性质量谱仪首次研究了百微秒量级全剥离离子^(94m)Ru^(44+)的衰变。^(94m)Ru^(44+)由初级束流112Sn轰击Be靶产生,经过放射性束流线RIBLL2的筛选后注入到等时性设置的实验环CSRe中,并利用安装在实验环中的飞行时间探测器测量离子在CSRe中的循环周期。^(94m)Ru^(44+)退激引起的质量改变会带来其循环周期的变化,由此直接观测到了^(94m)Ru^(44+)退激到基态的过程。确定了本次实验中衰变事例探测的灵敏区间,并讨论了衰变发生时刻的测量精度。同时,测量了短寿命核素^(94m)Ru^(44+)的质量,其半衰期约为100μs,这是目前储存环质量谱仪测量的最短寿命核素的质量。