等时性质量谱仪中N=Z核质量测量的方法探索

N=Z核的质量数据对于研究rp-和νp-过程至关重要。此外,N=Z原子核的质量数据将会帮助我们解决与核结构有关的许多关键问题。结合碎片分离器的等时性质谱仪（Isochronous mass spectrometry,IMS）是十分快速有效而且高分辨的质量测量工具。由于N=Z核的m/q值非常接近,目前国际上的储存环质量谱仪CSRe/IMP和ESR/GSI还无法实现对N=Z核运用飞行时间谱进行鉴别,因而无法对它们进行质量测量。在日本理化学研究所的仁科加速器中心新建了专用的等时性质谱仪（IMS）,即稀有放射性同位素储存环"Rare-RI Ring"（R3）,以确定短寿命的放射性原子核的质量,其目标质量相对精度为10-6。R3质谱仪与高分辨的碎片分离器BigRIPS的组合,运用束流线的高分辨的离子鉴别,使得R3上的IMS方法对N=Z核进行质量测量成为可能。本文设计了专用的等时性束流光学设置,模拟了124Xe的主束经过碎裂反应产生的N=Z核在束流线中穿过各焦平面的径迹、能量、速度等信息,同时检验了这些次级束在环内的飞行时间相对于动量的变化关系。模拟的结果表明:当储存环的等时性光学设置在某一个N=Z核时,所有其它N=Z核在环内的回旋时间也与动量弥散无关,说明了这些核也满足等时性条件。基于N=Z核的这种等时性的特点,本文对R3上刻度N=Z核的方法也进行了讨论。     

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。     

核素等时性质量测量实验中一种基于离子速度纯化次级束的方法

等时性质量谱仪（Isochronous Mass Spectrometry,IMS）是测量短寿命核素质量的有效实验装置。在IMS核素质量测量实验过程中,目标核素通过弹核碎裂反应产生,并被次级束流线分离、传输后注入到储存环内。由于远离稳定线的目标核素产额非常低,经常伴随大量杂质核素产生,这些杂质离子会加重飞行时间探测器（Time of Flight,TOF）系统的工作负担。在HIRFL-CSR利用IMS进行核素质量测量实验过程中,发展了一种进一步纯化筛选次级离子的方法,以减轻TOF系统的工作负担。基于次级离子在束流线中飞行速度的差异性,利用HIRFL-CSR踢轨磁铁（Kicker）系统,调节次级束流注入CSRe的时间,使次级离子得到进一步筛选和纯化后注入到CSRe内。在实验中,我们测试并验证了该方法的可行性,并讨论了它在纯化次级束流方面的作用。The isochronous Mass Spectrometry (IMS) is a powerful experimental instrument for measuring masses of short-lived nuclides.In the IMS,the nuclides of interest are produced via the projectile fragmentation reaction,then injected into the storage ring after the in-flight separation with beam line.The yields of the nuclides of interest are usually very small accompanying a huge amount of contaminant nuclides,aggravating the load of time-of-flight (TOF) detector.In the IMS nuclear mass measurement experiment conducted at the HIRFL-CSR,we developed a method of purifying the secondary beam fragments to ease the burden of the TOF detector,which is based on the differences of the ions' velocities in the beam line and realized by adjusting the injection time of secondary fragments using the Kicker system of the HIRFL-CSR.We tested and verified the method in an online experiment,and its performance is discussed in this paper.     

合肥光源储存环聚焦模型标定

 描述了利用轨道响应矩阵拟合技术标定合肥光源储存环聚焦模型的过程及实验结果。通过响应矩阵分析，得到了合肥光源储存环弯铁边缘聚焦强度约为0.1 mrad/A，场积分为0.62~0.63，考虑了四极铁聚焦强度的修正系数的影响，发现了原四极铁磁测数据中较大的系统偏差，分析结果和备用磁铁的磁场测量数据吻合良好。在此基础上建立的合肥光源储存环理论模型可以准确地描述实际储存环线性光学特性。     

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）×104（FWHM）（回旋周期相对误差σT/T=7.3（2）×10-6）提高到1.72（4）×105（FWHM）（σT/T=1.34（3）×10-6）。     

中低速C3+与He，Ne，Ar原子相互作用过程中单电子转移绝对截面的测量

实验测量了1.7v₀—4.2v₀(v₀为玻尔速度,v₀=2.19×10⁸cm/s)的C³⁺与He,Ne,Ar原子碰撞过程中单电子转移绝对截面.将实验结果与多体经典轨道蒙特卡罗模拟计算结果做了比较,发现测量结果与多体经典轨道蒙特卡罗模拟计算结果在趋势上相符.当入射离子速度在1.7v₀—2 关键词： 离子-原子碰撞 单电子转移 绝对截面     

合肥电子储存环基本参数的测量

 为了给改造后的合肥储存环留下参考数据,同时为了找到储存环存在的物理问题,储存环特性参数首次被系统测量,它们是动量扩张因子、色散函数、自然色品、校正色品和中心频率。     

CH4或CH4+Ar介质阻挡放电中的离子能量和类金刚石膜制备

实验上，利用纯CH₄及CH₄+Ar在几百帕量级气压下的介质阻挡放电 制备类金刚石膜，研究了气压p与放电间隙d乘积(pd值)以及Ar的体积百分比R_Ar 对膜硬度的影响.理论上，从离子与气体分子的双体碰撞出发，利用较高折合电场强度E/n( 电场强度与粒子数密度之比)下离子及中性粒子速度分布的双温模型、离子在其他气体中运 动时遵守的朗之万方程及离子在混合气体中运动时遵守的布兰克法则，对CH⁺4和Ar⁺离子能量进行了分析.结果表明：1)CH₄介质阻挡 放电中，pd值由1.862×10³Pa mm降低至2.66×10²Pa mm时，CH+₄能量由5.4eV增加到163eV，类金刚石膜硬度由2.1GPa提高到17.6GPa ; 2) 保持总气压p=100Pa,放电间距d=5mm不变，在CH₄中加入Ar气，当R_Ar 由20％增加至83%时，CH⁺₄的能量由69eV增加到92eV,而Ar＋能量由93eV降低至72eV.虽然CH⁺₄能量增加有助于提高 沉积膜硬度，但当R_Ar大于67%，高强度Ar⁺轰击会导致膜表面石墨 化，膜硬度降低.为了验证离子能量理论模型的正确性，实验测量了H₂介质阻挡 放电中离子能量，测量结果与理论计算之间最大相对误差为16%. 关键词： 离子能量 介质阻挡放电 类金刚石膜     

逐圈测量系统定标和新近实验结果

 主要介绍了合肥光源储存环上，正在应用和改进中的逐圈测量系统的定标和灵敏度；比较和分析了利用该系统获得的储存环200MeV 和 800MeV damping时间测量结果；在环注入调试中发现了束流积累限制的原因。它不仅可测到储存环的damping时间、beta振荡幅度和工作点瞬时变化，而且是研究抑制环的束流不稳定性和提高注入积累效率的重要测量手段。系统使用对数比电路完成位置信号处理，具有宽的动态范围和带宽以及好的线性度和稳定的运行性能，而且造价低廉，易实现。     

四氟化碳分子电离解离过程中的异构化动力学

采用离子动量成像谱仪研究了能量为1.0 ke V的电子束碰撞条件下CF₄分子的解离动力学.实验上，对解离离子的三维动量进行了成像测量，通过离子飞行时间关联谱识别了CF₄²⁺异构化生成F₂⁺分子的两个通道:F₂⁺+CF₂⁺与CF⁺+F₂⁺+F，得到了两个通道的离子动能及动能释放分布.对于其中的三体解离通道，我们进一步采用Dalitz图与Newton图等三体动力学分析方法对解离碎片的动量关联进行了分析.该通道以两个带电离子的背对背出射为主，中性的F原子作为旁观者只得到极小的反冲动量.     

基于HIRFL-CSR测量丰中子重核质量的建议

丰中子重核区有大量原子核质量未知,迫切需要实验测量。我们建议,利用兰州重离子加速器研究装置HIRFL-CSR上的等时性质谱术,高精度测量204Pt等丰中子重核的质量。CSR质量测量实验中,在目标核产额尽可能高的前提下,需要每次注入都有多个离子同时储存到实验环CSRe中,才能针对逐次注入修正磁场晃动的影响,得到高精度测量结果。但在丰中子核区,当目标核产生截面非常低时,每次注入能储存到环中的离子数目太少。为了解决这个问题,我们提出了一种"混合厚度靶"的方法,在不明显改变目标核产额的情况下,显著增加同时储存在CSRe中的离子数,满足实验要求。模拟计算表明,在CSRe测量丰中子重核质量是可行的,并推荐了实验的设置。     

Y3Fe5-xMnxO12的磁结构和磁性能

对多晶Y₃Fe₃Fe_5-xMn_xO₁₂(x=0.05和0.09),得到300K下的中子衍射曲线。发现当x=0.05时,Mn³⁺离子占据16a和24d位置的几率分别为0.72和0.28;当x=0.09时,Mn³⁺离子全部占据16a位置;还得到两种组分16a和24d位置各自的磁矩值。在外磁场(800—10KOe)下测量Y₃Fe_5-xMn_xO₁₂(x=0—0.11)的磁化曲线,温度范围是1.5—300K。得到饱和磁矩值;并利用趋近饱和定律确定1.5K下的磁晶各向异性常数k₁值,发现|k₁|值随含锰量增加而减小。 关键词：     

一套研究重离子—原子碰撞过程中小角度散射的散射粒子—反冲离子飞行时间谱仪系统

本文报导通过测量离子—原子碰撞过程中反冲离子横向动量的方法获得散射角θ≤10~(-4)rad的单重和多重电离截面,即散射粒子—反冲离子飞行时间谱仪系统。文中将介绍建于兰州大学2×1.7MV串列加速器上的散射粒子—反冲离子飞行时间谱仪系统的机械设计,性能参数,数据获取,电子学框图以及利用1MeV质子轰击氩气时测量反冲氩离子飞行时间谱的试运行实验及结果。     

一套研究重离子—原子碰撞过程中小角度散射的散射粒子—反…

本报导通过测量离子－原子碰撞过程中反冲离子横向动量的方法获得散射角θ≤１０＾－＾４ｒａｄ的单重和多重电离截面，即散射粒子－反冲离子飞行时间谱仪系统。中将介绍建于兰州大学２×１．７ＭＶ串列加速器上的散射粒子－反冲离子飞行间谱仪系统的机械设计，性能参数，数据获取，电子学框图以及利用１ＭｅＶ质子轰击氩气时测量反冲氩离子飞行时间谱的试运行实验及结果。     

原子核质量的高精度测量

原子核的质量直接反映了核内强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用的结果.文章简要阐述了原子核质量测量的意义、现状和主要方法,介绍了基于兰州重离子冷却储存环的原子核质量测量实验,比较了首次得到的63Ge,65As,67Se和71Kr核质量测量值与理论计算结果,探讨了65As质量对天体物理快质子俘获过程的影响,文章最后给出了今后的研究内容.中国科学院近代物理研究所在轻质量丰中子区,系统测量了从Ne到Ca核素的质量,研究了N=20和28幻数随中子数和质子数变化的演化;在丰质子区,精确测量了快质子俘获路径上关键核素的质量,为解释X射线暴等爆发性天体过程提供重要的质量数据;在中重丰中子区,系统地测量丰中子核质量,通过天体网络计算模拟超新星爆发中的快中子俘获过程.     

兰州重离子加速器冷却储存环中电子冷却性能

为了在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上开展一维离子束序化的研究,在CSR主环上,对6.39 MeV/u的58Ni19+离子束进行了冷却累积实验。测量了离子束与电子束之间不同的水平、垂直夹角以及不同电子束剖面的情况下,束流累积及束流寿命变化情况;重点研究了离子束衰减过程中动量分散随离子数的变化规律,拟合计算得到了动量分散随离子数按照幂函数衰减的指数;在给定离子数的情况下,动量分散随夹角、电子束剖面的依赖关系,为下一步在CSR上获得纵向一维有序化离子束的研究做准备。在实验中观测到在较大的夹角情况下,离子束出现纵向振荡和中心频率移动。     

中低能非全裸C离子与He原子的碰撞研究

采用反冲离子飞行时间-散射离子位置灵敏符合测量技术，测量了能量范围在0.7v₀—4.4v₀(v₀为玻尔速度)的碳离子C^q+(q=1—4)与He原子碰撞过程不同出射道靶原子的双电离与单电离截面比R，包括入射离子不损失电子(直接电离)的出射道(R_q,q),入射离子俘获一个电子的出射道(R_q,q-1)和入射离子损失一个电子的出射道(R_q,q+1)，并研究了R随入射C离子的能量及电荷态的变化关系.实验表明，对给定电荷态的入射离子，靶原子的双电离与单电离截面比R与出射道有很强的依赖关系，即R_q,q<R_q,q+1<R_q,q-1.直接电离出射道截面比R_q,q与入射离子电荷态几乎无关，而入射离子俘获一个电子的出射道和损失一个电子的出射道靶原子双电离与单电离截面比R_q,q-1和R_q,q+1却与入射离子电荷态有很强的关系.采用原子极化理论和电子屏蔽与反屏蔽作用对实验结果进行了解释. 关键词： 离子-原子碰撞 电离 截面比     

缺中子Np新核素的α衰变研究

合成远离稳定线的新核素、探索原子核存在的极限是目前核物理研究的重要课题。在中子壳N=126的最丰质子一侧，极端缺中子的超铀核素处于质子滴线和中子壳的交叉位置，合成和研究该核区核素对研究N=126壳结构的演化性质具有重要意义。基于兰州重离子加速器上的充气反冲核谱仪装置(SHANS)，利用36,40Ar+185,187Re熔合蒸发反应，合成了极缺中子的219,220,223,224Np新核素，在中子壳N=126附近首次建立了Np同位素链的$ \alpha$衰变系统性，获得了N=126壳效应在Np同位素链中依然存在的实验证据。依据单质子分离能的系统性分析，确定了Np同位素链中质子滴线的位置，219Np也成为目前已知的最重的质子滴线外核素。此外，基于实验测量的反应截面，并与理论模型的计算结果相比较，讨论了进一步合成该核区其它新核素218,221,222Np的可行性。     

衍射极限环光源纵向束流注入非线性优化

下一代同步辐射光源储存环动力学孔径较小,因而束流注入困难,可以通过纵向束流注入解决这一问题。为了使用更长的kicker脉冲,有必要降低高频频率以增加注入束流到储存束流的时移。因为同步辐射运动,时移更长的束流有更高的动量偏差,所以通过该方法进行注入需要储存环提供足够大的能量接受度和动力学孔径。用SSRF-U的候选磁聚焦结构来展示纵向束流注入非线性优化的可行方法。由一系列高频频率的最佳结果可知,低于界限频率时kicker脉冲不会继续增长。在束流模拟中,采用界限频率与合适六级铁强度,可使SSRF-U储存环束流注入达到最高效率。     

不稳定原子核β衰变强度的实验测量方法

原子核的β衰变是指原子核放射出β粒子或俘获电子而进行的转变。对β衰变强度S_β(E)的精确测量，对探索不稳定原子核的结构、揭秘恒星核合成过程、验证β衰变理论等方面均存在着重要意义。实验上，为了测量β衰变强度，一种方法是利用β-γ符合测量或者全吸收谱仪对β衰变产物进行直接测量，这种方法可以给出子核在Q_β窗口内的衰变信息。另一种方法是利用在中等能区(100~400 MeV/u)进行的电荷交换反应，如(p,n)或(3He,t)，通过微分截面的高精度测量获得子核的β衰变强度，这种方法可以用于研究子核在Q_β窗外的衰变强度，但是对束流强度有较高的要求，尚无法系统研究产额较低的不稳定原子核。有鉴于此，本文提出对不稳定核素的电荷交换反应总截面进行系统测量，结合核反应理论，这种方法有望约束不稳定核素在质子发射阈下的Gamow-Teller跃迁的总强度。最后简要介绍了已开展和计划开展的工作。