常规等时性质量测量中系统性偏差的实验研究

基于重离子储存环建立的等时性质谱术(IMS)是测量远离稳定线核素质量的有效工具。但是，采用常规IMS测量缺中子一侧的核素质量时，发现T_z=-1/2和T_z=-1核素的质量测量结果在宽时域范围内存在系统性偏差。本工作利用CSRe直线段上的双飞行时间(TOF)探测器，同时测量了循环离子的周期和速度。利用这些实验信息，对常规IMS质量测量中出现的系统性偏差进行了研究。发现系统偏差是由于储存的离子动量分布不对称以及储存环能量转变参数γ_t非恒定造成的。在离线数据处理时，发现通过限制动量接收度的大小，可以消除常规IMS质量测量中的系统偏差。这一结果对采用常规IMS进行质量测量具有重要参考价值和指导意义。     

飞秒激光低压镍等离子体光谱的实验研究

分别对低于0.1 MPa的空气和氩气环境气体条件下的飞秒激光镍等离子体光谱进行了实验研究。结果表明,在两种环境气体中,激光镍等离子体光谱均表现为连续谱和原子线状谱的叠加。随着环境气压的降低,由于电子密度的下降,从而使得低压条件下的谱线比高压条件下的谱线具有更好的分辨特性。同时,谱线强度经历了由缓慢增强发展到迅速降低的演化过程。另外,还讨论了环境气体成分对谱线强度的影响。     

飞秒激光低压N2等离子体特性的实验研究

在低于一个标准大气压的条件下对飞秒激光产生的N₂等离子体光谱进行了实验研究.结果表明, 各种样品气压下的激光N₂等离子体光谱均表现为连续谱和线状谱的叠加.随着样品气压的降低, 连续谱和原子谱线的强度经历了由缓慢增强发展为缓慢降低再到迅速降低的过程, 而正一价离子谱线强度呈现逐步增强的特征.在气压低于0.3 atm (1 atm=101325 Pa)时, 出现了正二价态的离子谱线. 给出了低压N₂等离子体对于飞秒激光传输和能量吸收的物理特性, 并初步讨论了低压等离子体通道特性.这些结果有助于加深了解飞秒激光等离子体的特性和机理, 特别是给出了在实验上测量不同价态离子光谱的条件, 为今后的研究提供了有益的实验依据. 关键词： 飞秒激光 气压 等离子体光谱 激光传输     

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。     

放射性核素寿命计算方法的模拟研究

根据几种常用放射性核素的寿命计算方法，通过模拟数据研究了直接拟合法、对数时间法、极大似然法、观测时间受限时的极大似然法等四种寿命计算方法的适用范围。当观测时间不受限时，研究了在不同计数下寿命计算方法的适用范围。当观测时间受限时，研究了在不同观测时间窗口下寿命计算方法的适用范围。模拟中选用全剥离离子94mRu44+作为目标核素，得到了不同计数及不同观测时间窗口下的寿命及其误差，并给出了四种方法的适用范围。94mRu44+寿命的模拟结果与在兰州等时性质量谱仪上获得的实验结果在一倍标准偏差范围内一致，从而进一步验证了寿命计算方法的适用范围及模拟数据的可靠性。该模拟结果可为寿命测量实验设计提供理论依据和参考。     

全剥离离子94mRu44+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94mRu44+的衰变。94mRu44+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。94mRu44+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94mRu44+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94mRu44+的质量,其半衰期约为100 μs,这是目前储存环质量谱仪测量的最短寿命核素的质量。The decay of the fully stripped ion 94mRu44+ in the order of one hundred microseconds has been studied for the first time by using the Isochronous Mass Spectrometry (IMS) at the HIRFL-CSR facility in Lanzhou. 94mRu44+ was produced via projectile fragmentation of a 112Sn primary beam bombarding on a 9Be production target. After the in-flight separation with RIBLL2, the ions were injected into the experimental ring (CSRe) and then stored there. The revolution times of the stored ions were measured by a Time-of-Flight (TOF) detector. Due to the mass change of a 94mRu44+ ion caused by its de-excitation to the ground state, hence the revolution time change, the decay process of 94mRu44+ could be directly observed in the CSRe. The sensitive window for detection of the decay events and the measurement precision of the decay time have been determined in this work. At the same time, we measured the mass of short-lived 94mRu44+ with the half-life about one hundred microseconds, which is the shortest among nuclides that have been studied by using storage-ring mass-spectrometry.     

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200 μs。Isochronous mass spectrometry has been applied to 112Sn projectile fragments at the HIRFL-CSR facility in Lanzhou. To produce short-lived nuclei of interest, we used projectile fragmentation of 112Sn35+ primary beams in a~10 mm thick 9Be production target. The fragments were selected and analyzed by RIBLL2 and injected into the experimental storage ring(CSRe) every 25 s. To measure revolution times of stored ions,we used a Time-Of-Flight detector installed in CSRe. A new particle identification method was developed to distinguish ions on the measured revolution time spectrum for each injection. Based on this method, the shifts of the revolution time due to instable dipole magnet fields can be corrected and the ground and isomeric states of 101In have been well-resolved. The measured excitation energy is consistent with the theoretical value in the error range of 112 keV. The lifetime of the isomeric states of 101In is more than 200 μs.     

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。