原子核质量精密测量的研究进展

原子核质量的精密测量是原子核物理学的重要课题之一,它对探索奇特原子核的结构和性质、重元素核合成之谜等均具有重大意义.文章简要介绍了原子核质量高精度测量的两个主要设备——储存环和潘宁阱,并回顾了近年来原子核质量精密测量在核结构、元素核合成、新同核异能素等领域中的研究亮点,探讨原子核质量测量的发展趋势.     

远离稳定线原子核的实验研究（Ⅰ）

综述了近年来我国在远离稳定线原子核实验研究中取得的重要进展．这些实验研究工作主要是在中国科学院近代物理研究所（ＩＭＰ）、中国原子能科学研究院（ＣＩＡＥ）和中国科学院上海原子核研究所（ＳＩＮＲ）进行的．文章还简要介绍了ＩＭＰ和ＣＩＡＥ现有加速器上研制的放射性束流线及进一步的发展计划．     

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。     

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。Mass is a fundamental property of the atomic nucleus. Nuclear mass data play an important role in nuclear physics and nuclear astrophysics. Thanks to the developments of novel mass spectrometers and radioactive nuclear beam facilities, the experimental knowledge of nuclear masses has been continuously expanding along two main directions, including:measurements aimed at high-precision mass values and at the most exotic nuclei far from the stability. The latest progress are reviewed in the paper. In the past few years, mass measurements of short-lived nuclides were performed using isochronous mass spectrometry based on the Cooler Storage Ring at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou(HIRFL-CSR). The progresses on the frontiers of short half-life and high precision are introduced. The Atomic Mass Evaluation (AME) is the most reliable source for the comprehensive information related to the atomic (nuclear) masses. The latest version of the AME, i.e., AME2016, was published in March, 2017, serving the research community with the benchmark data.     

基于(p,γ)-(γ,p)平衡近似的快质子俘获过程模型及其应用

在(p,γ)-(γ,p)平衡近似下,本文建立了简化的快质子俘获(rp)过程模型, 讨论了天体物理条件输入量 (即质子辐照时间、质子数密度及温度) 对rp过程的影响. 结合中国科学院近代物理研究所等时性质谱仪 (IMS) 上的最新实验数据, 本文进而分析了新测的缺中子原子核质量对rp过程的影响; 发现利用新测的⁴¹Ti质量, A=41处的丰度相较之前的计算结果增大了两个数量级, 而计算的相对丰度误差减小了近两个量级. 关键词： 快质子俘获过程 γ)-(γ,p)平衡')" href="#">(p,γ)-(γ,p)平衡 原子核质量 缺中子原子核     

μ－在原子核上的俘获

利用多体场论方法,本文对μ^－在原子核上的俘获作了系统研究.在没有任何可调参数的情况下,对于从轻核到重核各种原子核上的μ^－俘获率作了计算.发现,自旋-同位旋相关的强作用的重整化效应及μ^－在原子核上的束缚能效应是透彻理解这种弱作用过程的关键.     

原子核质量模型的检验

基于AME2016发布的基态原子核质量数据,分别从模型的精度及实验预言的中子新幻数两方面系统比较分析了八个普适核质量模型的可靠性及预言能力.分区系统的计算了八个核质量模型预言的核质量均方根偏差,分析发现对现有实验数据精确度较好的是Bhagwat和WS4两个模型.通过分析中子壳能隙随中子数的变化趋势发现KTUY, WS3和WS4三个模型可以较好地再现中子新幻数N=32引起的突变行为,预言了在Cl和Ar同位素链中N=32极有可能是新的幻数.通过分析超重区域a衰变能随中子数的变化趋势发现FRDM12, WS3和WS4三个模型均可以较好地再现N=152, 162的子壳现象,且预言了对于质子数Z=108—114同位素链在N=184处原子核的寿命相对较长.     

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）。     

原子核质量的精密测量

一、引言:为什么要测量原子核的质量自然界中万物都是由原子组成的,但是一个原子中的主要质量都集中于原子核,它占原子质量的99.9%以上。在原子核内,其质量与各种力的固有的内在联系,使得原子核的质量成为许多科学研究领域的支柱。因此,原子核的质量,作为它的最主要的特性,无论是在日常生活中,还是在科学技术中都具有主要的地位和作用。     

天体环境下快中子俘获过程相关的核物理*

在人类历史上,曾经吸引无数哲学家、天文学家思考的一个问题是“我们从哪里来”。现代的科学研究揭示了一个答案：恒星。恒星产生了构成生命的主要元素,如碳、氧、氮、硫等,但是比铁更重的元素,如金、铂、铀等,却无法在恒星内部产生。由于原子核物理实验与天文观测技术的限制,这些重元素的起源仍有许多不确定性。文章主要探讨重元素起源的一个重要合成机制——快中子俘获过程,以及相关的原子核物理观测量,如原子核质量、半衰期、中子俘获截面和裂变等,并回顾最新的实验和理论进展。     

Precision mass measurements of short-lived nuclides at HIRFL-CSR in Lanzhou

In recent years, extensive short-lived nuclear mass measurements have been carried out at the Heavy- Ion Research Facility (HIRFL) in Lanzhou using Isochronous Mass Spectrometry (IMS). The obtained mass values have been successfully applied to nuclear structure and astrophysics studies. In this contribution, we give a brief introduction to the nuclear mass measurements at HIRFL-CSR facility. Main technical developments are described and recent results are summarized. Furthermore, we envision the future perspective for the next-generation storage ring facility HIAF in Huizhou.     

Precise Measurement of Muon Capture on the Proton

The aim of the μCap experiment is a 1% measurement of the singlet capture rate Λ _S for the basic electro-weak reaction μ + p → n + ν_μ. This observable is sensitive to the weak form-factors of the nucleon, in particular to the induced pseudoscalar coupling constant g _P . It will provide a rigorous test of theoretical predictions based on the Standard Model and effective theories of QCD. The present method is based on high precision lifetime measurements of μ⁻ in hydrogen gas and the comparison with the free μ⁺ lifetime. The μ⁻ experiment will be performed in ultra-clean, deuterium-depleted H₂ gas at 10 bar. Low density compared to liquid H₂ is chosen to avoid uncertainties due to ppμ formation. A time projection chamber acts as a pure hydrogen active target. It defines the muon stop position in 3D and detects rare background reactions. Decay electrons are tracked in cylindrical wire-chambers and a scintillator array covering 75% of 4π. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

20Mgβ衰变谱学与15O(α,γ)19Ne反应(英文)

15O（α,γ）19Ne（p,γ）20Na反应链是高温CNO循环向快速质子俘获过程突破的一条关键路径,相关的反应率输入量可通过20Mg的β衰变可布居19Ne共振态并测量其衰变性质来获得。通过高效率高精度地测量20Mg β衰变中产生的质子与γ射线得到了20Mg衰变的详细信息,并构建了完整的衰变纲图,还进行了19Ne 4 033 keV共振态衰变性质的探索,获得了该态在20Mg β衰变中被布居的分支比上限。通过比20Mg和20O镜像能级跃迁的结果确认了同位旋非对称性,为检验相关理论模型提供了精确的实验数据。对于突破路径中有重要影响的19Ne 4 033 keV共振态的性质,有待更高统计的实验进一步研究。The breakout from the hot CNO cycle to the rapid proton capture process can occur via the 15O(α,γ)19Ne(p,γ)20Na reaction sequence, and the β decay of 20Mg can be used as an alternative method to characterize some specific resonances, which will provide detailed nuclear structure input for reaction rate calculations. The reliable information on the decay properties and structure of 20Mg was obtained by measuring the emitted particles and γ-rays in the β decay with high efficiency and high resolution. Attempt was also made to search for the decay channels associated with the 4 033 keV resonance in 19Ne. To test fundamental symmetries, the transitions in the mirror decays of 20Mg and 20O were compared. The precise experimental data presented here would be important to constrain the theoretical calculations. It is desirable to clarify the astrophysically relevant problem by further experiments with improved statistics on the basis of the present work.     

重离子冷却贮存环与原子物理研究

文中概要介绍了重离子冷却贮存环的工作过程,对在这个装置上目前进行的原子物理学领域有关前沿研究课题进行了简述和讨论.     

质子滴线区新核素25P的鉴别

在兰州放射性束流装置RIBLL上 ,利用磁刚度B_ρ、飞行时间t_TOF和多重望远镜ΔE- E联合探测方法测量了69Me V/u 36Ar轰击Be靶产生的 P同位素碎片的同位素分布,并与 EPAX经验公式的计算结果进行了比较 ,在质子滴线区首次鉴别出了新核素25PThe mass distribution of the phosphor fragments induced by projectile fragmentation reaction of 69 MeV/u 36Ar + 9Be was measured at the projectile fragment separator RIBLL at IMP. The fragment products were identified by determining the magnetic rigidity Bρ , the time of flight t_TOF and their energy loss ΔE . The experimental isotope distribution was compared to the result of the empirical parameterization EPAX. Three events for the new nuclide 25P in the...     

CSR空间电荷效应的研究

针对兰州重离子加速器冷却储存环的流强设计 ,对其空间电荷效应进行了讨论 .随着流强增高和发射度降低 ,束流自作用场效应 (空间电荷效应 )逐渐显现 .散焦的空间电荷力造成的粒子自由振荡频移和束流包络增长 ,带来了不稳定因素 ,这些不稳定因素就限定了储存环的流强极限.Cooler Storage Ring (CSR), an upgrading program planned at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), will supply beams with higher quality and intensity. Space charge effects should be considered due to this magnitude of intensity in CSR. The concept and some phenomena of space charge effects are discussed. Space charge intensity limit and space charge tune shift of normal CSR operation are given. It is of significance for the construction and operation of the future facility.     

合成和发现超铀化学元素、探索超重核稳定岛

合成新元素拓展元素周期表、探索原子核存在极限是核物理前沿研究领域。相关研究工作涉及的重大物理问题有：存在多少种化学元素？超重元素具有什么样的化学性质？超重元素化学性质是否符合元素周期律的外推预期？最大的核幻数是什么？是否存在稳定的或长寿命的超重核素？在极强库仑场中原子核具有哪些奇特的结构和性质？等等。经过逾半个世纪的不懈努力,元素合成取得了巨大成就,已将周期表从92号扩展至118号元素,完成了周期表上第七周期元素填充。文章回顾了在自然界寻找超重元素的历程,评述了利用人工核反应合成超铀元素和探索理论预言的超重核稳定岛的进展、成果、现状以及目前面临的困难,展望了未来的研究工作,简介了基于国家重大科技基础设施——强流重离子加速器装置开展超重研究的计划。     

冷却储存环主环磁铁的准直测量

采用激光跟踪仪及配套带软件Insight对兰州重离子加速器冷却储存环主环磁铁进行了安装和准直。首先建立全局坐标系,用来确定从源体到实验环各子系统的理论原点的位置;而各个子系统又分别以各自的理论原点为基础建立局部坐标系,用来安装定位本系统内的各个元件;对各个子系统中的每一个元件还采用了元件坐标系。准直测量时,先在每块磁铁上焊接8个测量基准;然后对磁铁上的基准进行测量,以确定其在元件坐标系中的位置;再架设激光跟踪仪,测量主环控制网点,恢复主环局部坐标系,根据元件在主环局部坐标系中的位置及理论坐标,计算出相关的变换参数;转入元件坐标系,采用激光跟踪仪及Insight 软件显示实时测量坐标及其与理论值之差,其精度达到0.15 mm。     

超新星爆发环境核素56,57,59,60Co的电子俘获

基于壳模型与Random Phase Approximation理论, 利用Shell-Model Monte Carlo方法, 研究了超新星爆发环境核素^56,57,59,60Co的电子俘获与电子丰度变化率. 我们的结果与利用Aufderheide方法计算的结果进行了误差对比. 结果表明: 电子俘获率受温度和密度的影响大大增加, 甚至增加达6个数量级以上(如在ρ₇=0.43, Y_e=0.48核素^57,59,60Co). 另一方面, 随着温度和密度的增大, 电子丰度变化率大大降低, 甚至减小达5个数量级以上(如在ρ₇=5.86, Y_e=0.47核素⁵⁹Co). 通过对误差因子的分析表明, 在低温低密度环境二种结果误差较大; 而在高温高密度环境, 二种结果误差相对较小. 关键词： 电子俘获 超新星