252Cf裂变产物原子核质量的高精度测量

质量是原子核的一个最重要的基本性质。随着质量精度的不断提高，我们可以检验原子核的质量公式、核模型的适用程度，研究核天体物理的核合成过程，检验弱相互作用的对称性、CVC假设，研究原子的结合能、高电荷态离子的QED模型，甚至研究自然界的最基本常数和进行CPT检验。本项目将利用兰州彭宁离子阱（LPT）对252Cf裂变产物的原子核质量进行高精度的测量，以期使相应原子核质量的绝对误差达到10 keV/c2左右，相对误差约为1×10-7, 从而研究Z=53-59，N～90区丰中子原子核的长椭球大形变结构效应。

原子（核）质量的高精度测量已经成为国际核物理界的一个重要且基本的研究课题，国际上许多著名的实验室都建造了彭宁离子阱开展相关研究。本项目计划利用兰州彭宁离子阱(LPT)对252Cf裂变产物的原子核质量进行高精度的测量，从而研究Z=53-59，N～90区丰中子原子核的长椭球大形变结构效应。尽管针对本项目涉及的研究开展了大量相关工作，但非常遗憾的是，由于高磁场强度、高均匀性、高稳定性要求造成的高难度，LPT所需的7T超导磁铁的制造进度不得不大幅度延期，从而影响了本项目目标的最终实现。在本项目的资助下，我们在理论研究、实验技术和设备建设等几个方面都有了非常大的进展，可以说我们离本项目的目标只有一步之遥。具体成果如下：(1) 详细研究了对缓冲气体冷却进行模拟的常用模型，获得了各种模型的能量适用范围。在氦气作为缓冲气体的情况下，粘滞阻力模型和硬球碰撞模型可以用于模拟能量小于~5eV/u的离子的运动，而对于离子分子势模型，相应的值为小于~80eV/u。超过这个能量界限，三种模型都不可用。(2) 用龙格-库塔方法成功研究了彭宁离子阱中离子的复杂运动，并由此推荐了缓冲气体气压、激发电场电压的参考范围分别为0.01-5Pa和2-15V。(3) 用公式推导和反最小二乘法两种方法对彭宁离子阱核心电极电压的最优值进行了研究。(4) 完成了LPT束线的整体装配及各种测试，已经开始了整体调试，得到了部分实验结果。核心部分的装配精度约为10μm左右，其他部分也达到了0.2mm。在未烘烤的情况下，测量阱段的最高真空度已经达到6.08×10-6Pa。纯化阱与测量阱之间的差分系统的真空度差别在30倍左右。在没有超导磁铁的情况下，我们已经成功调试40Ar束流至LPT束线的末端。(5) 成功建设了LPT专用控制系统LPTCtrlSys，并已用于LPT的整体调试中。(6) 完成了7T超导磁铁的线圈绕制、杜瓦加工，开始整体调试。(7) 完成了谐振频率点为300kHz的串联谐振电路实验，证明了该方案的可行性。(8) 完成了252Cf自发裂变源的裂变产物收集及传输装置的准备工作。