Z=50, N=82双幻数丰中子核区原子核质量的高精度测量

The properties of neutron-rich nuclides in the Z=50, N=82 doubly magic region have been hotspot and difficulty for a very long time. Those experimental researches can not only provide important nuclear structure information, such as nuclear deformation, near the doubly magic shell, but also provide data for studying the nucleosynthesis process (r-process) for the stable (long-lifetime radioactive) neutron-rich nuclides heavier than iron in the stellar environment. The masses of neutron-rich nuclides in the Z=50, N=82 doubly magic region will be measured experimentally with high precision by using the JYFLTRAP and the LPT. The mass uncertainty will be around 10 keV/c2, corresponding a relative mass error of around 5×10-8. Thus, the prolate deformation of nuclides in this region and the impact on the r-process in the nuclear astrophysics will be studied with these high precision mass data.

Z=50, N=82双幻数丰中子核区原子核的性质长期以来都是核物理研究的热点和难点。对此核区原子核的实验研究不但可以获得双满壳附近原子核的形变等重要核结构信息，而且可以提供数据以研究星际环境中比铁重的稳定（长寿命放射性）丰中子核素的核合成过程（r过程）。本项目将利用芬兰JYFLTRAP和兰州彭宁离子阱LPT对Z=50, N=82双幻数核区丰中子原子核的质量开展高精度的测量，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5×10-8，从而研究此核区原子核的长椭球形变结构效应，以及这些精确的质量数据对核天体物理中r过程的影响。

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超导磁铁不能按时达到技术要求，出现了短时间内不能解决的技术问题，因此本项目的研究计划调整为MRTOF（多反射飞行时间）质谱仪研制，特别是MRTOF质量分析器的研制。采用MRTOF质谱仪或者潘宁离子阱，实现原子(核)质量的高精度测量，目标一致，只是技术手段不同而已，这也是近物所和中国核物理长期研究计划的一部分。在本项目的资助下，我们获得了以下研究成果：（1）开发并升级了MRTOF质量分析器的几何参数和电极电压参数的优化设计软件MRTOF-OPT。该软件具有搜寻能力强和几何模型扩充潜力强的特点，可同时用于镜电极开关和调能腔两种工作模式的优化。该软件获得了国家版权局颁发的计算机软件著作权登记证书。（2）完成了MRTOF质量分析器的物理设计、机械设计、加工及安装和真空、准直、电子学等调试，编写了一套拥有自主知识产权的控制和数据获取系统软件。正在进行最佳工作状态的实验优化工作。目前观察到的最长飞行时间达到了117 ms（飞行距离2 km）。当飞行时间达到了11.72 ms（飞行距离0.2 km）时，质量分辨本领R达到27000。前期已有结果得到国际同行的强烈关注，收到SMI-2019会议的大会邀请报告。（3）完成了MRTOF质谱仪的低温气体收集系统和射频离子阱系统的物理设计和机械设计，目前正处于机械加工阶段。（4）完成了强流重离子加速器装置HIAF上基于多核子转移反应的低能核结构谱仪LENSHIAF的相关工作，为低能核结构谱仪中气体单元的设计给出了依据。通过以上实验和模拟工作的开展，将使“在中国直接测量重核和超重核质量”的目标成为现实，为HIAF和BISOL等大科学装置上的终端建设和实验研究提供重要的理论依据和设计参考。