高电荷态离子的储存半衰期测量及全剥离94mRu的半衰期测量

Decay of highly charged ions (HCI) has attracted much attention in recent years. An obvious motivation for this research is that stellar nucleosynthesis proceeds at high temperatures where the involved atoms are highly ionized，whose half-lives could be largely modified with respect to neutral atoms. But measuring the nuclear decay rates of HCI is experimentally challenging because it requires 1) producing highly charged ions, 2) storing them for sufficiently long times, and 3) sensitively detecting their decays. By measuring the survival half-life of short-lived, highly charged ions in the storage ring, we can obtain the curve of the survival half-life of the highly charged particles as a function of the number of protons. Combined with the half-life of the neutral atoms, the internal conversion coefficient can be calculated. Besides，the population ratio of 94mRu can also be calculated. This research further improves the measurement of the half-life of short-lived nuclides, which will contribute to understand the decay of highly charged ions，and will have an important impact on the study of the new decay mechanism and elemental nuclear synthesis in the astrophysical environment.

近年来，高电荷态离子的衰变研究得到了广泛的关注。这些研究的主要动机之一是星体核合成过程是在高温条件进行的，而在这个过程中原子都处于高电离状态。与中性原子的半衰期相比，高电荷态离子的半衰期会有较大的改变。在实验上测量高电荷态离子的核衰变率是具有挑战性的，因为它需要1）产生高电荷离子，2）存储时间足够长，3）灵敏地测量其衰变。本项目通过测量短寿命、高电荷态离子在储存环中的储存半衰期，我们可以得到高电荷态粒子的储存半衰期随质子数的变化曲线。根据变化曲线,我们可以得到全剥离同核异能态94mRu44+的半衰期。结合已有的中性原子的半衰期，我们可以计算得到内转换系数，同时还可以计算得到94mRu的产额比。这一研究进一步完善短寿命核素半衰期的测量方法，从而有助于人们对于高电荷态离子衰变的认识与理解，对于人们更好地理解新的衰变机制和天体环境中的元素核合成过程也有着重要的意义。

本项目在HIRFL-CSR的等时性质量谱仪测量同核异能态的寿命的基础上，进一步扩展和完善高电荷态、短寿命核素寿命的测量方法。实验中使用112Sn弹核碎裂反应产生目标核及Tz=3系列部分高电荷态离子，在 CSRe 等时性质谱仪上精确测量全剥离82Sr，86Zr，90Mo，94Ru，94mRu和98Pd这6个Tz=3系列高电荷态离子的储存损失率，同时计算全剥离94mRu的半衰期。.初步分析可得全剥离82Sr，86Zr，90Mo和98Pd四个离子在储存环中的损失寿命分别为617(16)μs，503(4)μs，421(2)μs和337(1)μs，求得损失率与质子数的关系为λ*=-0.00001587*Z*Z+0.001453*Z-0.0307，从而得到全剥离94mRu的损失率λ为0.002515/μs。通过等时性质量谱仪测量Tz=3系列部分短寿命核素的损失率，预期得到与文献类似的变化曲线并求得Tz=3系列全剥离离子的储存半衰期与质子数Z的变化曲线。.初步得到全剥离94Ru和94mRu的损失率分别为0.002971(7)/μs和0.002460(15)/μs，其中94Ru的损失率即真实的损失率，而全剥离94mRu的损失率为总损失率，包含离子的损失率λ以及离子的衰变率λ*。数据分析还在进行中，还需详细分析包括两个方面，一是全剥离94Ru和94mRu这两个核素的进一步准确鉴别；二是全剥离94mRu在储存环中衰变的事例未有效鉴别，需要进一步分析从而得到更为准确的结果。此外得到94mRu的产额比为29(3)%。.本项目首次开展了基于等时性质量谱仪的全剥离离子损失率测量，验证了短寿命、高电荷态离子的损失率与质子数的关系，并得到准确的关系式。同时可基于损失率推导出全剥离94mRu的损失率，从而计算其半衰期。实验中得到的全剥离94mRu个数为114个，较之前的66个提升较大，计算得到的总损失率为308(2)μs，测量精度得到了很大的提升，这也为后续开展内转换系数测量打下坚实的一步。同时本项目为产额比的计算提供了实验方法。本项目有效地扩展了HIRFL-CSR 在高电荷态离子衰变研究方面的应用，也为将来开展衰变相关物理研究提供扎实的基础。