N=126附近Th同位素的高精度质量和无本底α衰变测量
批准号:
12075286
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
田玉林
依托单位:
学科分类:
核结构与衰变
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
田玉林
中文摘要
重核的质量和α衰变测量是核物理研究的前沿和热点。受产生截面小、寿命短、反冲能低等因素的限制,质子数Z≥90、中子数N<126区域内的核素的质量从未被直接测量过,并且,在Z>82、N<126核区内,多个相邻同位素的α衰变能相近,其差别小于探测器的分辨能力,很难通过传统方法精确测量,现有数据存在较大的争议。本项目将在兰州充气谱仪SHANS上利用多反射飞行时间质谱仪,首次直接测量短寿命核素211~216Th的质量,相对精度好于5E-7,并通过质量分析选择出211~214Th同位素,在无本底环境下精确地测量这些核素的α衰变性质,α衰变能精度小于10keV/c2,半衰期相对精度达到10%,从而消除现有数据的分歧。利用这些实验结果,我们将在缺中子重核区检验原子核质量公式,研究核子间的相互作用,分析N=126附近的壳演化规律。
英文摘要
Both mass and α-decay measurements of heavy isotopes are the frontier and hotspot of nuclear physics research. Due to low production rates, short half-lives and low recoil energies of the reaction products, masses of isotopes in the region of proton number Z≥90 and neutron number N<126 have never been measured until now. In addition, in the region of Z>82 and N<126, many neighboring isotopes could not be identified clearly by traditional techniques because their α decay energy differences are less than the resolving power of the detection system, and thus the unclear experimental data has been controversial for decades. In this proposal, the masses of short-lived isotopes 211~216Th will be measured for the first time with relative uncertainties better than 5E-7 by using a multi-reflection time-of-flight mass spectrometer in combination with the gas-filled recoil separator SHANS, and the α-decay energies with uncertainties less than 10 keV/c2 and the half-lives with relative uncertainties better than 10% for isotopes 211~214Th will be identified in a background-free environment. Thus the previous discrepancies will be eliminated by these new experimental data. Based on the experimental results, the nuclear models and/or mass formulas will be tested, the nucleon-nucleon interactions investigated, and the shell structure evolution in the vicinity of N=126 studied.
重核区原子核质量和α衰变的精确测量是当前核物理研究的前沿热点和重要挑战。针对质子数Z≥90、中子数N<126核区原子核质量测量面临的产生截面小、寿命短、反冲能低等实验难题,以及Z>82、N<126核区相邻同位素α衰变能差小于探测器分辨能力导致的测量精度不足等问题,本项目通过发展创新实验方法,开展了系列物理实验研究,取得以下重要进展:.一、成功研制高精度质量测量装置。在兰州充气反冲核分离器SHANS上建成多反射飞行时间质谱仪(MRTOF-MS),该装置由低温气体室、射频离子阱和MRTOF质量分析器三大系统组成。其中,低温气体室核心部件射频毯的传输效率达80%;射频离子阱可产生脉宽小于250 ns的脉冲束;MRTOF质量分析器传输效率超过50%,质量分辨本领优于90,000。通过离线联动调试实验,成功验证了MRTOF质谱仪测量原子核质量的基本原理。.二、实现重核区在线质量测量。利用自主研制的MRTOF质谱仪,采用36Ar+natEu反应体系,首次在重核区开展在线原子核质量测量实验,成功验证了实验方法的可行性,目前实验数据正在深入分析中。.三、取得新核素合成与衰变研究突破。成功合成227Pu、214U、160Os、156W、207Th等新核素,并系统研究其衰变性质;通过提升α衰变测量精度,首次揭示了216U、218U等原子核的精细结构。.上述研究成果为在缺中子重核区开展更高精度的实验研究奠定了方法基础,对深入理解重核区原子核结构和衰变机制具有重要意义。
用于短寿命核研究的多反射飞行时间质量分析器
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批准号:11405243
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2014
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负责人:田玉林
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依托单位:
国内基金
海外基金