质量数A小于100缺中子核区短寿命原子核质量测量

Using the newly-built heavy-ion acceleration complex HIRFL-CSR in Lanzhou， we propose to carry out the precision mass measurements for the short-lived nuclei in the A<100 neutron-deficient region. Experimental results from this project allow us to 1) test the validity of the famous isosbaric multiplet mass equation IMME in fp shell for the first time, and 2) to study and explore the possible isospin symmetry breaking in the fp shell. We will also investigate the effects of our measurements on the nucleosythesis calculations in the rp process in the stellar environments with the help of theoretical models.

基于国家大科学装置HIRFL-CSR，在质量数A<100的缺中子核区，对一批短寿命核素进行首次或更精确的质量测量。基于这些高精度质量数据，我们将首次在fp壳对同位旋多重态质量公式的有效性进行检验，研究和探索在fp壳可能出现的同位旋对称性破缺。同时利用我们新的原子核质量数据，结合核天体物理理论模型计算，将对天体环境中快质子俘获过程（rp过程）、核合成路径以及元素丰度有一个新的认识。

在自然科学基金联合基金项目的资助下，基于国家大科学装置HIRFL-CSR，对近质子滴线短寿命核素41Ti、45Cr、49Fe、53Ni、51Co、52Co基态及其同质异能态的质量以及94Ru同质异能态的质量和衰变寿命进行了精确的测量,利用精确测定的质量数据研究了同位旋多重态质量公式(IMME)在描述fp壳层原子核质量上的适用性，研究了天体环境中快速质子俘获过程(rp-过程)在低质量区的核合成路径， 取得了一批有重要学术意义的科研成果。此项目取得的重要科研成果有：1）首次发展了电荷分辨的等时性质谱仪技术，精确测定了短寿命核素51Co的质量值。实验结果表明，在pf壳原子核质量的理论计算中，必须考虑同位旋不守恒相互作用的影响。2）精确测定了45Cr的质量，确定了X-射线暴模型计算在质量数A=40附近rp过程核反应路径的走向，否定了理论预言的Ca-Sc循环的存在；3）精确测量了52Co基态及其同核异能态的质量，质量相对精度σm/m达到了1.6*10-7，是目前国际同类装置测量的最高水平。利用精确测量的质量数据结合已知的衰变数据，重新构建了52Niβ衰变纲图，并重新指认了52Co中T=2的同位旋相似态，发现IMME公式依然能够描述质量数A=52、同位旋T=2的同位旋相似态的质量关系。对重新指认的52Co的T=2 同位旋相似态进行壳模型理论计算，研究发现52Co的T=2 同位旋相似态中同位旋混合程度极低，其主要通过γ跃迁退激，而通过质子发射到51Fe基态衰变道几乎可以忽略。这一发现进一步丰富了人们对于β衰变及同位旋相似态的认识，并指出了在β缓发质子衰变研究中普遍使用了50年之久的同位旋相似态指认规则的局限性。4）进行了双飞行时间探测器等时性质谱仪的研发，旨在保证储存环有大的磁钢度接受度前提下，利用速度测量信息，提高等时性质谱仪的质量分辨能力，相关研究工作正在进展当中。基于这些研究成果，在国内外核物理学科 核心学术刊物上发表论文 20 篇（均为 SCI 收录）。