基于HIRFL-CSR的原子核质量测量实验进展

质量是原子核最基本的性质之一,核质量数据被广泛应用于核结构及核天体物理等多个研究领域.短寿命原子核质量的高精度测量是核物理研究的前沿课题.基于兰州重离子加速器装置HIRFL-CSR(cooler storage ring of heavy ion research facility in Lanzhou),我们建设了先进的等时性质谱术,精确测量了一批短寿命原子核的质量,研究了核结构及核天体物理中的前沿科学问题.本文介绍了国际研究现状,回顾了冷却储存实验环(experimental cooler storage ring, CSRe)质量测量发展过程,综述了近期取得的一些代表性成果,并对未来工作进行了展望.     

原子核相对论密度泛函理论

随着世界范围内稀有同位素束流装置的发展,人们对原子核的认识从稳定核拓展至不稳定核.在不稳定原子核中涌现出许多新奇的物理现象,而研究这些现象是核物理领域的重要课题.过去几十年中,原子核相对论密度泛函理论取得了长足的发展,在描述和解释原子核各种性质方面取得了很大成功.本文介绍原子核物理中相对论密度泛函理论的基本概念,简要回顾相对论密度泛函的发展历史,阐述相对论密度泛函理论在描述原子核性质方面的优势和特点,主要讨论相对论密度泛函理论在原子核质量、手征进动以及裂变动力学方面的最新应用.最后,文章简要综述原子核相对论第一性原理计算的最新成果,这些成果为进一步构建微观普适的第一性原理相对论密度泛函奠定了基础.     

原子核电荷改变反应截面的测量及电荷半径

原子核是由强相互作用将核子(包括质子和中子)束缚而成的一个有限量子多体系统,是物质结构的一个重要微观层次,其尺度在费米量级.实验上,在不同能区开展的核反应是研究原子核结构和性质的重要手段.近年来,核反应研究的一个新的增长点是对奇特原子核开展电荷改变反应截面(charge-changing cross section, CCCS)的系统测量,探索可能存在的奇特结构和新奇现象.原子核电荷改变反应截面指的是炮弹原子核在与反应靶中原子核碰撞发生相互作用后,弹核中质子数减少的总概率,反映了参与反应的弹核和靶核之间的碰撞几何截面,可用于提取弹核的电荷半径.本文回顾了世界范围内原子核电荷改变反应截面测量的进展,内容从20世纪80年代末期放射性核束物理开始时的早期工作到远离稳定线丰中子原子核的最新进展;介绍了基于兰州重离子加速器装置(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, HIRFL)开展的研究工作,初步测量了30余个轻原子核的电荷改变反应截面,下一步计划开展sd壳原子核的系统测量,研究Z(N)=14、16处的壳层结构;讨论并分析了当前实验研究中的主要问题和拓展...     

分子阿秒超快动力学精密测量与调控

少周期飞秒脉冲激光和桌面化极紫外阿秒光源的发展为在原子分子层面探究电子和原子核超快运动提供了飞秒到阿秒时间尺度的探测标尺。围绕双光子干涉阿秒拍频重构技术、阿秒条纹相机技术、阿秒钟技术以及阿秒瞬态吸收光谱技术等不同的阿秒测量谱学方法，主要梳理了飞秒和阿秒光脉冲在分子电离解离超快精密测控领域的最新进展，探讨了分子化学键断裂重组过程中的电子跃迁、电荷转移、电子-电子关联、电子-原子核振转耦合等超快动力学行为。     

封面说明

正原子核是物质结构的一个基本微观层次,核物理研究中的重大科学涉及核力以及核力管控核中核子的方式.定量地理解这些科学问题,需要构建不同特征的"核场所",沿着不同的"途径",采取不同的"方法"来探究原子核的特性.为此,现代核物理研究主要依托大型科学研究装置,采用先进的实验技术和方法来研究不稳定原子核的静态(核结构)和动态(核反应)性质.兰州重离子加速器研究装置HIRFL是我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到国际先进水平.     

质子发射核结构研究进展

关于远离β稳定线的原子核的研究是当前原子核结构领域的一个重要前沿.质子发射现象是远离β稳定线的原子核的一种重要衰变模式,可以为研究质子滴线附近的原子核性质提供宝贵的信息.现代实验技术已经能够比较深入地研究极端条件下的原子核结构情况,许多最新实验结果为人们理解奇特原子核的性质起到了重要作用.本文试图综述近年来国际上关于质子发射核研究的进展,旨在为质子发射核结构研究提供一些参考.     

兰州重离子加速器及热核和远离核实验研究

当代原子核物理的前沿是极端条件下原子核的研究.重离子核物理正沿着能量(激发能、核温度)、同位旋和自旋3个维度及非核自由度不断取得新的进展.与重离子物理的发展相适应,重离子加速器技术正在向更高能量、多种类放射性束和高品质(低能散和低发射度)束流3个方向发展.兰州重离子加速器(HIRFL)是加速低、中能重离子束流的回旋加速器系统(见图1).近年来在HIRFL上进行了炮弹碎裂(PF)型放射性束流线RIBLL和电子回旋共振(ECR)离子源的研制.这是HIRFL最重要的发展升级.利用HIRFL系统和其他实验装置,中国科学院近代物理研究所(IMP)在重离子物理关于热核和远离稳定线原子核前沿领域的实验研究中取得了重要进展.本文以PF型RIBLL和ECR离子源研制为重点,介绍HIRFL的最新发展;综述 HIR-FL上的中能重离子碰撞热核性质研究,包括轻粒子发射时标和发射源时空演化、三和四重碎片发射、复杂碎片发射机制、靶余核质量产额分布和相关衰变机制、热核限制性温度和不稳定核在平面和出平面发射等;本文还讨论近代物理研究所在HIRFL和高压倍加器强中子源及其他实验装置上远离稳定线新核素的合成,及远离核衰变性质和核结构研究的重要进     

基于形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论构建高精度原子核质量表

质量是原子核最基本的物理量之一,是理解核子间相互作用、揭示壳结构演化和确定滴线位置的关键,是研究核反应和核衰变的基本信息,同时也是探索元素起源等问题必需的核物理输入量,对粒子物理与核物理、天体物理和宇宙学等学科至关重要.尽管短寿命原子核质量的测量工作已经取得很大进展,但是在可预见的将来,大部分远离稳定谷的奇特原子核质量仍依赖理论模型预言和计算.本文介绍了原子核质量模型的重要发展历程、相对论密度泛函理论描述原子核现象的成功、基于相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论构建的目前唯一考虑连续谱效应的原子核质量表,以及拟基于形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论建立高精度原子核质量表的最新进展和展望.     

超核物理

自第一个■超核发现后,原子核只是由中子和质子组成的传统观念被打破了.超核物理为原子核物理开辟了一个崭新的研究领域,它不仅加深了人类对原子核的认识,而且为研究基本相互作用提供了新手段.近年来,无论在实验上还是在理论上,都开展了大量工作,使超核物理成为中、高能核物理的一个重要分支.《超核物理》对此作了介绍.     

北京丰中子束流装置及其应用前景

放射性核束物理和核天体物理是国际核物理研究的前沿,关键科学问题包括:壳演化和新幻数、原子核的中子稳定极限(中子滴线)、超重新元素的合成、原子核的晕结构、新的衰变模式、宇宙中铁以上重元素的核合成机制等.为了解决这些关键科学问题,世界各国都投入大量人力物力建造可以用来产生放射性核束的大型实验装置.综述了国内外已有、在建和计划中的核物理不稳定核束装置情况,并介绍了新一代装置——北京丰中子束流装置(BISOL)的设想.BISOL装置计划采用反应堆和强流氘加速器双驱动源,综合在线同位素分离和炮弹碎裂两种成熟技术,可产生比国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流,同时通过建设强流氘加速器,提供国际最强的加速器中子源之一,以此为基础大力推进核能系统材料研究.     

飞秒相干反斯托克斯Raman光谱技术与细胞识别的Raman光谱显微探针技术

飞秒相干反斯托克斯Raman光谱技术高分辨率飞秒相干反斯托克斯Raman光谱(CARS)的研究涉及非线性光学、激光光谱学、超快激光技术、量子光学、原子分子物理学及计算机优化控制理论与技术等学科领域。基于超快脉冲激光的整形、放大和压缩技术,利用飞秒整形激光脉冲与特定量子体系相互作用,产生非线性光学相干反斯托克斯Raman光谱(CARS),实现特定Raman模的选择相干抑制或增强,提高了Ra-man光谱的灵敏度、选择性、频谱分辨率和空间分辨率等,可望为材料科学和生物医药等领域的研究提供全新的技术和方法。Raman光谱技术是研究材料、生物医药…     

多重子系统和轻Λ超核

轻Λ超核是一种多重子系统,对这种系统可以用群论描述。Lipkin曾提出将基本粒子SU(3)么正对称理论用于多重子系统(原子核和超核)。其后,为研究Λ超核,人们又提出由p.n.Λ组成SU(3)群,在这种近似下,用坂田模型描述Λ超核更方便,如可不考虑Λ和Σ~0混合等问题。 用这类模型研究Λ超核有许多工作,通常是在SU(3)分类基础上,选取唯象势计算Λ超核能谱。应指出,计算结果与势密切相关,势不同有时甚至会得出相反的结果。因此,利用     

新型差分速度调制激光光谱技术

报道新型差分速度调制激光光谱技术的实验研究工作.利用这种新型差分速度调制激光光谱技术,测量了N+2A2ΠuΣ+g(2,0)带的跃迁谱线,得到的谱线信噪比超过500∶1,较非差分速度调制光谱技术提高60倍左右.利用这套光谱仪,观测到了CS+A2Π3/2-X2Σ+(1,0)带的高分辨电子吸收光谱,表明这种激光光谱技术在探测分子离子方面有着广阔的应用前景.     

重离子核物理

所谓重离子就是指一切质量大于氦核的原子核的总称.重离子核物理乃是利用能量接近或超过靶核库仑位垒的炮弹轰击各种原子核,从而研究原子核的结构性质、衰变性质和原子核反应规律的一门学科.它是原子核物理的重要分支,而且是当代原子核物理的一个十分活跃的前沿阵地. 为了识别原子核,人们习惯于把各种原子核按其组成的中子数(N)、质子数(Z)标绘在核素图上(见图1).天然存在的稳定同位素,图中用黑方块表示,大致分布在一条很窄的斜线上,称为β稳定线.这些核素     

是否存在稳定的高原子序数原子核?

自然界中的原子核绝大多数是稳定的,形成所谓的β稳定区域.原子序数Z83的重核和超重核不稳定,可以发生裂变或α,β衰变,寿命总体随着原子序数增加而减小.对于是否存在稳定的高原子序数原子核一直存在争议.本文主要从历史、当前超重元素实验合成状况和量子力学壳模型等方面,讨论"是否存在稳定的高原子序数原子核".     

优化多色激光场产生单个阿秒脉冲的理论模拟

多色组合激光场是一种产生超短孤立阿秒脉冲的可能选通方案.以800 nm飞秒激光作为基频场,利用遗传算法优化双色和三色激光场参数,根据超快光场相干合成技术得到了亚周期激光场.利用优化激光脉冲驱动氖原子即可产生超连续高次谐波并获得单个阿秒脉冲.在考虑宏观传播效应并采取合理参数(激光强度、气体压强、气体靶长度和位置)的情况下...     

亚赫兹线宽稳频激光技术

激光已广泛应用于精密光谱与精密测量中,激光的频率稳定度与光谱纯度决定了测量的精度与光谱的分辨率,因此不断提高激光频率的稳定度和减小激光线宽是精密光谱和精密测量研究领域永远追求的目标。文章介绍了亚赫兹线宽稳频激光的原理与一些关键技术,并展望了未来发展趋势。     

弱束缚原子核基态与集体激发态的研究

弱束缚原子核是一个开放的量子多体体系,具有与稳定核很不一样的奇特结构和动力学.弱束缚核的相关研究是核物理的一个前沿热点问题,对进一步发展核理论和研究天体环境下的元素合成都很重要.本文介绍了连续谱能量密度泛函理论的发展和弱束缚原子核的研究进展.为了解决自洽描述问题,主要工作是基于非球形的坐标空间求解HFB方程并对弱束缚核基态与集体激发态进行描述,基于计算讨论了蛋形晕结构,核芯-晕形变去耦合效应和准粒子连续谱的贡献;发展了包含连续谱的FAM-QRPA方法描述原子核的集体激发,研究了弱束缚核中出现的软单极共振模式.最后对弱束缚核的研究前景和亟待开展的工作进行了展望.     

低温量热原理及在材料研究中的应用

低温量热技术是测量凝聚态物质比热性质的实验方法,而比热是物质最重要的基础热力学性质.通过比热测量与研究,不仅能够获取物质熵、焓和吉布斯自由能等基础热力学函数,还可以用于研究和理解晶格振动、金属、超导、电子及原子核磁性、稀释磁系统、结构相变等具有重要理论与应用研究价值的科学问题.本文结合当前众多新兴功能材料对其热力学性质研究的迫切需求,详细介绍了比热的基本含义以及测量凝聚态物质比热的主要量热方法,并举例说明了低温量热技术在材料热力学性质研究中的应用.     

三次谐波碘分子稳频Nd:YVO4激光器

采用饱和吸收三次谐波检测方法,在微型Nd:YVO4倍频激光器调谐范围内,观测到碘分子超精细结构光谱,用该光谱信号实现了激光频率的锁定.锁定误差信号分析表明:微型Nd:YV04倍频激光器在532 nm处频率稳定度有可能达到3.0×10-13(1 S积分时间).