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本文叙述了短寿命、丰质子核的质量测量工作。实验是在兰州重离子研究装置HIRFL-CSR上开展的。这是大科学装置冷却储存环上开展的首次质量测量实验。实验结果解决了核天体物理中长期困扰人们的一个问题:64Ge是不是快质子俘获过程中的等待点核?
主环提供的高能78Kr28+初级束,在放射性束流线入口的Be靶上,弹核碎裂产生次级束。A=2Z-1的丰质子核被放射性束流线选择并传输到等时模式设置的实验环中。实验环上的快时间探测器测量出储存离子的飞行时间,通过这些时间信息反演得到相应原子核的质量。实验的成功运行,使近代物理研究所成为继德国GSI之后的,第二个在储存环上开展高精度核质量测量的单位。
新发展的数据修正技术几乎完全消除了实验环慢磁场漂移对质量测量的影响。修正后的等时谱仪质量分辨(m/Δm)达到了~170000。首次实验上确定了63Ge、65As和67Se的质量,同时,45V、47Cr、49Mn、51Fe和71Kr5个核的质量精度也得到了提高。相对质量精度(δm/m)进入了~10-7。
实验获得的质量数据被用来检验AME03、FRDM和CDE理论质量模型,基于CDE的质量模型体现出了较好的预言准确性。提取了质子分离能和库仑位移能,它们的变化趋势,暗示着71 Kr有形变的迹象。接着对比了53Co和53Fe J=19/2同质异能态产额分支比,揭示出反应产物的自旋角动量分布依赖于核的分离能和结合能。
实验确定65As的质子分离能为-90(85)keV,它被用来研究核天体物理中的快质子俘获过程。One-Zone爆炸模型的计算结果表明,质子俘获是通过64Ge的主要反应流,其占了89-90%。这表明64Ge不是快质子俘获过程中的重要等待点。该研究成果在PHYSICAL REVIEW LETTERS上发表后,Nature Physics杂志在News&Views栏目发表了述评[Nature Physics V7,281(2011)],给予了高度评价。