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北京大學(xué)研制成功國際先進(jìn)激光核譜儀 助力原子核前沿研究
2025年07月28日 15:20:51
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：269
北京大學(xué)楊曉菲課題組成功研制高分辨高靈敏度共線共振電離激光譜儀（PLASEN），該設(shè)備突破了射頻四極冷卻聚束、共線激光譜與共振電離譜等關(guān)鍵技術(shù)，解決了不穩(wěn)定核研究中短壽命、低產(chǎn)額等測量瓶頸。
近日，北京大學(xué)物理學(xué)院技術(shù)物理系、核物理與核技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗室楊曉菲教授課題組成功研制出高分辨高靈敏度的共線共振電離激光譜儀(PLASEN)，其核心性能指標(biāo)達(dá)到國際最高水平。相關(guān)研究成果以《高分辨率、高靈敏度共線共振電離譜系統(tǒng)的研制與性能測試》為題，于2025年7月在線發(fā)表于《科學(xué)通報》(Science Bulletin)。
原子核的自旋、磁矩、電四極矩和電荷半徑等基本性質(zhì)，是理解原子核結(jié)構(gòu)、核子間相互作用的關(guān)鍵，也是檢驗和發(fā)展核理論模型的重要基準(zhǔn)。激光核譜技術(shù)通過精確測量原子核外電子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，能夠有效獲取這些核性質(zhì)。隨著核物理研究不斷向壽命短、產(chǎn)量低的不穩(wěn)定核區(qū)拓展，發(fā)展更高分辨率和更高靈敏度的激光核譜技術(shù)成為國際競爭焦點(diǎn)。
楊曉菲課題組自2018年起在國內(nèi)率先布局并系統(tǒng)推進(jìn)用于不穩(wěn)定核研究的精密激光核譜技術(shù)研發(fā)。2021年，課題組成功研制出基于激光誘導(dǎo)熒光探測的共線激光譜(CLS)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高分辨超精細(xì)結(jié)構(gòu)測量，并成功應(yīng)用于北京放射性核束裝置(BRIF)的在線實(shí)驗。2023年，為解決熒光探測本底干擾問題，課題組在CLS基礎(chǔ)上發(fā)展出共振電離激光譜(RIS)技術(shù)，利用多步激光共振電離結(jié)合離子探測進(jìn)行測量。2025年，課題組成功研發(fā)并集成了射頻四極冷卻聚束器(RFQ)，實(shí)現(xiàn)了放射性束流的有效冷卻與脈沖化，解決了束流能量離散和連續(xù)模式導(dǎo)致的靈敏度瓶頸。
基于上述關(guān)鍵技術(shù)突破，課題組在北京大學(xué)亞原子粒子探測實(shí)驗室完成了PLASEN譜儀的系統(tǒng)集成與性能測試。利用實(shí)驗室產(chǎn)生的85,87Rb離子束進(jìn)行驗證，PLASEN成功實(shí)現(xiàn)了超高分辨率(光譜分辨率達(dá)100 MHz)和超高靈敏度(被測束流粒子總效率達(dá)1:200)，并且提取的原子核性質(zhì)參數(shù)與國際文獻(xiàn)值一致。測試結(jié)果表明，PLASEN在分辨率和靈敏度方面均達(dá)到當(dāng)前國際最高水平，為深入研究不穩(wěn)定原子核的基本性質(zhì)和奇特結(jié)構(gòu)奠定了堅實(shí)的儀器基礎(chǔ)。
目前，PLASEN譜儀已在BRIF裝置上完成安裝和在線測試，性能達(dá)到離線同等水平。課題組計劃近期利用BRIF開展中等質(zhì)量區(qū)豐中子裂變碎片核的基本性質(zhì)研究，特別關(guān)注中子數(shù)超過60(N>60)和超過90(N>90)核區(qū)的形變特征。此外，隨著我國在建的強(qiáng)流重離子加速器裝置(HIAF)即將投入運(yùn)行，PLASEN將進(jìn)一步應(yīng)用于HIAF裝置，開展重質(zhì)量區(qū)豐中子核素的性質(zhì)和奇特結(jié)構(gòu)探索。
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