HIAF高精度环形谱仪终端工艺测试通过 核质量测量精度刷新国际纪录

问题——核质量测量是理解原子核结构演化、核力性质以及宇宙重元素起源等重要科学问题的关键;尤其是远离稳定线、寿命极短的原子核——产生概率低、衰变快——对束流强度、测量系统分辨率和环境稳定性提出很高要求。长期以来,如何极短时间尺度内实现高精度核质量测量,一直是国际核科学装置攻关的难点之一。 原因——国家重大科技基础设施强流重离子加速器装置在建设之初就面向此需求,将“高强度束流供给能力”和“高精度测量终端”作为核心指标协调。此次通过工艺测试的高精度环形谱仪是装置六大实验终端之一,也是加速器系统的重要组成部分,可对寿命仅几十微秒的原子核开展高精度质量测量。中国科学院近代物理研究所科研团队在测试中开展基于肖特基探针的质量测量实验,通过提升束流品质、优化探测与信号处理链路、改善电磁环境和系统稳定性,使多种原子核的质量测量精度明显提升。其中,短寿命原子核金-202的测量精度达到11千电子伏特,达到该核素国际最优测量水平,精度较以往提升约一倍,显示装置关键指标实现了整体提升。 影响——这一结果具有多上意义:一是表明高精度环形谱仪实验终端的关键性能达到设计预期,核质量测量能力进入国际领先行列;二是验证了加速器系统高流强、高品质供束能力,以及装置稳定性、电磁环境等工程指标的提升,为后续连续、稳定、可重复的科学实验提供保障;三是为核物理、核天体物理、原子物理等前沿研究提供更精细的“标尺”。核质量数据精度的提高,将增强对核结构模型的约束、降低理论计算不确定度,并为重元素合成路径、天体环境下核反应过程等研究提供更可靠的实验依据。同时,高精度核数据也可支撑核技术对应的领域的基础数据库建设与应用验证,具备长期应用价值。 对策——面向正式运行和更广泛的科学任务,科研团队将深入挖掘装置性能潜力,束流调控、系统校准、数据采集与分析流程各上提升,推动终端从“工艺验证”转入“稳定科研产出”。同时,围绕短寿命核素的高效产生、束流纯化、测量节拍与长周期稳定运行等共性问题,还需加强跨团队协同与实验方法迭代,形成面向重大科学问题的体系化攻关能力,提升装置综合运行效率与国际竞争力。 前景——强流重离子加速器装置位于广东惠州,由中国科学院近代物理研究所负责设计建造,历经7年建设,并于2025年10月完成调试出束。随着装置能力进一步释放,依托国际上处于前列的脉冲流强重离子束流以及高精度核质量测量手段,我国在探索原子核存在极限、揭示核天体物理关键过程、拓展重离子束重要应用等方向,有望产出一批具有国际影响力的原创成果,并带动探测技术、精密测量、数据处理等领域的集成创新,为我国重离子科学与技术体系完善提供支撑。

科学进步来自持续探索与创新。此次高精度核质量测量技术的实现,标志着我国核科学研究能力的又一次提升,也反映了自主创新的成果。随着有关技术优化,我国在核物理基础研究及应用领域有望拓展更大空间,为提升国家科技实力提供有力支撑。