强流重离子加速器装置首个实验结果发表

近日，中国科学院近代物理研究所科研团队与合作者依托强流重离子加速器装置(HIAF)，成功产生并鉴别了稀有原子核铪-153。这是HIAF调试期间取得的首个物理成果，验证了我国新一代强流重离子研究装置已具备探索未知核素、拓展核素版图的能力，标志着HIAF的科学发现之旅正式开启。相关成果以短通讯形式发表于《Science Bulletin》。

图 铪-153在核素图上的位置，蓝线为已知核素边界。图| 胡厚宇 李宏福

原子核由质子和中子组成，质子和中子不同数量的组合形成了丰富多彩的核素世界。探索未知核素、研究原子核存在的边界是核物理领域的重要前沿。铪-153位于缺中子重核区域，是研究原子核结构演化和稳定极限的重要对象，在本次实验前还未见报道。发现并精确测量该核素，有助于检验核理论模型，深化对原子核结构规律的认识。

实验中，科研团队利用HIAF增强器(BRing)提供的铋-209束流轰击石墨靶，通过弹核碎裂反应产生放射性核素。反应产物经高能放射性束流线(HIRIBL)筛选后，注入高精度环形谱仪(SRing)。团队利用等时性质谱技术进行测量，共观测到10个铪-153离子。测量结果表明，铪-153是一个束缚或弱束缚核素，与现有理论模型预测一致。同期，日本理化学研究所(RIKEN)也独立报道了铪-153的观测结果，两项研究相互印证，进一步体现了该核素的重要研究价值。

图 实验测量到的离子回旋周期谱和模拟周期谱的对比，其中位于1159.348 ns处的峰被明确鉴别为铪153。图源| 近代物理所

此次实验能够成功探测到产生概率极低的铪-153，得益于HIAF多项关键技术的协同发展。高强度重离子束流提升了稀有核素的产生能力，高性能的放射性束流线实现了目标核素的高效分离，高精度环形谱仪等时性质谱技术具备灵敏的单离子探测能力，为鉴别稀有原子核提供了重要支撑。随着HIAF性能持续提升，未来实验的探测能力预计还将提高约两个数量级。HIAF将在探索未知核区、发现新核素和研究极端条件下原子核性质方面发挥更加重要的作用。

该研究由中国科学院近代物理研究所重离子科学与技术全国重点实验室联合中国科学院大学、德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心、德国科隆大学、东华理工大学、先进能源科学与技术广东省实验室等单位共同完成。研究得到了国家重点研发计划、HIAF项目、中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金、广东省人才项目、甘肃省科技计划项目等项目的支持。