重離子冷卻儲存環(huán) 資料圖片
　　中科院近代物理研究所張玉虎研究員團(tuán)隊(duì)利用蘭州重離子冷卻儲存環(huán)CSRe，首次測出短壽命核素鈷—51質(zhì)量，該成果近日發(fā)表于《物理快報(bào)B》。
　　張玉虎介紹，打開一張核素圖，自然界存在288種核素，理論預(yù)言人類可以制造出大約8000種核素。經(jīng)過近百年的努力，科學(xué)家僅在實(shí)驗(yàn)室制造出約2800種核素，總共測量了2200多核素的質(zhì)量，因此制造出新的原子核并精確測量它們的質(zhì)量是各國科學(xué)家的不懈追求和夢想。
　　為什么科學(xué)家如此熱衷于測量原子或原子核的質(zhì)量呢？因?yàn)樵雍擞幸粋€奇特的性質(zhì)，就是它的總質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，用一個比喻就是1+1<2。丟失的那一部分質(zhì)量會變成能量，我們常說的核電或核武器利用的就是那一部分核能。從科學(xué)的角度來講，丟失的那一部分質(zhì)量與控制原子核的“核力”密切相關(guān)，而對“核力”的理解可以說是核物理研究中的核心科學(xué)問題。精確“秤量”出了某個原子核的質(zhì)量，你就相應(yīng)地知道了這種神秘“核力”的一些定量的信息。
　　然而，不穩(wěn)定原子核的質(zhì)量很難稱量，因?yàn)樗鼈兊闹亓亢茌p，壽命也相當(dāng)短。以鈷—51為例，2萬億億個鈷—51比一粒小米還輕，壽命只有100毫秒，“眨一下眼睛的功夫這個原子核已經(jīng)死亡10次了。”張玉虎說。
　　要在極短的時(shí)間內(nèi)稱量出如此輕的原子核質(zhì)量在技術(shù)上是一個挑戰(zhàn)，首先要有一個高靈敏度的“秤”。目前，世界上最靈敏的“秤”是離子阱，但是對于壽命很短的原子核卻無能為力。從2009年開始，近物所的科技人員利用蘭州重離子冷卻儲存環(huán)CSRe，制造出了可以測量短壽命原子核質(zhì)量的“秤”——等時(shí)性質(zhì)量譜儀，其精確度可以達(dá)到10－7。
　　研究人員將鎳—58原子核放入加速器，加速到光速的三分之二，打靶（將它敲碎）產(chǎn)生目標(biāo)核——鈷—51并將其引入實(shí)驗(yàn)環(huán)，測量其循環(huán)周期，獲取海量數(shù)據(jù)，再經(jīng)過一年的數(shù)據(jù)處理和分析，得到了稀有核素的質(zhì)量。除此之外，研究小組還在極缺（豐）中子區(qū)——中子數(shù)比穩(wěn)定原子核中子數(shù)少的原子核區(qū)域，首次精確測量了16個原子核的質(zhì)量，提高了20多個原子核的質(zhì)量精度，取得了一批重要的物理成果。
　　張玉虎表示，短壽命放射性原子核的質(zhì)量在核結(jié)構(gòu)及核天體物理研究中都具有非常重要的作用。從微觀看，在已知原子核質(zhì)量的前提下，可以研究原子核的結(jié)構(gòu)，提取核內(nèi)有效相互作用的信息。從宏觀看，研究天體環(huán)境中化學(xué)元素如何產(chǎn)生，所需要的最重要知識是不穩(wěn)定原子核的質(zhì)量。因此，原子核的質(zhì)量數(shù)據(jù)對核天體物理具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
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　　重離子冷卻儲存環(huán)
　　蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)（HIRFL-CSR）由主環(huán)CSRm、實(shí)驗(yàn)環(huán)CSRe、放射性束分離器（RIBLL2）、實(shí)驗(yàn)探測裝置等組成，其超高真空束流管道總長約500m、總重1430t的各類高精度電磁鐵220多臺、大功率特殊電源近300臺，是一個集累積、冷卻、加速、儲存、內(nèi)靶實(shí)驗(yàn)及高分辨質(zhì)量測量于一體的大型多功能實(shí)驗(yàn)裝置。
　　HIRFL-CSR的建成，拓寬了重離子加速器的研究領(lǐng)域，形成了一個以重離子物理為核心的學(xué)科群，既可對微觀世界的強(qiáng)子、原子核、原子、分子、團(tuán)簇，宏觀世界的等離子體、固體、生物體、天體進(jìn)行深入認(rèn)知的基礎(chǔ)研究，又可開展能源、材料、航天、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。
　　（原載于《光明日報(bào)》 2014-11-27 12版）