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北京大學研制成功國際先進激光核譜儀 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 作者：宋池 點擊量：1150
北京大學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鍵技術，解決了不穩定核研究中短壽命、低產額等測量瓶頸。
近日，北京大學物理學院技術物理系、核物理與核技術全國重點實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)，其核心性能指標達到國際最高水平。相關研究成果以《高分辨率、高靈敏度共線共振電離譜系統的研制與性能測試》為題，于2025年7月在線發表于《科學通報》(Science Bulletin)。
原子核的自旋、磁矩、電四極矩和電荷半徑等基本性質，是理解原子核結構、核子間相互作用的關鍵，也是檢驗和發展核理論模型的重要基準。激光核譜技術通過精確測量原子核外電子的超精細結構，能夠有效獲取這些核性質。隨著核物理研究不斷向壽命短、產量低的不穩定核區拓展，發展更高分辨率和更高靈敏度的激光核譜技術成為國際競爭焦點。
楊曉菲課題組自2018年起在國內率先布局并系統推進用于不穩定核研究的精密激光核譜技術研發。2021年，課題組成功研制出基于激光誘導熒光探測的共線激光譜(CLS)技術，實現了高分辨超精細結構測量，并成功應用于北京放射性核束裝置(BRIF)的在線實驗。2023年，為解決熒光探測本底干擾問題，課題組在CLS基礎上發展出共振電離激光譜(RIS)技術，利用多步激光共振電離結合離子探測進行測量。2025年，課題組成功研發并集成了射頻四極冷卻聚束器(RFQ)，實現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模式導致的靈敏度瓶頸。
基于上述關鍵技術突破，課題組在北京大學亞原子粒子探測實驗室完成了PLASEN譜儀的系統集成與性能測試。利用實驗室產生的85,87Rb離子束進行驗證，PLASEN成功實現了超高分辨率(光譜分辨率達100 MHz)和超高靈敏度(被測束流粒子總效率達1:200)，并且提取的原子核性質參數與國際文獻值一致。測試結果表明，PLASEN在分辨率和靈敏度方面均達到當前國際最高水平，為深入研究不穩定原子核的基本性質和奇特結構奠定了堅實的儀器基礎。
目前，PLASEN譜儀已在BRIF裝置上完成安裝和在線測試，性能達到離線同等水平。課題組計劃近期利用BRIF開展中等質量區豐中子裂變碎片核的基本性質研究，特別關注中子數超過60(N>60)和超過90(N>90)核區的形變特征。此外，隨著我國在建的強流重離子加速器裝置(HIAF)即將投入運行，PLASEN將進一步應用于HIAF裝置，開展重質量區豐中子核素的性質和奇特結構探索。
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