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北京大学研制成功国际先进激光核谱仪 助力原子核前沿研究
2025年07月28日 15:20:51
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：1677
北京大学杨晓菲课题组成功研制高分辨高灵敏度共线共振电离激光谱仪（PLASEN），该设备突破了射频四极冷却聚束、共线激光谱与共振电离谱等关键技术，解决了不稳定核研究中短寿命、低产额等测量瓶颈。
近日，北京大学物理学院技术物理系、核物理与核技术全国重点实验室杨晓菲教授课题组成功研制出高分辨高灵敏度的共线共振电离激光谱仪(PLASEN)，其核心性能指标达到国际最高水平。相关研究成果以《高分辨率、高灵敏度共线共振电离谱系统的研制与性能测试》为题，于2025年7月在线发表于《科学通报》(Science Bulletin)。
原子核的自旋、磁矩、电四极矩和电荷半径等基本性质，是理解原子核结构、核子间相互作用的关键，也是检验和发展核理论模型的重要基准。激光核谱技术通过精确测量原子核外电子的超精细结构，能够有效获取这些核性质。随着核物理研究不断向寿命短、产量低的不稳定核区拓展，发展更高分辨率和更高灵敏度的激光核谱技术成为国际竞争焦点。
杨晓菲课题组自2018年起在国内率先布局并系统推进用于不稳定核研究的精密激光核谱技术研发。2021年，课题组成功研制出基于激光诱导荧光探测的共线激光谱(CLS)技术，实现了高分辨超精细结构测量，并成功应用于北京放射性核束装置(BRIF)的在线实验。2023年，为解决荧光探测本底干扰问题，课题组在CLS基础上发展出共振电离激光谱(RIS)技术，利用多步激光共振电离结合离子探测进行测量。2025年，课题组成功研发并集成了射频四极冷却聚束器(RFQ)，实现了放射性束流的有效冷却与脉冲化，解决了束流能量离散和连续模式导致的灵敏度瓶颈。
基于上述关键技术突破，课题组在北京大学亚原子粒子探测实验室完成了PLASEN谱仪的系统集成与性能测试。利用实验室产生的85,87Rb离子束进行验证，PLASEN成功实现了超高分辨率(光谱分辨率达100 MHz)和超高灵敏度(被测束流粒子总效率达1:200)，并且提取的原子核性质参数与国际文献值一致。测试结果表明，PLASEN在分辨率和灵敏度方面均达到当前国际最高水平，为深入研究不稳定原子核的基本性质和奇特结构奠定了坚实的仪器基础。
目前，PLASEN谱仪已在BRIF装置上完成安装和在线测试，性能达到离线同等水平。课题组计划近期利用BRIF开展中等质量区丰中子裂变碎片核的基本性质研究，特别关注中子数超过60(N>60)和超过90(N>90)核区的形变特征。此外，随着我国在建的强流重离子加速器装置(HIAF)即将投入运行，PLASEN将进一步应用于HIAF装置，开展重质量区丰中子核素的性质和奇特结构探索。
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