摘要
原子核是由若干个核子（质子和中子）构成的量子多体系统，质量是其最基本的性质之一。原子核质量反映了原子核内部核子之间的相互作用，包括强相互作用，弱相互作用以及电磁相互作用。原子核质量的精确测量对认识原子核内部结构、核子之间相互作用以及宇宙元素起源具有重要意义。宇宙中比铁重的元素中约有一半是通过快中子俘获过程（r-过程）产生的。原子核质量是r-过程计算模型的重要输入量。然而大部分r-过程原子核在实验室尚不能产生，因此在计算中输入的核数据往往依赖于理论模型。原子核质量的实验测量不仅为r-过程计算提供可靠的数据，而且对于原子核质量模型的改进也具有重要价值。但远离稳定线的丰中子原子核产额低且寿命短，对其进行高精度的质量测量实验很具有挑战性。基于储存环的等时性质谱仪(Isochronousmassspectrometry)是测量短寿命原子核质量的重要工具。 稀少放射性核素储存环(RareRIRing,R3)位于日本理化学研究所的放射性同位素束流工厂(RIBF)，是继德国亥姆霍兹重离子研究中心的实验储存环ESR和中国兰州重离子国家实验室冷却储存环CSRe之后，第三个用于短寿命奇特核质量测量的等时性质谱仪。R3也是唯一一个由回旋加速器提供束流，且可以对次级束进行预鉴别的等时性质谱仪。 在本实验中，目标核素由超导回旋加速器(SRC)提供能量为345MeV/u的238U86+的主束轰击6mm厚的铍靶产生，铍靶位于放射性束流线BigRIPS入口F0焦平面处。在F1焦平面处安装厚度为5mm的楔形降能器，裂变碎片通过BigRIPS的第一段使用Bπ-ΔB-Bρ分离，在BigRIPS第二段使用ΔE-TOF的方法进行离子鉴别。离子沿着束流线传输，注入R3储存环后，在其中存储约0.7ms，即大约1800圈后被引出。利用焦平面上布局的探测器，可以得到离子在束流线上的速度、磁刚度以及在R3中的循环周期。使用测量到的这些物理量以及等时性参考核的质量可以计算出每个目标核事件的质量。为了测量123Pd的质量，以124Ag为等时性参考核，同时产生并测量了127Sn，126In，125Cd，124Ag，123Pd，共5种核素。使用Bρ-C曲线法，Yano公式β修正，Yano公式Bρ修正这三种方法对数据进行处理，得到了自治的质量结果。123Pd质量的不确定度为原子质量评估AME2020给出值的1/3，其相对误差为2.3×10-6，与ESR及CSR等时性质谱术早期成果的测量精度相当。为了评估新的123Pd质量对r-过程的影响，我们请合作者M.Mumpower利用PRISM(PortableRoutinesforIntegratednucleoSynthesisModeling)反应网络，计算了20个参数化的双中子星并合的r-过程路径，研究了新的123Pd质量对A=122和A=123丰度比例的影响。发现当使用本文给出的123Pd的质量代替基线模型中使用的FRDM2012值，计算得到的A=122和A=123丰度比例和太阳系的观测值符合得更好。为了测量124Pd、125Ag的质量，实验中以126Cd为等时性参考核，同时产生并测量了128Sn，127In，126Cd，125Ag，124Pd，共5种核素。在实验中可以将128Sn的基态和激发能为2091.5keV的同核异能态分辨开。由于此设置中束流传输线的光学设置不正确，我们无法使用Yano公式Bρ修正得到粒子的质量，仅使用Bρ-C曲线法，Yano公式β修正这两种方法给出了质量结果。125Ag和124Pd的质量在约1σ的误差范围内和AME2020给出的值相符合。但是使用新质量计算得到的双中子分离能和AME2020的预测偏离较大，显示此实验设置给出的质量可能并不可靠。其可能的原因是由于束流线的光学设置不正确，离子在束流线上的运动径迹对离子发射度和动量具有较强的依赖。希望在对R3进行技术改造后，再次进行本实验，重新测量125Ag和124Pd的质量。
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