Isochronous Mass Measurements at CSR

姓名：帅鹏 BZ07004006导师：李澄，徐瑚珊

主要内容1. 原子核质量测量的意义2. 等时性质量测量的基本原理3. 碎片质量测量实验介绍4. 数据处理方法5. 实验结果

78Kr

原子核质量测量的意义核天体物理学：核合成， r-， rp- 过程

1. 原子核束缚能2. 相邻两原子核质量，单核子束缚能，滴线

核3. 相邻三原子核质量，壳能隙，对能隙4. 远离稳定线时的新现象，如晕核，双质子

发射

原子核质量模型

国内外研究历史及现状

国际上进展以及计划

2009年

迄今为止，已经发现大约 3000 个核素，其中大约 2200 核素有质量数据

储存环质量测量的数学描述速度为 v 的离子在储存环 ( 周长为 L) 中的旋转频率

其微分

定义储存环的动量压缩因子

以及储存环加速器束流光学设置的工作点

相对论带电离子的磁刚度

vf

L

df dv dL

f v L

( )( ) / ( )p

dL d B

L B

1

t

p

p mv mB c

q q q

基本原理 利用储存环加速器进行质量测量所基于的关系式是

式中， f 为离子在环内的回旋频率， m 为离子的质量， q 为离子的电荷态， v 为离子的速度， t 为储存环加速器束流光学设置的工作点 (transition point) ， 为离子的洛仑兹因子。

即通过测量离子的回旋频率来导出离子的质量。如果令 = t 则有：

即被测离子回旋频率的差别直接反映质量差别。

v

dv

qm

qmd

f

df

tt

2

2

2 11

qm

qmd

f

df

t2

1

正常电子冷却工作模式： t = 2.628 B ~ 15 Tm (A/q=2)

B ~ 11 Tm (9C6+)

等时模式： t = 1.395 B ~ 6 Tm (A/q=2)

Ek ~ 368 MeV/u

CSRe 等时性的检验正常方法

（要求 CSRe 上电子冷却、 Schottky 正常工作）设备调试：将对应 t 值的初级束流 36Ar 直接注入到 CSRe中 (~103) ，经

电子冷却后（ v/v:106－ 107 ）利用 Schottky 测量其回旋频率。

f vs. B测量：通过改变电子冷却器电子的速度来扫描回旋频率对电子速度的依赖关系，从而得到环内离子回旋频率对磁刚度的依赖关系。若出现平顶则证明找到了等时模式工作点。

平顶的宽度即反映 CSRe 的等时模式下的动量接收度，平顶位置的频率可验证 t

值。

第一次 78Kr碎片质量测量(2009.1)

目标核

实验目标

原理简介

实验布局

探测器以及获取系统

40G 200us

MCP 探测器的设计CSRe上MCP 探测器的设计 我们的飞行时间探测器将参考 GSI 的构型，但由于受到真空室大小的限制，只收集从膜的一个表面发射的电子（即只用一套MCP ）。

尺寸： 70 26 149 mm3

碳膜： 20 g/cm2 ， 50 ，单

面覆盖 10 g/cm2 的 CsIMCP ： 50mm膜与 MCP 中心距： 69 mm

电极版： 6 块 1mm ，间距4mm

在此构型下，若加上的磁场为 92.2 Gs, 电压加的为 4000 V 。用 SIMON 模拟的，能量在 0.5~9.5e V ，出射锥角在 160 内的二次电子达到 MCP 前表面的时间本征涨落为 ~40 ps (FWHM) 左右 ( 未考虑电场、磁场的稳定性和均匀性、二次电子的产生时间，电子学的影响 ) ，平均飞行时间为 3.52 ns 。

实验设置

设置 A=2Z-1CSRm:Main beam E:481.88MeV/uBeam intensity: 1x108/spill

Taget:15mmBeCSRe:按照 63Ge32+设置γt=1.3951， brho=5.9459 Tm

设置 A=2Z+1CSRm:Main beam E:486.89MeV/uBeam intensity: 1x108/spill

Taget:15mmBeCSRe:按照 63Ga31+设置γt=1.3951， brho=6.1366Tm

原始信号

25ps 一点，采集 200us

数据处理恒比定时 飞行时间确定 T T

二次项系数

循环时间谱

A=2Z-XXA=2Z+XX

A=2ZXX=,1,2,3…

A=2Z-i循环时间（ i=1,2…）

63Ge

A=2Z+i循环时间（ i=1,2…）

71Br

质量确定：2

1 2( ) 0 ,kk

mf a a f a f a f

q

22 ,norm n p

其中 n 为参考核的个数， p 为多项式中未知参数的个数， p=4

21

0222 1

1 1

0

min

pk

k inki

pi k

k iki

ma f

q

mf ka f

q

1( )T TA F PF F PM

10 1 1 1

11 2 2 2

11

( / ) 1

( / ) 1, ,

( / ) 1

p

p

pp n n n

a m q f fa m q f f

A M F

a m q f f

11

0

( )

i

pk

i k ikf

md f

m qf f ka f

q df

2 2

1 1

2 2

2 2

2 2

10 0

10 0

10 0

f

f

n fn

m mq q

m mP

q q

m mq q

, 1

, 0

11

0

( ) ,

( )

n nT k l

fitklk l

pk

freq k ik

mF PF f f

q

mf ka f

q

2exp

22 2 2 2

1

1

table

ni i

i

fit freq table sys

i i i i

m mq q

m m m mq q q q

同质异能态

53Co 53Fe

质量分辨m/Δm=100000

53Fe&53Co isomeric

Nuclides N error

53Feg 330 18

53Fem 160 12

53Cog 98 10

53Com 37 6

53Fe m/g=48±4%

53Co m/g=38±7%

Mass Excess

Nuclides MEIMP MEAME MEAME- MEIMP Setting

71Br -56602(133)

-57060(570) -458(585) A=2Z-1

71Br -56618(137)

-57060(570) -442(586) A=2Z+1

71Kr-45978(1470)

-46920(650) -942(1607) A=2Z-1

71Kr -46470(327)

-46920(650) -450(728) A=2Z+1

67Se -46966(512)

-46490(200)#

476(550) A=2Z-1

65As -47418(567)

-46980(300)#

438(641) A=2Z-1

63Ge -46677(263)

-46910(200)#

-233(330) A=2Z-1

Mass unit: keV

MEAME- MEIMP

谢 谢！