科研人员利用R3储存环测得钯质量

近日，中国科学院近代物理研究所等利用日本稀少放射性核素储存环（Rare-RI Ring，R3），测量了短寿命丰中子核素钯-123的质量，并探究了新的质量结果对快中子俘获过程（R-过程）元素丰度的影响，这是目前基于R3储存环得到的第一个重要的物理成果。4月15日，相关研究成果发表在Physical Review Letters上。

核天体物理研究的核心问题之一是宇宙中重元素的来源。理论认为，宇宙中比铁更重的元素约有一半是在R-过程中产生。然而，R-过程发生的场所在科学界尚无定论，双中子星合并过程被认为是一个可能的场所。

原子核质量是研究R-过程元素丰度的重要物理输入量。短寿命丰中子核素质量的实验数据不仅为R-过程计算提供可靠数据，而且可以帮助改进质量模型。然而，R-过程涉及大量远离稳定线的丰中子短寿命原子核，极难在实验室产生，因而核天体计算需要的大量核数据依赖于模型计算结果。

R-过程核数据输入量的敏感性研究显示，钯-123的质量对R-过程中A=122和A=123的元素丰度有最大影响，亟需实验测量。近代物理所及合作者，在日本理化学研究所（RIKEN）大科学装置放射性束流工厂（RIBF）开展了钯-123的质量测量实验。

实验中，目标核由RIBF超导回旋加速器提供的高流强铀-238初级束轰击铍靶产生，经过BigRIPS放射性束流线分离鉴别，传输至R3进行测量。实验观测到166个钯-123离子，得到的质量精度达到2.3×10^-6，与ESR和CSR等时性质谱术的早期测量精度相当。

基于新的质量数据，研究使用PRISM反应网络模型计算了双中子星合并的20个R-过程路径，得到A=122和A=123元素丰度比。计算结果指出，与基于有限程液滴模型FRDM2012核质量数据得到的结果相比，使用本次实验质量结果得到的A=122和A=123的R-过程元素丰度比更好地符合太阳系R-过程元素丰度的观测值。

该工作由近代物理所、日本理化学研究所、日本埼玉大学、日本筑波大学、日本东京大学核物理研究中心、美国洛斯·阿拉莫斯实验室等合作完成。研究工作得到国家自然科学基金面上项目的支持。

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