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HIAF实验终端
发布时间:2019-12-31 00:00  访问量:350

        实验终端是HIAF工程重要组成部分,为核物理、原子物理、核天体物理等基础研究及材料、生物等应用研究提供国际领先水平的实验平台。依托HIAF,拟建造六个实验测量装置:低能核结构谱仪、强流离子束辐照终端、放射性束流线HFRS和外靶实验终端、高精度环形谱仪、电子-离子复合共振谱仪、高能综合终端及高能量密度物理终端。其中,我们将自筹经费研制高能综合终端及高能量密度物理终端。下图为HIAF实验终端布局图。

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图1 HIAF实验测量装置布局

        低能核结构谱仪主要包含充气反冲核分离器与丰中子核分离器,是开展丰中子重核素和超重核素合成及其衰变性质研究、超重元素化学性质研究以及超重原子结构研究的综合实验平台。充气反冲核分离器主要利用重离子熔合蒸发反应,合成超重新元素(核素)及质子滴线核素,研究超重元素化学性质,探索产生超重核的反应机制,建立远离稳定线原子核在束和衰变纲图。丰中子核分离器主要用于多核子转移反应,产生和制备低能、高品质、脉冲化丰中子重核和超重核束流。丰中子核分离器后续连接原子核衰变测量装置、多反射飞行时间谱仪、彭宁离子阱、共线激光谱仪、气相和液相热色谱仪等测量设备。

        强流离子束辐照终端由束流扫描系统、能量衰减装置、应力/温度监控系统等组成,用于研究材料在高温、高压、强辐照的苛刻条件下性能退化的微观机理,评估材料的抗辐照性能。该终端的建立将为材料辐照损伤的基础研究以及国家先进核能系统所需抗辐照新材料的研发和高效筛选提供重要平台。

        放射性束流线HFRS和外靶实验终端。HFRS由预分离器和主分离器组成,主要利用重核飞行裂变和弹核碎裂反应来产生远离稳定线奇异原子核,并通过电磁设备对其进行分离和纯化,最终制备得到核物理实验所需的各种短寿命奇异原子核束流。借助配备的探测器,HFRS的主分离器具备出色的粒子鉴别能力,能实现对各种短寿命核素的清晰分辨,也可以作为独立的磁谱仪开展如新核素、张量力等实验研究工作。外靶实验终端是开展远离稳定线奇异原子核结构和反应研究的主要场所,利用HFRS所制备的各种短寿命奇异原子核束流,配合合适的探测设备,可以开展如奇异原子核物质分布、电荷分布、衰变性质,原子核中的核子激发态性质,丰中子原子核巨共振等多种研究工作。

        高精度环形谱仪SRing由等时性质量谱仪、肖特基谱仪及储存环核反应实验装置组成,精确测量远离稳定线原子核的质量和寿命,寻找高电荷态离子的奇异衰变,测量不稳定核电荷分布,开展核反应研究。

        电子-离子复合共振谱仪利用双电子复合测量技术开展高电荷态离子精密谱学实验,DR是自由电子与束缚电子发生共振的俘获激发过程,对原子能级结构非常敏感,具有快速调节能量,高精度质心坐标系,及高离子探测效率等特征,正在成为新的精细测量方法。电子-离子共振谱仪主要开展高电荷态重离子等电子序体系的精密测量,在超高精度上探索电子关联效应、相对论效应和强库仑场中量子电动力学效应,得到远离稳定线核素离子的(超)精细谱,提取短寿命核素基态核性质参数等研究。

        高能综合实验终端包括核物质相结构、超核终端和高能单粒子效应终端三个分支,将于后期升级建设。核物质相结构实验终端利用HIAF提供的几个GeV/u的重离子束流开展重离子碰撞实验,利用近乎全空间覆盖的低温高密核物质谱仪研究高重子密核区核物质的相变过程和核物质状态方程。超核实验终端是发现新超核,探索超核性质的高精度粒子测量谱仪,将实现对超核衰变产物的动量和出射方向的完全测量。超核终端在发现新超核(尤其是丰中子超核)、精确测量超核寿命、超核衰变分支比、超核结构等方面具独特优势。该终端将于后期升级建设。高能单粒子效应终端主要包括辐照平台和综合场平台两部分,可以模拟高能、长射程、宽LET范围、大面积的离子辐射环境,开展电子元器件的空间辐射效应研究,利用相对论重离子研究材料辐照改性,开展高压极端条件与高能重离子协同作用下材料的辐照效应研究。

        高能量密度物理终端将于后期升级建设,采用强流重离子束驱动产生多种类、大体积、空间均匀的高能量密度物质状态,为开展实验室环境下的极端物质的物态方程、相变过程、辐射不透明度和流体力学不稳定性等研究开辟了新的途径。HIAF上的高能量密度物理平台也将是未来开展重离子束驱动的惯性约束聚变科学与技术研究的关键预研装置。