近日，6163银河线路检测中心技术物理系、核物理与核技术全国重点实验室杨晓菲课题组成功研制了高分辨高灵敏度的共线共振电离激光谱仪-PLASEN (Precision LAser Spectroscopy for Exotic Nuclei ), 主要指标达到国际最高水准。相关成果以“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”（Development and Characterization of a High-Resolution, High-Sensitivity Collinear Resonance Ionization Spectroscopy System）为题，于2025年7月在线发表于Science Bulletin上。

原子核自旋、磁矩、电四极矩和电荷半径等基本性质，与原子核的结构及核子-核子相互作用密切相关，在探索不稳定原子核中的奇特结构现象，以及检验和推动原子核理论模型的发展中发挥着基准作用。多学科交叉的激光核谱技术通过精确测量原子核外电子的超精细结构来提取原子核的上述基本性质，是研究原子核基本性质的关键手段之一。近年来，核性质测量向不稳定核区快速扩展。由于不稳定原子核的测量面临着半衰期短、产额低以及同量异位素杂质等诸多挑战，激光核谱也需要发展全新的高分辨和高灵敏度技术，这也是国际上各相关实验室近年来的发展重点[Nat. Rev. Phys.7(2025)21；Prog. Part. Nucl. Phys.129(2023)104005]。

本课题组从2018年开始，在国内从无到有牵头发展用于不稳定核研究的精密激光核谱技术，分阶段取得系列进展，如图1所示。2021年首先研制成功基于激光诱导荧光探测的共线激光谱(CLS: Collinear Laser Spectroscopy)技术并完成离线测试 (NST33(2022)9，本课题组2022届博士研究生白世伟的博士论文工作)，实现了高分辨的超精细结构谱测量，同时在我国的BRIF放射性核束装置上实现在线不稳定核测量(NIMA1032(2022)166622, 本课题组2023届博士研究生王姝婧的博士论文工作)。与此同时，完整发展了用于激光核谱仪的控制、数据采集和获取系统，在离线和在线实验中应用(NST34(2023)38, 本课题组2024届博士研究生刘永超的博士论文工作)。2023年，为了解决荧光探测的高本底问题，在共线激光谱的基础上，本课题组进一步发展了共振电离激光谱技术(RIS: Resonance Ionization Spectroscopy，NIMB541(2023)37, 本课题组2024届博士研究生张鹏的博士论文工作)，采用多步激光共振电离与离子探测的方式实现了超精细结构谱测量。为了解决放射性核束装置上在线实验束流能量离散大和连续束流模式带来的低灵敏度问题，课题组与欧洲核子研究中心合作，成功研发了射频四极冷却聚束器(RFQ: RadioFrequency Quadrupole cooler-buncher)，成功实现了束流的脉冲化（NST, Accepted(2025)，2025届博士研究生刘寅绅的博士论文工作）。

图1：本课题组在高分辨高灵敏度共线共振电离激光谱仪研发中的分阶段系列进展示意图。

在各阶段设备研发和测试工作的基础上，课题组在6163银河线路检测中心亚原子粒子探测实验室完整实现了包含射频四极冷却聚束器、共线激光谱和共振电离谱等多个关键核心技术在内的共线共振电离激光谱仪(PLASEN)的建设和测试工作。利用实验室发展的能量为30 keV的^85,87Rb离子束，对整套谱仪进行了测试，成功实现了高分辨率和高灵敏度超精细结构谱测量，得到了1:200的被测束流粒子总效率和100 MHz的光谱分辨率，达到国际最高水平，提取的原子核性质参数与文献值一致，验证了整套谱仪的性能和可靠性。

      高性能的PLASEN全套谱仪为下一步在我国放射性核束装置 (如北京放射性核束装置BRIF及强流重离子加速器装置HIAF) 上，基于激光核谱技术开展不稳定原子核的基本性质和奇特结构研究提供了基础。近期，我们已经成功将此谱仪在我国的BRIF放射性束装置上安装并完成测试，实现了与离线测试同等水平的关键技术指标。下一步，我们将利用BRIF装置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N > 60和N > 90丰中子核区的形变特征。我国正在建设的强流重离子加速器装置HIAF也即将出束，利用PLASEN谱仪将可以在HIAF装置上开展重质量区丰中子核素性质和奇特结构的研究。

图2：PLASEN谱仪整体示意图和测量Rb超精细结构谱的实验测量示意图。

6163银河线路检测中心技术物理系博士生胡晗睿为论文第一作者，博士生郭洋帆为论文第二作者，博士生严周、梅文聪和陈少杰分别在获取/控制系统、离子源/束流线系统、激光系统的发展中发挥了骨干作用。杨晓菲教授为该论文通讯作者，其他合作者包括6163银河线路检测中心叶沿林教授、中国原子能科学研究院贺创业研究员、兰州大学刘作业教授和中国近代物理研究所杨杰研究员等。上述工作得到了国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、科学技术部重点研发项目、6163银河线路检测中心和核物理与核技术全国重点实验室的支持。

论文原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.06.036