中國科學(xué)院近代物理研究所、重離子科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室科研人員聯(lián)合多家科研單位成功研制出一套高性能數(shù)字化探測陣列，可實現(xiàn)奇特原子核衰變的高精度測量。該系統(tǒng)在β延遲質(zhì)子發(fā)射、α衰變及直接質(zhì)子放射性等稀有衰變過程的測量中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。相關(guān)成果以封面文章形式發(fā)表于《Nuclear Science and Techniques》。

該探測陣列包含雙面硅微條探測器、四分硅探測器與高純鍺探測器，同時結(jié)合了250 MHz采樣率、14 bit精度的數(shù)字化讀出系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用波形數(shù)字化和高性能FPGA實時處理技術(shù)，能夠同時測量衰變粒子的能量、時間、位置等信息。

基于先進(jìn)的可編程觸發(fā)邏輯和優(yōu)異的脈沖形狀分析算法，該系統(tǒng)能夠高效鑒別不同帶電粒子，特別適用于短壽命核素研究。通過“注入-衰變關(guān)聯(lián)”方法，可精確追蹤半衰期低至微秒乃至納秒級核素的衰變過程。相比傳統(tǒng)獲取系統(tǒng)，該系統(tǒng)的數(shù)字化方案顯著提升了數(shù)據(jù)獲取效率，通過智能化信號處理可實現(xiàn)更高精度的測量。

為了驗證系統(tǒng)性能，研究團隊基于蘭州重離子加速器的放射性束流線成功開展了豐質(zhì)子核氬-32及其鄰近核素的β衰變測量實驗。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效捕捉原子核衰變的細(xì)節(jié)特征，為奇特核衰變測量提供技術(shù)支持。

未來，研究團隊將繼續(xù)依托此探測陣列在蘭州重離子加速器和強流重離子加速器裝置上開展實驗研究。該系統(tǒng)將為探索奇特原子核結(jié)構(gòu)，研究超重核的衰變性質(zhì)與揭示宇宙中重元素來源等前沿課題提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項（B類）、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s41365-025-01667-7

圖1：探測器陣列示意圖

圖2：雜志封面圖

（核反應(yīng)研究室?供稿）