近期，中國科學院近代物理研究所原子物理中心科研團隊與合作者在重空心原子實驗研究方面取得新進展，證實了全裸重離子-原子碰撞是高產額制備重空心原子的有效途徑，并自主研發了用于內殼多空穴離子X射線精細結構測量的高分辨平面晶體譜儀。相關成果發表在《物理評論A》(PHYSICAL REVIEW A)和《光譜化學B：原子譜學》(Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy)上。
針對高效制備重空心原子并對其進行系統性研究的難題，科研團隊在蘭州重離子加速器冷卻儲存環(HIRFL-CSR)及其氣體內靶裝置上開展了相關實驗，利用能量95-197 MeV/u的全裸氙離子與氙靶碰撞，測量了反應后靶原子的X射線譜。研究發現，得益于全裸氙離子所攜帶的強庫侖場及對稱碰撞中內殼電子轉移過程，空心氙原子的相對產額相比K殼單空穴氙原子最高可達28.6%。該研究表明全裸重離子-原子碰撞是高產額制備重空心原子的有效途徑。
圖1: 空心氙原子輻射退激發射的Kα伴線、超伴線譜
為進一步研究這類空心原子的產生與退激特性，科研人員自主研發了用于多空穴離子X射線精細結構測量的緊湊型寬帶高分辨平面晶體譜儀。該譜儀采用了針對多空穴離子X射線譜特點的獨特幾何構型，通過靶平動伴隨晶體同步轉動，大幅提升了譜儀調節精準度和便捷性。此外，該譜儀在緊湊的空間內實現了0.53-19.3 keV的動態范圍及0.04-6.58 keV的單次曝光帶寬，全動態范圍內的能譜分辨力好于102，采用馬賽克晶體時的探測效率較傳統平面晶體譜儀提高了20倍以上。
圖2: 譜儀的結構簡圖(左)及典型測試結果(右)
以上成果為在蘭州重離子加速器冷卻儲存環、低能量強流高電荷態重離子研究裝置(LEAF)和強流重離子加速器裝置(HIAF)上開展多空穴原子(離子)的奇異電磁躍遷實驗研究奠定了實驗和技術基礎。
上述研究由近代物理研究所邵曹杰副研究員團隊主導完成，宋張勇副研究員和王偉副研究員分別為論文的第一作者。該工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金的支持。
