近日，中国科学院近代物理研究所核物理中心科研团队与加速器团队合作，依托强流重离子加速器装置（HIAF）成功产生并鉴别了稀有原子核铪-153。这是HIAF调试期间取得的首个重要物理结果，验证了我国新一代强流重离子研究装置已具备探索未知核素、拓展核素版图的能力，标志着HIAF的科学发现之旅正式开启。相关成果以短通讯形式发表于《Science Bulletin》。

合成与鉴别新核素是原子核物理研究的前沿方向。铪-153是缺中子重核区研究壳层结构演化的重要对象，在本次实验前还未见报道。合成和测量铪-153的性质将为确定质子滴线位置、检验核质量模型以及研究N = 82壳的稳健性提供关键实验锚点。

本次实验利用增强器（BRing）产生的能量为836.66 MeV/u的铋-209束流轰击石墨靶，通过弹核碎裂反应产生放射性核素。反应产物经放射性束流线 （HIRIBL）纯化和传输后，注入并存储在高精度环形谱仪（SRing）中，SRing运行在等时性光学模式下。

研究团队利用飞行时间探测器实现了快速精确鉴别稀有原子核铪-153，并利用等时性质谱术高精度地测量其质量。在实验中，团队累计观测到10个铪-153离子，并估算其产生截面为皮巴量级。研究显示，铪-153是一个束缚或者弱束缚的核素，与多个核质量模型的预言一致。几乎同期，日本理化学研究所（RIKEN）也基于放射性同位素束流工厂（RIBF）报道了铪-153的观测结果。两项研究相互印证，充分反映了该核素在核物理研究中的重要意义。

此次实验能够成功探测到极低产生截面的核素，得益于HIAF多项独特能力的有机结合：高流强、高能量的初级束流，高效率、高分辨的放射性束线，以及具有零本底、单离子灵敏探测能力的等时性质谱术。随着HIAF性能持续提升，未来实验亮度有望提升约两个数量级。这意味着HIAF将进一步发挥其发现新核素的能力，有望在更为广阔的未知核区拓展核素版图。

本工作由中国科学院近代物理研究所重离子科学与技术全国重点实验室联合中国科学院大学、德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心、德国科隆大学、东华理工大学、先进能源科学与技术广东省实验室合作完成。研究得到了国家重点研发计划、HIAF项目、中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金、广东省人才项目、甘肃省科技计划项目等项目的支持。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.06.056

图1: 铪-153在核素图上的位置，蓝线为已知核素边界。（图/胡厚宇 李宏福）

图2: 实验测量到的离子回旋周期谱和模拟周期谱的对比，其中位于1159.348 ns处的峰被明确鉴别为铪153。（图源/近代物理所）

（储存环核物理室 放射性束物理室   供稿）