依托兰州重粒子储存环装置 HIRFL-CSR，可以开展短寿命核素的等时性质量 测量。本论文的工作主要为两方面：等时性质量谱仪上 TOF 探测器的性能改进和 Tz = −2 短寿命丰质子核素质量测量。 在等时性质量测量实验中，TOF 探测器即飞行时间探针安装在实验储存环上， 用以测量离子在谱仪中的循环周期。TOF 探测器的时间分辨极大地影响着谱仪的 分辨能力，同时其探测效率和探测信号幅度对次级束的离子鉴别起着辅助作用。 对 TOF 探测器各项性能的实验研究能很好的帮助我们拓展和提升谱仪的性能，并 对实验数据分析提供必要的硬件参数。为解决实验中质量刻度的系统性偏差以及 提升谱仪质量分辨能力，我们开展了双 TOF 等时性质量测量实验，通过在储存环 直线段两端安装两台 TOF 探测器实现对离子速度的测量。实验中，TOF 探测器的 时间性能起着决定性的作用。为保证双 TOF 实验的顺利开展，我们改进 TOF 探 测器结构并进行离线测试，提升了时间分辨。同时针对双 TOF 在线实验中发现的 问题，对谱仪也实施了一系列后续改造。 等时性模式下短寿命 Tz = −2 丰质子核素由 468.00MeV/u 的 58Ni19+ 初级束 流轰击 Be 靶产生。针对实验中产额低、注入离子少的特点，改进了数据处理中 的筛选条件以提高数据利用率。通过关联离子的信号幅度和探测效率来鉴别离子 并排除偶然符合事例，采用加权平移修正方法。首次在实验上测量了 44Cr、46Mn、 48Fe、50Co、52Ni 共 5 个 Tz = −2 核素的质量，提高了 29S、40Ti 两个核素的质量 精度。实验测量得到的质量数据用来检验 IMME、FRDM 等质量模型。其中: •发现在原子核为均匀带电球模型和库仑力是同位旋对称性破缺唯一来源的假设 下，由 IMME 的一阶、二阶系数分别得到的库仑半径并不相等。目前没有理论可 以解释该现象，除库伦相互作用外核力中也可能存在破坏同位旋对称性的成份。 本工作中对 27P、29S 质量的再次测量进一步证实了这一点。因此建议对 sd-壳中其 它关键的奇异核质量进行重新测量。 •44Cr质量可以通过IMME局域质量关系来预测 44V同位旋多重态质量，并对系列 中 44Ti 的 T = 2,T = 0 的两个 Jπ = 0+ 同位旋混态进行区分、指认。利用 TPC 测 量得到的 β 缓发质子能谱，重新构建 44Cr 的衰变纲图。并通过镜像核激发能级的 比对和相应的 GT 跃迁强度进一步加以验证。 • 依据另一次独立测量得到的 52Cog.s. 和 52Coisomer 质量，建议了新的 52Ni 部分衰变纲图并确立了 52CoIAS 的质量。利用本次测量的 52Ni 质量，通过 IMME 对 T = 2 的 52CoIAS 和 52MnIAS 的指认进行验证。 •目前 T = 2 的同位旋五重态系列中，仅有 A = 8,12,20,24,28,32,36 的 Tz = −2 核素质量为已知，且均为 sd 壳的偶偶核。本次实验测量了一系列 fp 壳的 Tz = −2 核素质量，利用其质量检验 IMME 公式在 T = 2,fp 壳的适用性。