青春华章·重走西北角丨科学家合成极端缺中子新核素镤-210

奔流新闻12小时前

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6月5日，“青春华章·重走西北角”网络主题活动采访团走进中国科学院近代物理研究所。奔流新闻记者获悉，该所甘再国研究员团队与合作者利用兰州重离子加速器国家实验室加速器装置，首次合成了新核素镤-210，该核素是目前已知的最缺中子的镤同位素。相关研究成果于5月29日发表在《自然-通讯》上。

原子核是由质子和中子组成的量子多体系统，不同数量的质子和中子构成了不同的核素。自然界中存在约288种稳定核素，它们分布在核素图中狭长的稳定线附近。然而，当原子核远离稳定线时，其稳定性降低，会表现出α衰变、β衰变、自发裂变等衰变特性。理论预测可能存在约7000种核素，但目前仅有3300多种被实验合成并观测到。

合成与研究新核素是原子核物理研究的前沿热点，对于探索原子核的存在极限、揭示新物理现象、深化对物质结构的理解具有重大意义。“在极端缺中子的锕系核区，新核素的产生概率极低，约亿亿次的轰击才能产生一个目标核素；而且，新核素的寿命通常极短，可至毫秒乃至微秒量级，这对实验合成研究带来了巨大的挑战，”中国科学院近代物理所副研究员张明明介绍。团队利用中国超重元素研究加速器装置提供的钙-40束流轰击镥-175靶，通过熔合蒸发反应，在新一代充气反冲核谱仪上成功合成了新核素镤-210，并测量了该核素的α衰变能量和半衰期。

结合已有实验数据，团队拓展了重核区质子滴线附近核素α衰变性质的系统性，并检验了理论模型对远离稳定线原子核性质的预言。“尽管镤-210的合成截面仅约7皮巴，但得益于中国超重元素研究加速器装置提供的高品质束流，我们团队成功观测到23个事件。这验证了该装置在极低反应截面条件下合成与探测目标核的能力，为我国的新元素合成研究积累了经验。”该所研究员马龙表示。

该工作由中国科学院近代物理所联合中国科学院大学、先进能源科学与技术广东省实验室、山东大学、中山大学、中国科学院理论物理研究所、同济大学、兰州大学、南京航空航天大学、广西师范大学、英国约克大学的研究人员合作完成。该研究得到了国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究重大项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、甘肃省重大项目等项目的支持。

文·图丨奔流新闻首席记者张鹏翔