科技日?qǐng)?bào)記者 頡滿(mǎn)斌

記者6月5日從中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)近代物理所）獲悉，該所甘再?lài)?guó)研究員團(tuán)隊(duì)與合作者利用蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室加速器裝置，首次合成了目前已知的最缺中子的鏷同位素——新核素鏷-210。相關(guān)研究成果于5月29日發(fā)表在《自然·通訊》上。

原子核是由質(zhì)子和中子組成的量子多體系統(tǒng)，不同數(shù)量的質(zhì)子和中子構(gòu)成了不同的核素。自然界中存在約288種穩(wěn)定核素，它們分布在核素圖中狹長(zhǎng)的穩(wěn)定線附近。然而，當(dāng)原子核遠(yuǎn)離穩(wěn)定線時(shí)，其穩(wěn)定性降低，會(huì)表現(xiàn)出α衰變、β衰變、自發(fā)裂變等衰變特性。理論預(yù)測(cè)可能存在約7000種核素，但目前僅有3300多種被實(shí)驗(yàn)合成并觀測(cè)到。

合成與研究新核素是原子核物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，對(duì)于探索原子核的存在極限、揭示新物理現(xiàn)象、深化對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解具有重大意義。“在極端缺中子的錒系核區(qū)，新核素的產(chǎn)生概率極低，約億億次的轟擊才能產(chǎn)生一個(gè)目標(biāo)核素；而且，新核素的壽命通常極短，可至毫秒乃至微秒量級(jí)，這對(duì)實(shí)驗(yàn)合成研究帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，”近代物理所副研究員張明明介紹。

研究團(tuán)隊(duì)利用中國(guó)超重元素研究加速器裝置提供的鈣-40束流轟擊镥-175靶，通過(guò)熔合蒸發(fā)反應(yīng)，在新一代充氣反沖核譜儀上成功合成了新核素鏷-210，并測(cè)量了該核素的α衰變能量和半衰期。結(jié)合已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)拓展了重核區(qū)質(zhì)子滴線附近核素α衰變性質(zhì)的系統(tǒng)性，并檢驗(yàn)了理論模型對(duì)遠(yuǎn)離穩(wěn)定線原子核性質(zhì)的預(yù)言。

“盡管鏷-210的合成截面僅約7皮巴，但得益于中國(guó)超重元素研究加速器裝置提供的高品質(zhì)束流，我們團(tuán)隊(duì)成功觀測(cè)到23個(gè)事件。這驗(yàn)證了該裝置在極低反應(yīng)截面條件下合成與探測(cè)目標(biāo)核的能力，為我國(guó)的新元素合成研究積累了經(jīng)驗(yàn)。”近代物理所馬龍研究員表示。

本工作由近代物理所聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室、山東大學(xué)、中山大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所、同濟(jì)大學(xué)、蘭州大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、廣西師范大學(xué)、英國(guó)約克大學(xué)的研究人員合作完成。