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科學(xué)家成功合成鐒的第14個同位素 我國科學(xué)家首次合成新核素

云知道科學(xué)家


科學(xué)家成功合成鐒的第14個同位素 我國科學(xué)家首次合成新核素


超鐨新核素鐒-251不僅是近20年來科研人員首次直接合成的鐒的新同位素，也是迄今為止合成的中子數(shù)N為148的最重同中子異位素 。鐒-251具有α衰變性，可以發(fā)射出兩個不同能量的α粒子 。
超重元素的合成及其結(jié)構(gòu)研究是當(dāng)前原子核物理研究的一個重要前沿領(lǐng)域 。鐒是可供合成并進(jìn)行研究的一種超鐨元素，引起了人們極大的興趣 。
近日，科研人員利用美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室充氣譜儀（AGFA）成功合成了超鐨新核素鐒-251 。相關(guān)成果發(fā)表于核物理學(xué)領(lǐng)域期刊《物理評論C》 。
此次合成鐒的新同位素，運(yùn)用了什么技術(shù)方法？合成得到的鐒-251，具有什么基本特征？合成的鐒-251對于物理、化學(xué)等學(xué)科的研究來說具有什么意義？針對上述問題，采訪人員采訪了這一工作的主要完成人之一，中國科學(xué)院近代物理研究所副研究員黃天衡 。
不斷進(jìn)行探索，再次合成鐒同位素
鐒的化學(xué)符號為Lr，原子序數(shù)為103，是第11個超鈾元素，也是最后一個錒系元素 。“一般來說，原子序數(shù)大于鐒的元素被稱為超重元素 。”黃天衡介紹 。
質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同核素互稱為同位素 。同一種元素的同位素在化學(xué)元素周期表中占有同一個位置，同位素這個名詞也因此而得名 。
103號元素由阿伯特·吉奧索等科研人員于1961年首次合成 。為紀(jì)念著名物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·勞倫斯，103號元素被命名為鐒 。錒系元素是元素周期表ⅢB族中原子序數(shù)為89—103的15種化學(xué)元素的統(tǒng)稱，其中，鐒元素在錒系元素中排名最后 。
截至目前，科研人員們共合成了鐒的14個同位素，質(zhì)量數(shù)分別為251—262、264、266 。目前合成的鐒的14個同位素中，鐒-251至鐒-262是在實(shí)驗(yàn)中通過熔合反應(yīng)直接合成的，鐒-264和鐒-266則是將原子序數(shù)更高的核素通過衰變生成的 。
目前，鐒的化學(xué)研究中最常使用的同位素是鐒-256和鐒-260 ?？蒲腥藛T通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)鐒為镥的較重同系物，具有+3氧化態(tài)，可以被歸類為元素周期表第七周期中的首個過渡金屬元素 。由于鐒的電子組態(tài)與镥并不相同，鐒在元素周期表中的位置可能比預(yù)期的更具有波動性 。在核結(jié)構(gòu)研究方面，受限于合成截面等原因，目前的研究僅集中在鐒-255上 。然而即使是鐒-255，其結(jié)構(gòu)能級的指認(rèn)目前也還存有爭議 。
通過熔合反應(yīng)，形成新的原子核
鐒和其他原子序數(shù)大于100的超鐨元素一樣，無法通過中子捕獲生成 。目前鐒只能在重離子加速器中通過熔合反應(yīng)合成 。由于原子核都具有正電荷而會相互排斥，因此，只有當(dāng)兩個原子核的距離足夠近的時候，強(qiáng)核力才能克服上述排斥并發(fā)生熔合 。粒子束需要通過重離子加速器進(jìn)行加速 。在轟擊作為靶的原子核時，粒子束的速度必須足夠大，以克服原子核之間的排斥力 。
“僅僅靠得足夠近，還不足以使兩個原子核發(fā)生熔合 。兩個原子核更可能會在極短的時間內(nèi)發(fā)生裂變，而非形成單獨(dú)的原子核 。”黃天衡介紹，如果這兩個原子核在相互靠近的時候沒有發(fā)生裂變，而是熔合形成了一個新的原子核，此時新產(chǎn)生的原子核就會處于非常不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài) 。為了達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)，新產(chǎn)生的原子核可能會直接裂變，或放出一些帶有激發(fā)能量的粒子，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的原子核 。
【科學(xué)家成功合成鐒的第14個同位素 我國科學(xué)家首次合成新核素】在此次實(shí)驗(yàn)中，科研人員利用美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室ATLAS直線加速器提供的鈦-50束流轟擊鉈-203靶，通過熔合反應(yīng)合成了目標(biāo)核鐒-251 。這個新的原子核產(chǎn)生后，會和其他反應(yīng)產(chǎn)物一起被傳輸?shù)匠錃庾V儀（AGFA）中 。在充氣譜儀（AGFA）中，鐒-251會被電磁分離出來，并注入到半導(dǎo)體探測器中 。探測器會對這個新原子核注入的位置、能量和時間進(jìn)行標(biāo)記 。

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