近日，中國科學(xué)院近代物理研究所甘再國研究員團(tuán)隊與合作者利用蘭州重離子加速器國家實(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的穩(wěn)定線附近。然而，當(dāng)原子核遠(yuǎn)離穩(wěn)定線時，其穩(wěn)定性降低，會表現(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)合成并觀測到。

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新一代充氣反沖核譜儀

合成與研究新核素是原子核物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，對于探索原子核的存在極限、揭示新物理現(xiàn)象、深化對物質(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，這對實(shí)驗(yàn)合成研究帶來了巨大的挑戰(zhàn)，”近代物理所副研究員張明明介紹。

研究團(tuán)隊利用中國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)隊成功觀測到23個事件。這驗(yàn)證了該裝置在極低反應(yīng)截面條件下合成與探測目標(biāo)核的能力，為我國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。