科学家成功合成铹的第14个同位素******
超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素,也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素。铹-251具有α衰变性,可以发射出两个不同能量的α粒子。
超重元素的合成及其结构研究是当前原子核物理研究的一个重要前沿领域。铹是可供合成并进行研究的一种超镄元素,引起了人们极大的兴趣。
近日,科研人员利用美国阿贡国家实验室充气谱仪(AGFA)成功合成了超镄新核素铹-251。相关成果发表于核物理学领域期刊《物理评论C》。
此次合成铹的新同位素,运用了什么技术方法?合成得到的铹-251,具有什么基本特征?合成的铹-251对于物理、化学等学科的研究来说具有什么意义?针对上述问题,记者采访了这一工作的主要完成人之一,中国科学院近代物理研究所副研究员黄天衡。
不断进行探索,再次合成铹同位素
铹的化学符号为Lr,原子序数为103,是第11个超铀元素,也是最后一个锕系元素。“一般来说,原子序数大于铹的元素被称为超重元素。”黄天衡介绍。
质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。同一种元素的同位素在化学元素周期表中占有同一个位置,同位素这个名词也因此而得名。
103号元素由阿伯特·吉奥索等科研人员于1961年首次合成。为纪念著名物理学家欧内斯特·劳伦斯,103号元素被命名为铹。锕系元素是元素周期表ⅢB族中原子序数为89—103的15种化学元素的统称,其中,铹元素在锕系元素中排名最后。
截至目前,科研人员们共合成了铹的14个同位素,质量数分别为251—262、264、266。目前合成的铹的14个同位素中,铹-251至铹-262是在实验中通过熔合反应直接合成的,铹-264和铹-266则是将原子序数更高的核素通过衰变生成的。
目前,铹的化学研究中最常使用的同位素是铹-256和铹-260。科研人员通过化学实验证实铹为镥的较重同系物,具有+3氧化态,可以被归类为元素周期表第七周期中的首个过渡金属元素。由于铹的电子组态与镥并不相同,铹在元素周期表中的位置可能比预期的更具有波动性。在核结构研究方面,受限于合成截面等原因,目前的研究仅集中在铹-255上。然而即使是铹-255,其结构能级的指认目前也还存有争议。
通过熔合反应,形成新的原子核
铹和其他原子序数大于100的超镄元素一样,无法通过中子捕获生成。目前铹只能在重离子加速器中通过熔合反应合成。由于原子核都具有正电荷而会相互排斥,因此,只有当两个原子核的距离足够近的时候,强核力才能克服上述排斥并发生熔合。粒子束需要通过重离子加速器进行加速。在轰击作为靶的原子核时,粒子束的速度必须足够大,以克服原子核之间的排斥力。
“仅仅靠得足够近,还不足以使两个原子核发生熔合。两个原子核更可能会在极短的时间内发生裂变,而非形成单独的原子核。”黄天衡介绍,如果这两个原子核在相互靠近的时候没有发生裂变,而是熔合形成了一个新的原子核,此时新产生的原子核就会处于非常不稳定的激发态。为了达到更稳定的状态,新产生的原子核可能会直接裂变,或放出一些带有激发能量的粒子,从而产生稳定的原子核。
在此次实验中,科研人员利用美国阿贡国家实验室ATLAS直线加速器提供的钛-50束流轰击铊-203靶,通过熔合反应合成了目标核铹-251。这个新的原子核产生后,会和其他反应产物一起被传输到充气谱仪(AGFA)中。在充气谱仪(AGFA)中,铹-251会被电磁分离出来,并注入到半导体探测器中。探测器会对这个新原子核注入的位置、能量和时间进行标记。
“如果这个原子核接下来又发生了一系列衰变,这些衰变的位置、能量和时间将再次被记录下来,直至产生了一个已知的原子核。该原子核可以由其所发生的衰变的特定特征来识别。”黄天衡说。根据这个已知的原子核以及之前所经历的系列连续衰变的过程,科研人员可以鉴别注入探测器的原始产物是什么。
超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素,也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素(具有相同中子数的核素),还是利用充气谱仪(AGFA)合成的首个新核素。目前的实验结果表明,铹-251具有α衰变性,可以发射出两个不同能量的α粒子。
拓展新的领域,推动超重核理论研究
由于形变,若干决定超重核稳定岛位置的关键轨道能级会降低到质子数Z约等于100、中子数N约等于152核区的费米面附近。对于这一核区的谱学研究可以对现有描述稳定岛的各个理论模型进行严格检验,从而进一步了解超重核稳定岛的相关性质。由于上述原因,对于这一核区的谱学研究是当下探索超重核结构性质的热点课题。
此前的理论模型均无法准确地描述这一核区铹的质子能级演化,相关的实验数据十分有限。“本次实验的初衷为把铹的结构研究进一步拓展到丰质子区,尝试开展系统性的研究。”黄天衡表示。
研究结果表明,形成超重核稳定岛的关键质子能级在铹的丰质子同位素中存在能级反转现象。此外,研究人员还通过推转壳模型下粒子数守恒方法(PNC-CSM)较好地描述了这一现象,并指出了ε_6形变在这一核区的质子能级演化中起到的重要作用。
“此次研究指出了ε_6形变在铹的丰质子核区的质子能级演化中起到的重要的作用,对现有的理论研究提出了新的挑战,将推动超重核领域相关理论研究的发展。”黄天衡说。(记者颉满斌)
国台办:大陆方面一直希望增加航点 已向台湾方面提出******
中新网1月11日电 国台办发言人马晓光11日表示,大陆现在疫情防控平稳有序转段,两岸完全有更好的条件尽快开通更多航点,满足两岸人员往来需要。大陆方面一直希望增加航点,并已向台湾方面提出。
11日,国台办举行例行新闻发布会。有记者提问:中断三年的“小三通”1月7日部分复航,岛内民众呼吁民进党当局彻底取消限制全面恢复,对此有何评论?大陆优化调整疫情防控政策后,又临近春节,请问除“小三通”外,大陆方面为台胞返乡过年还会提供哪些协助?
对此,马晓光表示,1月7日,暂停了近三年的两岸“小三通”海上客运航线部分复航。但与广大台胞期盼还有很大差距。不仅广大台商、台生、台干被排除在外,大陆民众也由于民进党当局限制,无法循此渠道赴台。远远不能满足两岸同胞的期待。
马晓光指出,1月8日起,大陆对新型冠状病毒感染实施“乙类乙管”。时值春节临近,为便利台湾同胞返乡过年,大陆有关方面积极支持两岸航空业者大幅增加两岸航线航班。相关航空公司会陆续增加运力,调整两岸运输安排,两岸航班会明显增加。以大家关注的上海浦东机场为例,预计1月8日至31日期间,往返台湾地区的双向载客航班将达日均8班。除增加航班外,扩大航点也是为台湾同胞返乡过年提供便利和保障的必要之举。大陆原有61个两岸空中客运航点,疫情以来,民进党当局单方面关闭了大多数,目前仅有4个大陆航点。我们期盼通过扩大航点增加运力,为台湾同胞返乡过年提供保障。
马晓光说,我们敦促民进党当局顺应民意,撤除三年来设置的种种不合理障碍,推动“小三通”全面复航早日实现,尽快恢复两岸原有客运航点,恢复两岸人员往来正常化和两岸民众交流常态化。
还有记者还问发言人:陆委会副主委邱垂正称,大陆基于防疫管控的原因,现在既有的4个航点目前只核准飞航29个班次。未来大陆方面如果扩增航点,航空公司就能够增加运能。请予证实。另外除春节外两岸航班平日也存在客源不足问题,请问大陆何时会开放大陆游客赴台旅游?
马晓光回应表示,首先,刚才我已经讲过,我们除增加航班之外,也呼吁应尽快恢复航点。大陆现在疫情防控平稳有序转段,两岸完全有更好的条件尽快开通更多航点,满足两岸人员往来需要。据我了解,大陆方面一直希望增加航点,并已向台湾方面提出。
其次,运力和客源是互为因果关系的问题。过去受疫情影响,两岸同胞不能正常往来,客流量肯定会下降,航空公司自然会减少航班。现在我们希望这个问题能变成良性循环,增加航班是一方面,尽快开放两岸人员正常交流往来是更重要的方面。随着两岸同胞往来恢复正常,更趋频密和方便,两岸航点、运力和客源也会随之增多。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)