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第十四届“全国文化企业30强”提名企业名单

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　　《光明日报》（ 2022年12月29日 09版）

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）

　　（文图 ：赵筱尘 巫邓炎）