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新研发缪子成像技术助力文物古迹安全环保“体检”******

　　新华社兰州1月8日电（记者张文静、呼涛）经过长期积累与研究 ，兰州大学核科学与技术学院 、稀有同位素前沿科学中心刘志毅教授团队成功研发出高精度宇宙射线缪子成像技术及相关设备 ，并首次对西安城墙等规模较大 的文物古迹进行了健康“体检” 。

　　始建于隋唐、扩建于明代 的西安城墙 ， 是中国现存历史最悠久 、规模最宏大、保存最完整 的古代城垣建筑 ，对研究中国古代社会 的城市建设 、历史文化 、军事防御和建筑艺术都有很高价值 。该团队介绍，历经数百年，西安城墙出现了部分坍塌、沉陷等现象，一些关键病灶深藏在墙体内部 ，对探测和勘探手段提出了更大挑战 。深入了解城墙内部结构，并有针对性地修复，成为文物保护工作者以及科技工作者研究的重要课题 。

　　据介绍，大型目标物 的深部成像 是长期以来困扰多个领域 的难题 。常规的内部探测方法有时会破坏目标物结构 ，不适宜文物古迹的内部探测，因此迫切需要研发更加安全 、环保的创新技术和设备 。兰州大学研发的高精度宇宙射线缪子成像技术及相关设备则提供了一种全新 的解决思路。

　　“缪子 是自然界 的基本粒子之一，具有极强 的穿透能力 ，可以实现大型目标物的无接触 、深穿透和无损成像 ，与常规人工射线装置相比具有不可比拟 的优势。基于缪子成像技术，我们研发出成套的高精度设备 ，可以较为精确地对规模较大 的文物古迹进行安全 的内部探测 ，助力文物古迹 的考古与保护 。”刘志毅告诉记者 。

　　该团队表示 ，在西安城墙管委会 的大力支持下 ，他们利用缪子成像技术及相关设备将西安城墙的58号马面区域作为首次试点探测目标 ，不仅探明了马面墙内部分区域明显 的密度异常体 ，而且将其位置、形状、大小较为清晰地呈现了出来 ，是一次成功的实验研究 。

　　记者了解到 ，该技术还在冰川科考 、滑坡监测等领域有着广泛 的应用前景 。相关研究成果近期发表于《应用物理学杂志》 ，并被遴选为当期封面文章 。

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）