近代物理所合成兩種最缺中子新核素

文章來源：近代物理研究所    發(fā)布時間：2015-08-31  

中國科學(xué)院近代物理研究所實驗物理中心超重核研究組的科研人員利用蘭州重離子加速器上的充氣反沖核譜儀(SHANS)，成功合成了215U 和216U等兩種最缺中子新核素。

新核素合成是核結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容之一。截止2014年，核素圖上已有近3200種核素，除去自然界存在的300多種，其余都是人工合成的。缺中子新核素 (包括超重核素) 往往通過熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生，利用能量-位置-時間關(guān)聯(lián)法進(jìn)行鑒別，在本底情況下可以做到單原子的鑒別。

在核素圖中，U是第92號元素，它擁有25種同位素(包括215U 和216U)。這次實驗觀測到的215U 和216U是鈾的兩個質(zhì)量最輕的同位素。

　　在實驗第一階段，科研人員利用熔合蒸發(fā)反應(yīng)180W(40Ar,4n)216U，觀測到6條216U的α衰變鏈，其中4條被指認(rèn)為216U的基態(tài)到子核基態(tài)的α躍遷。根據(jù)這4條衰變鏈，216U基態(tài)核的半衰期和衰變α粒子的能量被確定為和8.384(30)MeV。另外2條鏈被指認(rèn)為216U同核異能素態(tài)的α躍遷。根據(jù)這兩條衰變鏈，216U同核異能素態(tài)的半衰期和衰變α粒子的能量被確定為 和10.582(30)MeV。實驗測得216U的產(chǎn)生截面約為300pb。

在實驗第二階段，科研人員提高束流能量，利用熔合蒸發(fā)反應(yīng)180W(40Ar,5n)215U，觀測到2條215U核基態(tài)的α衰變鏈。根據(jù)這2條衰變鏈，215U的半衰期和衰變a粒子的能量被確定為和8.428 (30)MeV。 215U的產(chǎn)生截面約為50pb。實驗測量的半衰期與經(jīng)驗公式計算值相符，衰變α粒子的能量與衰變能的系統(tǒng)性相吻合(如圖所示)。

上圖是缺中子同位素(Rn-U)的基態(tài)到基態(tài)的衰變a粒子能量隨中子數(shù)的變化情況(209Th 除外)。藍(lán)色空心方塊是文獻(xiàn)值，紅色實心方塊是本次實驗的測量值。從圖中可以看出，216U和215U測量值很好地符合整個核區(qū)衰變a粒子能量的系統(tǒng)性。請注意，圖中217U衰變α粒子能量來源于唯一的文獻(xiàn)值8.005(20) MeV，從中可以看出，這個值明顯偏離系統(tǒng)性。科研人員認(rèn)為，這個值可能不是217U基態(tài)到基態(tài)的衰變a粒子能量。這一猜想有待實驗數(shù)據(jù)的證實。