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)
【浙江龙泉“青马学习班”系列调研(二)】探索从“飘在天边”到“在我身边”的学习方法******
理论学习最忌“虚浮气”。为了提升学习成效,龙泉“青马学习班”在创新学习方法上下足功夫,让广大学员能够“学下去”“深下去”“不打烊”“见行动”。
三个课堂:立体式创新“怎么学”
学员们都说,“‘青马学习班’的课堂有特色”。对此,剑池街道干部周昌勇学员感触颇深。2022年11月26日,“我为文旅产业发展献一策”主题活动开课。周昌勇和学习班的同学们并没有第一时间前往教室,而是先后实地调研宝剑小镇、城市文化客厅、西街街道三江口等地,与文旅产业发展的一线实践“撞了个满怀”。
目前,学习班三大课堂之一的“身边课堂”, 将学习阵地搬到实践现场,已开展走进田间地头看乡村振兴、走进企业车间看产业发展、走进项目现场看城市建设、走进文旅古迹看业态运营等系列学习活动,以直面问题的鲜活形式提升教学针对性和实效性。
“我为文旅产业发展献一策”主题活动开课
同时,“青马学习班”还破题“线上课堂”。学习班在微信公众号、短视频等平台组建“青马之声”等一系列线上“微课堂”。周昌勇在线下学习之余,就通过这些线上课堂巩固、拓展知识,将学习阵地由“一时一地”拓展为“随时随地”。
除了在实践中感悟、在线上巩固,专家学者、一线权威人士的“点拨”也是学习不可缺少的一环,这就是“青马学习班”精心打造的“特色课堂”。在实地调研之后,学员们将与研究机构的专家学者,市委市政府相关领导、相关领域先进工作者“面对面”。他们结合学员们的参观体验,为学员传经送宝。在这个过程中,龙泉形成了“部门解惑、书记点评”的特色学习模式,相关部门负责人全程参与、市委书记到场点评。
周昌勇说:“以前我只关注自己的‘一亩三分地’, ‘三个课堂’拓宽了视野,提升了格局,我现在不仅对全市的情况有了系统了解,更加深了对党的二十大、浙江省第十五次党代会等重要精神的理解。”
三场交流:学以致用见实效
学习,是为了致用。“青马学习班”从一开始,就树立了“真学习、真思考、真效果”的鲜明导向,通过开展读书分享沙龙、调研成果汇报、项目谋划路演三场交流活动,引导学员互看互学、互比互赛,在思想碰撞、交流分享中明理增信。
学员进行分享
“我的本职工作是在经济与财务方面,学习班让我有了一个将自身特长与龙泉发展结合的机会。”学员毛剑斌在考察中对“三农”工作有了很深体悟,通过与其他同学的分享交流,逐步完善自己的想法,最终形成《将“新意”贯彻“三农”——我对“三农”工作的建议》,对龙泉市如何培育新农民、打造新农村、发展新产业提出了系统的建议。
此外,龙泉还立足自身剑瓷文化特色,开设剑瓷匠人班,紧扣宝剑与青瓷产业发展,对学员进行系统性培训,鼓励学员们积极交流探索将古法与现代工艺融合的发展路径,并形成报告,助力剑瓷产业创新发展。
截至2022年12月中旬,“青马学习班”已形成各个领域的重点调研报告86份,为龙泉各类特色产业发展贡献力量。
很多学员说,参加学习班之前,他们都觉得理论就像“飘在天上的云彩”,可望不可即,通过“三个课堂”“三场交流”的学习,才真正感觉到,理论就在大家的身边,只要大家愿意“蹦一蹦”,理论的果实就一定摘得着。
事实上,“青马学习班”搭建了龙泉青年交流发展、共同进步的平台。在这里,学员带着求知的热情和为民的情怀前进,正在迸发出锐不可当的“青春力量”。
(光明网记者 陈建栋、李澍)
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