科技日報記者 頡滿斌

記者6月5日從中國科學院近代物理研究所（以下簡稱近代物理所）獲悉，該所甘再國研究員團隊與合作者利用蘭州重離子加速器國家實驗室加速器裝置，首次合成了目前已知的最缺中子的鏷同位素——新核素鏷-210。相關(guān)研究成果于5月29日發(fā)表在《自然·通訊》上。

原子核是由質(zhì)子和中子組成的量子多體系統(tǒng)，不同數(shù)量的質(zhì)子和中子構(gòu)成了不同的核素。自然界中存在約288種穩(wěn)定核素，它們分布在核素圖中狹長的穩(wěn)定線附近。然而，當原子核遠離穩(wěn)定線時，其穩(wěn)定性降低，會表現(xiàn)出α衰變、β衰變、自發(fā)裂變等衰變特性。理論預測可能存在約7000種核素，但目前僅有3300多種被實驗合成并觀測到。

合成與研究新核素是原子核物理研究的前沿熱點，對于探索原子核的存在極限、揭示新物理現(xiàn)象、深化對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解具有重大意義。“在極端缺中子的錒系核區(qū)，新核素的產(chǎn)生概率極低，約億億次的轟擊才能產(chǎn)生一個目標核素；而且，新核素的壽命通常極短，可至毫秒乃至微秒量級，這對實驗合成研究帶來了巨大的挑戰(zhàn)，”近代物理所副研究員張明明介紹。

研究團隊利用中國超重元素研究加速器裝置提供的鈣-40束流轟擊镥-175靶，通過熔合蒸發(fā)反應，在新一代充氣反沖核譜儀上成功合成了新核素鏷-210，并測量了該核素的α衰變能量和半衰期。結(jié)合已有實驗數(shù)據(jù)，團隊拓展了重核區(qū)質(zhì)子滴線附近核素α衰變性質(zhì)的系統(tǒng)性，并檢驗了理論模型對遠離穩(wěn)定線原子核性質(zhì)的預言。

“盡管鏷-210的合成截面僅約7皮巴，但得益于中國超重元素研究加速器裝置提供的高品質(zhì)束流，我們團隊成功觀測到23個事件。這驗證了該裝置在極低反應截面條件下合成與探測目標核的能力，為我國的新元素合成研究積累了經(jīng)驗。”近代物理所馬龍研究員表示。

本工作由近代物理所聯(lián)合中國科學院大學、先進能源科學與技術(shù)廣東省實驗室、山東大學、中山大學、中國科學院理論物理研究所、同濟大學、蘭州大學、南京航空航天大學、廣西師范大學、英國約克大學的研究人員合作完成。