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）
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