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)
山东东营:党建聚人心 幸福来敲门******
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玉景社区是胜利油田办社会职能剥离后成立的油地融合城市社区,投资380万元建成的智慧居家养老平台惠及1600余名老年人,新建的老年家餐厅、理疗室、图书室等设施已成为老年人的幸福家园……这是东营区强化党建引领社区治理,构建“油城e家·幸福家园”治理体系,推动城市基层治理“活起来”的缩影。
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“加装电梯‘六步法’现在还在社区白板上写着呢!”辛店街道胜凯社区居民张广平难掩兴奋。张广平是胜利采油厂退休职工、“暖心向阳”志愿服务队副队长,他主动申领了小区加装电梯“总管”一职,最终促成电梯成功安装,形成了张师傅加装电梯“六步法”,张广平还因此被社区纳入“新能人”人才库。
像张广平一样,在东营区一大批有能力、有威望、有公心、有热情的党员群众参与到社区治理和服务群众中来。干部职工下一线、服务资源到基层、幸福满意进万家,油地选派4000余名党员干部职工,吸收2449名党员和居民参与,常态化定格在小区、楼栋,平时志愿服务,急时社区统筹,“平时之功”转化为居民自治的“应急之力”。同时,推动以城带乡、城乡互助,65个城市社区党组织与195个行政村党组织结对共建,已开展农特产品进城、暖心服务下乡等共建联动活动80余次。
李金贵不仅是一名快递员,还担任文汇街道商隆社区新就业群体“流动网格员”。在东营区这样的“流动网格员”已超过6000名。东营区打造新就业群体党群服务中心,精准实施关爱、培训、服务等一系列项目,全面提升新就业群体的幸福感、归属感。同时,新就业群体主动参与社区“1+n结对联系”“8+5治理清单”等活动,成为基层社区治理的“信息收集员”“政策宣传员”“文明示范员”……
用好社会联动同治力量,东营区着眼党组织号召、组团式服务,发动爱心企业、爱心商家、党外人士、新就业群体等力量参与城市治理,平时互联互通、急时“一键切换”。该区还成立区级社区治理发展基金,回馈参与基层治理的新力量,2022年以来,已有160名民营企业家、457名党外人士参与社区志愿服务。
拥有737户、2132名居民的东方银座花园是当地最早开发建设的商住一体型住宅小区之一。小区基础设施年久失修,群众意见很大。2022年,社区党支部牵头梳理出小区用房、电梯、道闸等公共收益金约23万元,同时撬动小区治理资金100万元,实施了主路改造、喷泉维修、大门维修、图书角建设等系列改造工程,赢得了群众的支持。
东营区各社区还积极与驻地单位签订共建协议,通过共同开展活动、定期召开联席会议、共同商议破解难题等方式,整合盘活阵地、文化、服务、信息等资源,协调各方为群众办实事、解难题,打通服务群众的“最后一米”。该区还建立了“群众幸福满意标准体系”,通过制定幸福社区、幸福小区、幸福楼道评选细则,动态评定、激发活力,让幸福感无处不在、满意度不断跃升。
光明日报记者 赵秋丽 光明日报通讯员 刘智峰 周 强