近代物理所世界首次合成215,216U两种最缺中子新核素

黄河长江

近代物理所实验物理中心超重核研究组的科研人员，利用兰州重离子加速器上的充气反冲核谱仪(SHANS)，在世界上首次成功合成了215U 和216U等两种最缺中子新核素。

　　新核素合成是核结构研究的重要内容之一。截止2014年，核素图上已有近3200种核素，除去自然界存在的300多种，其余都是人工合成的。缺中子新核素 (包括超重核素) 往往通过熔合蒸发反应产生，利用能量-位置-时间关联法进行鉴别，在本底情况下可以做到单原子的鉴别。

　　在核素图中，U是第92号元素，它拥有25种同位素(包括215U 和216U)。这次实验观测到的215U 和216U是铀的两个质量最轻的同位素。

　　在实验第一阶段，科研人员利用熔合蒸发反应180W(40Ar,4n)216U，观测到6条216U的α衰变链，其中4条被指认为216U的基态到子核基态的α跃迁。根据这4条衰变链，216U基态核的半衰期和衰变α粒子的能量被确定为和8.384(30)MeV。另外2条链被指认为216U同核异能素态的α跃迁。根据这两条衰变链，216U同核异能素态的半衰期和衰变α粒子的能量被确定为 和10.582(30)MeV。实验测得216U的产生截面约为300pb。

　　在实验第二阶段，科研人员提高束流能量，利用熔合蒸发反应180W(40Ar,5n)215U，观测到2条215U核基态的α衰变链。根据这2条衰变链，215U的半衰期和衰变a粒子的能量被确定为和8.428 (30)MeV。 215U的产生截面约为50pb。实验测量的半衰期与经验公式计算值相符，衰变α粒子的能量与衰变能的系统性相吻合(如图所示)。

　　此项研究得到国家自然科学基金委和中科院的资助，主要实验人员来自中科院近代物理所，合作实验人员来自南京大学和中科院理论物理所。成果在Phys. Rev. C 91, 051302(R) 2015和Eur. Phys. J. A (2015) 51:88) 发表。

　　文章链接：

　　http://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.91.051302

　　http://link.springer.com/article/10.1140%2Fepja%2Fi2015-15088-9

　　

　　上图是缺中子同位素(Rn-U)的基态到基态的衰变a粒子能量随中子数的变化情况(209Th 除外)。蓝色空心方块是文献值，红色实心方块是本次实验的测量值。从图中可以看出，216U和215U测量值很好地符合整个核区衰变a粒子能量的系统性。请注意，图中217U衰变α粒子能量来源于唯一的文献值8.005(20) MeV，从中可以看出，这个值明显偏离系统性。科研人员认为，这个值可能不是217U基态到基态的衰变a粒子能量。这一猜想有待实验数据的证实。