近代物理所合成215,216U两种最缺中子新核素

  

  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),成功合成了215U 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 216U)。这次实验观测到的215U 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6216Uα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 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2215U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8.428 (30)MeV215U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) 2015Eur. 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,216U215U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。