中科院合成最轻的铀同位素:铀-214

科学家发现了一种新类型的铀同位素,它是目前已知最轻的铀同位素,这一发现可以揭露更多关于α衰变的物理机制,这种粒子会在某些放射性元素衰变时被抛射出来。

中科院合成最轻的铀同位素:铀-214

新发现的铀同位素称为铀-214,是铀的一种同位素,它的中子比质子多30个,因为中子有质量,铀-214比更常见的铀同位素(包括核反应堆中使用的铀-235及地表丰度最高的铀-238)要轻得多。这种新发现的同位素不仅比其他的同位素还要轻,而且在衰变过程中表现出独特的行为。因此,新发现将帮助科学家更好地理解一种称为α衰变的放射性衰变过程,失去一个氦原子核(即两个质子和两个中子所组合成的团块)——又被称为α粒子。

经过一个世纪的研究,科学家们知道衰变会导致α粒子的抛射,但他们仍然不知道α粒子在被抛射之前是如何造成的确切细节。研究人员在中国兰州的重离子研究设施中创造了新的铀同位素,他们将一束氩气照射在一个钨制标的物上,该物放置在一个名为「充气反冲核谱仪」的机器中,通过用激光照射钨制标的物,研究人员可以将钨原料中加入质子和中子,进而产生铀的同位素。

中科院合成最轻的铀同位素:铀-214
Illustration of atomic, or nuclear, fission (splitting). The splitting of the nucleus into smaller nuclei, known as fission products, can produce a vast amount of energy. Nuclear fission is used to produce energy for nuclear power and nuclear weapons.

新的同位素铀-214的半衰期只有半毫秒,与之相较之下,铀238的半衰期则长达45亿年,大约相当于地球的年龄,通过仔细观察同位素衰变的过程,科学家们能够研究强作用力作用在表面的α粒子部分。研究人员发现,每个α粒子中的质子和中子,其交互作用比以前研究过的类似同位素和其他元素要强烈得多,这可能是由于铀-214核内特定数量的中子造成的,由于它有122个中子,接近「魔法中子数」:126,由于中子在完整壳层中的配置,这个数字特别稳定,
有了这种结构,科学家就更容易计算质子和中子之间的强作用力。

中国科学院的物理学家、该研究的第一作者张志远说:科学家们对这些同位素特别感兴趣,因为研究这些相互作用可以揭示核结构和衰变过程的特征。

科学家们怀疑这种质子-中子间的交互作用在更重的同位素例如:钸和錼中更强,这些重元素有更多的质子,它们的轨道结构预示着可能有比铀-214更强的交互作用。另外,科学家们也想研究魔法中子数附近的其他元素同位素;然而,由于这些元素的半衰期更短,因此需要更灵敏的仪器和更强力的光束,相关的文章发表在4月14日的《物理评论快报》上。

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