科學(xué)家4天發(fā)現(xiàn)45種新放射性同位素

日本理化學(xué)研究所6月8日宣布，一個(gè)聯(lián)合研究小組利用RI射束工廠的放射性同位素射束加速器，在4天之內(nèi)發(fā)現(xiàn)了從錳（25號(hào)元素）到鋇（56號(hào)元素）的45種新放射性同位素。新發(fā)現(xiàn)的同位素?cái)?shù)量高于世界上約40種年平均發(fā)現(xiàn)的同位素?cái)?shù)量。對(duì)破解長(zhǎng)期以來(lái)元素的合成以及中子過(guò)剩原子核之謎打開(kāi)了一扇窗口。

新放射性同位素是把鈾238（92號(hào)元素，質(zhì)量數(shù)238）通過(guò)超導(dǎo)環(huán)形回旋加速器以光速的70%速度加速后，沖擊標(biāo)靶鈹和鉛的原子核，利用其引發(fā)的飛行裂變而生成的。研究小組把生成的同位素，用超導(dǎo)光束分離生成裝置（BigRIPS）進(jìn)行收集和分析，發(fā)現(xiàn)了中子過(guò)剩的新同位素。此次發(fā)現(xiàn)的新放射性同位素中，特別值得注目的是中子數(shù)為82的鈀128。 該研究成果將發(fā)表在《日本物理學(xué)會(huì)雜志》（Physical Society of Japan）上。

原子核由質(zhì)子和中子組成，其性質(zhì)由質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)決定。地球上約有300個(gè)金、鐵等天然存在的穩(wěn)定性原子核，但理論上認(rèn)為有10000個(gè)原子核，其中大部分為放射性同位素這樣的不穩(wěn)定原子核。比穩(wěn)定原子核中子數(shù)少的原子核稱為質(zhì)子過(guò)剩核，比穩(wěn)定原子核中子數(shù)多的原子核稱為中子過(guò)剩核。

約100年前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了放射性同位素，同時(shí)創(chuàng)建了原子核物理學(xué)。自此，科學(xué)家開(kāi)始了對(duì)天然存在的穩(wěn)定原子核和半衰期較長(zhǎng)的不穩(wěn)定核的研究。之后，科學(xué)家利用加速器人工生成同位素，原子核物理學(xué)與加速器技術(shù)以及同位素分離技術(shù)同時(shí)發(fā)展、成長(zhǎng)，直至目前可以對(duì)半衰期極短的不穩(wěn)定核進(jìn)行研究。

該聯(lián)合研究小組把穩(wěn)定的原子核重離子射束通過(guò)高能加速，對(duì)標(biāo)靶進(jìn)行照射。利用“彈丸碎裂反應(yīng)”和“鈾238的飛行裂變”產(chǎn)生放射性同位素射束。特別是鈾238的飛行裂變，能夠從質(zhì)量數(shù)50至150的范圍內(nèi)生成中子過(guò)剩同位素。

研究小組在超導(dǎo)環(huán)形回旋加速器、理研環(huán)形回旋加速器和固定周波型環(huán)形回旋加速器、中段環(huán)形回旋加速器構(gòu)成的加速器系統(tǒng)中，用鈾射束撞擊標(biāo)靶，飛行裂變后生成放射性同位素。通過(guò)增強(qiáng)鈾射束強(qiáng)度，從20號(hào)元素至60號(hào)元素范圍內(nèi)生成中子過(guò)剩的新放射性同位素可能性大為提高。

之后，研究小組把生成的同位素通過(guò)超導(dǎo)放射性同位素分離生成裝置（BigRIPS）的*步，選別和分離中子過(guò)剩同位素。然后，分離后的中子過(guò)剩同位素通過(guò)BigRIPS第二步，進(jìn)行新同位素的粒子識(shí)別。粒子識(shí)別是根據(jù)生成的同位素的飛行時(shí)間、能量損失和到達(dá)檢測(cè)器的位置信息磁鋼度測(cè)定得出。

這些新發(fā)現(xiàn)的同位素可能在宇宙中參與了從鐵至鈾的元素合成過(guò)程。特別是硒95、溴98、氪101、銣103、鍶106、鍶107、釔109、鈀128、碲143，是在元素合成過(guò)程中具有重要位置的原子核。今后通過(guò)對(duì)鈾射束增加強(qiáng)度，期待大量生成新的同位素，并對(duì)其半衰期和質(zhì)量的測(cè)定，解破宇宙中元素合成過(guò)程之謎。