对稳定元素和超重元素的限制因素的更好理解,是化学和物理十年的探索。超重元素,即原子序数大于103的化学元素,在自然界中是不会出现的。对稳定和超重元素存在的限制因素的更好理解是化学和物理长达十年的探索。超重元素,即原子序数大于103的化学元素,并不出现在自然界,而是由粒子加速器人工产生的。几秒钟后它们就消失了。
来自约翰内斯古腾堡美因茨大学(JGU)的GSI亥姆霍兹Zentrum Fuer schmerionforschung Darmstadt,由GSI的Jadambaa Khuyagbaatar博士和他领导的来自梅斯的亥姆霍兹研究所(HIM)和芬兰的Jyvaeskylae大学的科学家小组提供了新的见解。这些外来核发生裂变过程,结果产生了迄今未知的门捷列夫-244核。实验是FAIR实验计划第一阶段“FAIR阶段0”的一部分。研究结果已经发表在《物理评论快报》上。
在裂变过程中,重的和超重的原子核变得越来越不稳定,在此过程中,原子核分裂成两个较轻的碎片。这是因为这类原子核中大量带正电质子之间的库仑排斥力越来越强,是稳定超重核存在的主要限制之一。
核裂变过程是80多年前发现的,至今一直被深入研究。大多数关于自发裂变的实验数据都是质子和中子数为偶数的原子核,即“偶偶核”。甚至原子核也完全由质子和中子对组成,它们的裂变特性可以用理论模型很好地描述。在具有奇数中子或质子的原子核中,与偶偶核的性质相比,已经观察到裂变过程的障碍,并且可以追溯这种单一的、不成对的成分在原子核中的影响。
然而,鲜为人知的奇-奇核包含奇数质子和奇数中子的裂变屏障。现有的实验数据表明,这种原子核的自发裂变过程受到极大的阻碍,甚至比只有一种奇型成分的原子核还要严重。
一旦裂变的可能性降到最低,可能会出现其他放射性衰变模式(如衰变或衰变)。在衰变中,一个质子转化为一个中子(反之亦然),所以奇核和奇核变成偶核,通常裂变的概率很高。因此,如果在产生奇核的实验中观察到裂变活动,通常很难确定裂变是否发生在奇核中,或者不是从偶衰变十层开始,然后可以发生延迟裂变。最近,来自GSI的Jadambaa Khuyagbaatar博士和他预言,这种延迟裂变过程可能与最重的核非常相关,事实上,它可能是衰变超重核的主要衰变模式之一。
在门捷列夫核区切核图。每个盒子代表一个原子核,质子数垂直增加,中子数水平增加。已知的原子核用彩色方框表示,其中的颜色表示核衰变模式:衰变(黄色)、衰变(棕色)和自发裂变(绿色)。粗框表示奇-奇核,其中所有衰变的延迟裂变发生率为1%(数据来自J.Khuyagbaatar,Eur。物理杂志A 55,134(2019))。概率用蓝色表示。强调了新同位素门捷列夫-244的位置和衰变特性。图片来源:J. Khuyagbaatar,GSI亥姆霍兹
在极难通过实验产生的超重核中,还没有最终观察到衰变。例如,在GSI达姆施塔特田纳西生产的最重元素(117号元素)的情况下,在持续约一个月的实验中,仅观察到奇数原子核tennessine-294的两个原子。如此低的生产率限制了对衰变延迟裂变过程的验证和详细研究。然而,说明这一过程的新的实验数据最好在异质核中获得。比如质子和中子的比例极不平衡的那些。为此,来自GSI、JGU、HIM和JVZLLE大学的研究小组制造了迄今未知的Mendelevium-244原子核,这是一种由101个质子和143个中子组成的奇怪原子核。
该理论表明,在五分之一的情况下,原子核的衰变将伴随着裂变。由于裂变过程中释放的大量能量,这可以以高灵敏度检测到,而衰变更难以测量。研究人员使用GSI UNILAC加速器上的钛50强光束照射金靶。钛和金核的反应产物在放线菌素分离器和化学TASCA中分离,将men原子引入硅探测器,探测核的注入和随后的衰变。
该研究的第一部分是在2018年进行的,结果是观察到了Mendel ium-244的七个原子。2020年,研究人员使用了低50的钛束能量,这不足以产生244名男子。的确,这部分数据集中没有像2018年研究中分配给Mendel ium-244的信号,这证实了2018年数据的正确分配,也证实了新同位素的发现。
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