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物理學家合成新同位素:鈽-227誕生!

中國的物理學家團隊最近成功合成了一種新同位素——鈽-227,這是一種壽命極短的新核素,其半衰期僅為0.78秒。這項突破由中國科學院現代物理研究所的研究人員完成,為探索超鈾元素(即原子序大於鈾的元素)的核殼結構提供了新線索。

鈽-227屬於核圖中原子序(Z)介於87到97之間、中子數(N)介於112到136之間的區域。研究人員表示,該研究所此前已發現了該區域中的12種核素,而鈽-227則是他們發現的第39個新同位素。

現代物理研究所的甘再國(暫譯,英文:Dr. Zaiguo Gan)博士表示:「質子和中子的魔數(Magic number,又稱”幻術”,如2、8、20、28、50、82和126)與殼層閉合有關。以往的研究顯示,中子殼層在126附近的閉合性在鈾元素中逐漸減弱,這使得探索殼層結構在超鈾區域是否仍然存在變得非常有趣。」

這邊可能要先科普一下什麼是魔數?它指的是原子核中特定的質子或中子數量,這些數量能使原子核達到較高的穩定性。當原子核中質子或中子的數量達到這些魔數時,殼層閉合,導致原子核的結構更為穩定,類似於電子殼層滿殼時的穩定性。

為了更好地了解這些未知的鈽同位素,研究團隊利用了SHANS(Spectrometer for Heavy Atoms and Nuclear Structure,重原子與核結構譜儀)氣體填充反沖分離器,進行了一系列實驗。他們透過融合蒸發反應合成了這種中子極度缺乏的鈽同位素——鈽-227。通過觀察九個衰變鏈,他們測量出鈽-227的α粒子能量為8,191 keV,半衰期則為0.78秒。

離穩定結構仍差7個中子

核圖中顯示了新發現的鈽-227(紅星)以及由中國科學院現代物理研究所發現的其他12個核素(藍星)。(圖片來源:楊華斌。)

這些數據與已知的鈽同位素的系統性數據相當吻合,研究人員指出。這一結果不僅證實了他們對鈽-227的預測,還為進一步探索超鈾元素的核結構提供了重要依據。

目前,研究人員計劃繼續對更多的鈽同位素進行研究,以加深對鈽元素殼層演變的理解。甘再國博士解釋說:「新發現的鈽-227距離魔數126還差7個中子。要研究鈽元素中殼層閉合的穩定性,仍需對更輕的鈽同位素,如鈽-221到鈽-226,進行深入研究。」

這項研究成果已發表在《物理評論C》期刊上,為物理學家們開啟了探索原子核結構的新篇章。雖然鈽-227只存在不到一秒,但它所帶來的知識影響卻將持續很久。

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圖片來源:Huabin Yang.  (CC BY 4.0)

參考論文:
𝛼 decay of the new isotope 227PuPhysical Review C

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