科学家成功合成铹的第14个同位素******

　　超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素，也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素。铹-251具有α衰变性，可以发射出两个不同能量的α粒子。

　　超重元素的合成及其结构研究是当前原子核物理研究的一个重要前沿领域。铹是可供合成并进行研究的一种超镄元素，引起了人们极大的兴趣。

　　近日，科研人员利用美国阿贡国家实验室充气谱仪（AGFA）成功合成了超镄新核素铹-251。相关成果发表于核物理学领域期刊《物理评论C》。

　　此次合成铹的新同位素，运用了什么技术方法？合成得到的铹-251，具有什么基本特征？合成的铹-251对于物理、化学等学科的研究来说具有什么意义？针对上述问题，记者采访了这一工作的主要完成人之一，中国科学院近代物理研究所副研究员黄天衡。

　　不断进行探索，再次合成铹同位素

　　铹的化学符号为Lr，原子序数为103，是第11个超铀元素，也是最后一个锕系元素。“一般来说，原子序数大于铹的元素被称为超重元素。”黄天衡介绍。

　　质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。同一种元素的同位素在化学元素周期表中占有同一个位置，同位素这个名词也因此而得名。

　　103号元素由阿伯特·吉奥索等科研人员于1961年首次合成。为纪念著名物理学家欧内斯特·劳伦斯，103号元素被命名为铹。锕系元素是元素周期表ⅢB族中原子序数为89—103的15种化学元素的统称，其中，铹元素在锕系元素中排名最后。

　　截至目前，科研人员们共合成了铹的14个同位素，质量数分别为251—262、264、266。目前合成的铹的14个同位素中，铹-251至铹-262是在实验中通过熔合反应直接合成的，铹-264和铹-266则是将原子序数更高的核素通过衰变生成的。

　　目前，铹的化学研究中最常使用的同位素是铹-256和铹-260。科研人员通过化学实验证实铹为镥的较重同系物，具有+3氧化态，可以被归类为元素周期表第七周期中的首个过渡金属元素。由于铹的电子组态与镥并不相同，铹在元素周期表中的位置可能比预期的更具有波动性。在核结构研究方面，受限于合成截面等原因，目前的研究仅集中在铹-255上。然而即使是铹-255，其结构能级的指认目前也还存有争议。

　　通过熔合反应，形成新的原子核

　　铹和其他原子序数大于100的超镄元素一样，无法通过中子捕获生成。目前铹只能在重离子加速器中通过熔合反应合成。由于原子核都具有正电荷而会相互排斥，因此，只有当两个原子核的距离足够近的时候，强核力才能克服上述排斥并发生熔合。粒子束需要通过重离子加速器进行加速。在轰击作为靶的原子核时，粒子束的速度必须足够大，以克服原子核之间的排斥力。

　　“仅仅靠得足够近，还不足以使两个原子核发生熔合。两个原子核更可能会在极短的时间内发生裂变，而非形成单独的原子核。”黄天衡介绍，如果这两个原子核在相互靠近的时候没有发生裂变，而是熔合形成了一个新的原子核，此时新产生的原子核就会处于非常不稳定的激发态。为了达到更稳定的状态，新产生的原子核可能会直接裂变，或放出一些带有激发能量的粒子，从而产生稳定的原子核。

　　在此次实验中，科研人员利用美国阿贡国家实验室ATLAS直线加速器提供的钛-50束流轰击铊-203靶，通过熔合反应合成了目标核铹-251。这个新的原子核产生后，会和其他反应产物一起被传输到充气谱仪（AGFA）中。在充气谱仪（AGFA）中，铹-251会被电磁分离出来，并注入到半导体探测器中。探测器会对这个新原子核注入的位置、能量和时间进行标记。

　　“如果这个原子核接下来又发生了一系列衰变，这些衰变的位置、能量和时间将再次被记录下来，直至产生了一个已知的原子核。该原子核可以由其所发生的衰变的特定特征来识别。”黄天衡说。根据这个已知的原子核以及之前所经历的系列连续衰变的过程，科研人员可以鉴别注入探测器的原始产物是什么。

　　超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素，也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素（具有相同中子数的核素），还是利用充气谱仪（AGFA）合成的首个新核素。目前的实验结果表明，铹-251具有α衰变性，可以发射出两个不同能量的α粒子。

　　拓展新的领域，推动超重核理论研究

　　由于形变，若干决定超重核稳定岛位置的关键轨道能级会降低到质子数Z约等于100、中子数N约等于152核区的费米面附近。对于这一核区的谱学研究可以对现有描述稳定岛的各个理论模型进行严格检验,从而进一步了解超重核稳定岛的相关性质。由于上述原因，对于这一核区的谱学研究是当下探索超重核结构性质的热点课题。

　　此前的理论模型均无法准确地描述这一核区铹的质子能级演化，相关的实验数据十分有限。“本次实验的初衷为把铹的结构研究进一步拓展到丰质子区，尝试开展系统性的研究。”黄天衡表示。

　　研究结果表明，形成超重核稳定岛的关键质子能级在铹的丰质子同位素中存在能级反转现象。此外，研究人员还通过推转壳模型下粒子数守恒方法（PNC-CSM）较好地描述了这一现象，并指出了ε_6形变在这一核区的质子能级演化中起到的重要作用。

　　“此次研究指出了ε_6形变在铹的丰质子核区的质子能级演化中起到的重要的作用，对现有的理论研究提出了新的挑战，将推动超重核领域相关理论研究的发展。”黄天衡说。（记者颉满斌）

兴安岭深处“慢火车”的守护者******

　　【春运进行时】

　　光明日报记者 张士英 光明日报通讯员 刘 杨

　　深冬的内蒙古绰河源镇，寒风凛冽。

　　1月7日8时30分，气温降到零下27℃。中国铁路哈尔滨局集团有限公司齐齐哈尔工务段新绰源线路车间线路工王磊正和7名工友穿着厚重的羽绒大衣，脚上套着毡疙瘩，一字排开蹲在线路中心处理冻害。

　　位于大兴安岭中段的绰河源镇群山围绕，全年无霜期仅有90天，冬季最低气温可达零下40℃，由博克图镇至塔尔气镇的铁路线，每天通行一对公益“慢火车”，是大山深处近万名林业职工和家属走出大山的唯一一条铁路线。

　　今年春运，6239次“慢火车”迎来返乡高峰，而此时正是冻害发生最频繁的时段。

　　268处，这是近一个月以来，工队处理的冻害数量。“博林线周围地下水极为丰富，线路又在群山中穿行，冬季水遇低温结冰膨胀，就会导致基床不均匀隆起产生冻害，造成列车颠簸甚至影响行车安全。”今年是王磊在绰河源度过的第四个春运，虽然环境艰苦，但谈起自己的工作他特别自豪，“工区管辖范围内的冻害是普通线路的50倍以上，我们每天6点出发，争分夺秒地赶在列车通过前处理好，让返乡过年的旅客安全、平稳地乘坐列车。”

　　冬天的山区尤为寂静，撬棍与钢轨碰撞的响声在树林中越传越远，此时作业组已经持续蹲着作业1个多小时，大家的帽子、睫毛全都挂了霜。在队伍中间的王磊，刚开始蹲在线路中心，时间一长腰酸腿麻，他感觉上不来气，干脆跪在轨枕上。

　　“小磊，你去撒垫板，数量我写在轨枕上了。”工长解子学向王磊喊，处理冻害是个慢功夫，需要在轨底垫上一定厚度的橡胶垫板，使凹凸不平的线路变得平顺。长时间的下蹲，哪怕是从业多年的工长也有点吃不消。工长和工友轮流换下王磊，让他去干点轻活。

　　11时36分，对讲机传来6239次列车接近的消息，工队迅速清理现场、摆放扣件、复紧螺栓，仅一上午，就用光了500多个胶垫。一套工序结束后，工长解子学整个身子趴到钢轨上，耳朵和脸几乎贴到地面，眯着眼睛目测检查维修后的轨道平顺度，用道尺测量无误后这处冻害就算完活了。

　　工队下道接车后，也到了午休时间，拿出车间准备的韭菜鸡蛋和猪肉葱花馅饺子，王磊从麻袋中掏出几块垫板在积雪上压出一个座位，和工队围成一圈，有说有笑地吃起午饭。“等忙完春运，我就能回家吃我老妈包的饺子了。”王磊说，饭后他们还要赶到下一个养护线路。

　　《光明日报》（ 2023年01月09日 10版）