首次發現新核素220Np并檢驗到Np同位素的N=126的殼效應

  

  遠離穩定線原子核的殼結構和殼演化是目前原子核物理研究的重要課題。含有82個質子和126個中子的208Pb原子核是目前已知的最重的球形雙幻核,其具有的雙閉殼結構是原子核物理中殼模型理論框架的基石之一。近年來,人們對Pb同位素附近缺中子一側核素的殼演化、形狀共存等現象的研究已經比較詳細。但是,受實驗產額和短壽命條件的限制,對于中子數N = 126的核素中極端豐質子核素的殼效應和殼演化研究還非常有限。此前,雖然有實驗證實了在質子數Z = 92U同位素中存在N = 126殼效應弱化的實驗現象,但是對于Z > 92的核素中N = 126殼效應是否依然存在的問題還沒有相應的實驗研究。 

  近日,中科院近代物理所、廣西師范大學、北京大學、同濟大學、中科院理論物理所、俄羅斯聯合核子研究所等國內外9家單位的科研人員利用蘭州重離子加速器的充氣反沖核譜儀SHANS裝置開展了相關實驗,在N ≈ 126的輕錒系核區首次觀測到了Z = 93的新核素220Np,這是繼發現新核素219, 223, 224Np之后,在該同位素鏈中發現的又一個新核素。借助于先進的波形采樣數字化電子學系統,研究人員首次觀測到了新核素220Np8α衰變事件。實驗中測量的220Np衰變鏈中各核素的α衰變能譜和α衰變壽命的分布如圖1所示。基于新測量的α衰變性質以及結合之前發表的219Np223Np的數據,研究人員在Np同位素的N = 126中子殼附近,首次建立了α衰變系統性規律(如圖2(a)(b))。 

  重核素的α衰變系統性規律是反映原子核殼效應的重要實驗依據。根據獲得的實驗結果,研究人員首次給出了N = 126殼效應在Z = 93 Np同位素中仍然存在的實驗證據。同時,確定了Np同位素中質子滴線的準確位置(如圖2(c)),這一結果是在Z ≥ 83的奇Z核區,首次將豐質子核素的質子滴線位置擴展到了Z = 93的同位素中,這也是目前已知的質量數最大的質子滴線位置。 

  該工作得到了國家重點研發計劃、中國科學院B類先導科技專項培育項目、國家自然科學基金項目、中國科學院前沿科學重點研究項目、廣西自然科學基金項目以及俄羅斯基礎研究項目的支持。 

  相關研究成果以亮點文章編輯推薦Editors’ Suggestion)的形式在線發表于國際頂級物理學期刊Physical Review Letters上。文章鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.192503   

     

  1:實驗測量的220Np衰變鏈中各核素的α衰變能譜(左)和α衰變壽命的分布(右)。 

   

  289 ≤ Z ≤ 93缺中子核素的α衰變Q(a)和半衰期(b)的系統性規律,以及奇ZAcPaNp同位素的單質子分離能隨中子數變化的系統性(c) 

    

    

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