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號元素）到鋇（56號元素）的45種新放射性同位素。新發(fā)現(xiàn)的同位素數(shù)量高于世界上約40種年平均發(fā)現(xiàn)的同位素數(shù)量。對破解長期以來元素的合成以及中子過剩原子核之謎打開了一扇窗口。

新放射性同位素是把鈾238（92號元素，質(zhì)量數(shù)238）通過超導(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）進行收集和分析，發(fā)現(xiàn)了中子過剩的新同位素。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)子過剩核，比穩(wěn)定原子核中子數(shù)多的原子核稱為中子過剩核。

約100年前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了放射性同位素，同時創(chuàng)建了原子核物理學(xué)。自此，科學(xué)家開始了對天然存在的穩(wěn)定原子核和半衰期較長的不穩(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)同時發(fā)展、成長，直至目前可以對半衰期極短的不穩(wěn)定核進行研究。

該聯(lián)合研究小組把穩(wěn)定的原子核重離子射束通過高能加速，對標(biāo)靶進行照射。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。通過增強鈾射束強度，從20號元素至60號元素范圍內(nèi)生成中子過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，選別和分離中子過剩同位素。然后，分離后的中子過剩同位素通過BigRIPS第二步，進行新同位素的粒子識別。粒子識別是根據(jù)生成的同位素的飛行時間、能量損失和到達檢測器的位置信息磁鋼度測定得出。

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，是在元素合成過程中具有重要位置的原子核。今后通過對鈾射束增加強度，期待大量生成新的同位素，并對其半衰期和質(zhì)量的測定，解破宇宙中元素合成過程之謎。