近日，中国科学院近代物理研究所重离子科学与技术全国重点实验室科研团队与合作者揭示了壳效应在多核子转移反应中的双向作用机制，并提出了优化的反应体系。该研究为在实验室中高效合成丰中子核素提供了新思路。相关成果发表于《Physics Letters B》。
合成和研究中子幻数126附近的丰中子核素具有特殊的科学意义，这些核素的性质直接关系到宇宙中金、铂等重元素是如何形成的。然而，如何高效产生这些核素一直是实验上的难题。传统的熔合蒸发、裂变和弹核碎裂等方法难以有效触及这一丰中子区域，而多核子转移反应作为一种替代途径，近年来受到广泛关注。
壳效应是影响多核子转移反应动力学的关键因素，但其作用机制尚不完全清楚。为此，研究人员发展了相关理论模型，通过引入形变依赖的质量公式和可连续调节壳修正强度的标度因子，系统追踪了壳效应从核子交换到碎片退激全过程的演化。
研究人员系统计算了氙-136分别轰击铅-208、汞-204和汞-208三个靶核的反应率。研究发现，壳效应扮演着“双刃剑”的角色：对于靠近入射道的少核子转移产物，壳效应增强了其产额;但对于需要转移大量核子的丰中子产物，壳效应则强烈抑制其生成。这种抑制在双幻核铅-208靶上表现最为显著。
基于这一认识，研究人员提出应避免使用幻数核作为碰撞对象，建议选择非幻数靶核并推荐了“铀-238轰击汞-204”反应体系。计算表明，该反应可显著提升合成铱-203、锇-202等丰中子核素的概率，为未来实验提供了明确的候选方案。
该研究不仅揭示了壳效应在多核子转移反应中的作用机制，也为实验合成丰中子核素、揭示宇宙中重元素的起源提供了重要参考。
论文第一作者为近代物理所助理研究员戴凡超，通讯作者为近代物理所徐新星研究员、中国原子能科学研究院温培威副研究员和林承键研究员。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性科技先导专项等项目的支持。
图1：238U+204Hg所产生的N = 126同中子素的预测截面(红色)，与198Pt+136Xe的实验数据(绿色)的对比。(图源/Physics Letters B)
图2： 多核子转移反应示意图。两个原子核相互靠近(左)、短暂结合并交换核子(中)、相互分离(右)。(图/戴凡超)
