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劳伦斯伯克利国家实验室引入新的同位素钔-244

发布:2020-06-25 19:49:11    
劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的一组科学家发现了一种新形式的人造元素-钔(Mendelevium)。新创建的同位素-244是钔的第17个最轻的形式,它是元素周期表中的元素101

钔由伯克利实验室的科学家于1955年首次创建(请参见相关视频),并且是伯克利实验室的科学家发现或帮助发现的16种元素之一。同位素是一种元素形式,其原子核中的中子(不带电粒子)比其他形式的元素更多或更少。

在最新发现中,该团队使用了伯克利实验室的88英寸回旋加速器,该回旋加速器在目标上加速了带电粒子的强大束流,从而产生了较重元素的原子,从而制造了钔-244。回旋加速器是一种类型的粒子加速器的这是发明了由实验室的同名,欧内斯特O.劳伦斯,1930年。

伯克利实验室领导的小组现已发现了17种钔的同位素中的12种,共发现了640种同位素-约占所有已知同位素的五分之一,是单个机构中数量最多的。截至2019 年底,共有3308种已知同位素。自2010年以来,这项新的同位素发现是伯克利实验室领导的团队首次发现。

伯克利实验室项目科学家珍妮弗·波尔(Jennifer Pore)领导了这项研究,详细介绍了该同位素的发现:发现新的de的同位素是一项挑战,因为所有相邻的men的同位素都具有非常相似的衰变特性。” α衰变描述了随着时间的流逝,诸如men等放射性元素分解为较轻元素的过程。

总体而言,研究小组测量了该研究中10244 of原子的性质,该性质今天发表在《物理评论快报》上。

每种同位素代表了质子和中子的独特结合,” Pore说。当发现新的同位素时,从未观察到质子(带正电的粒子)和中子的特定组合。对这些极端组合的研究对于我们对所有核物质的理解至关重要。

除了发现新的同位素外,研究小组的工作还提供了涉及铍元素同位素的衰变过程的第一个直接证据。该团队的成员包括加州大学伯克利分校,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室,圣何塞州立大学和瑞典隆德大学的科学家。

研究人员发现证据表明,men244具有两个独立的衰变链,每个衰变链根据其原子核中不同的能量构型而导致不同的半衰期:0.4秒和6秒。半衰期是指放射性元素的原子核衰减成其他较轻的原子核所需的时间减少一半的时间。

在同一项研究的另一项测量中,研究人员发现了铍-236(一种元素铍的同位素)α衰变过程的第一个证据,因为它转化为稍轻的同位素a-232。铍是由伯克利实验室领导的团队于1949年发现的。

同位素发现的核心是88英寸回旋加速器上的一种叫做FIONA的仪器,即用于识别核素A”的仪器。FIONA中的“ A”表示元素的质量数,它是原子核中质子(带正电的粒子)和中子(不带电的粒子)的总数。新同位素的质量数为244

我们在这项发现中拥有的最重要的工具是FIONA” Pore说道,他也是协助FIONA进行测试和启动的团队的成员。FIONA精确测量了新同位素的质量数。

伯克利实验室核科学部主任Barbara Jacak说:我们建立了FIONA来实现这样的发现,看到该仪器取得了巨大的进步,我感到非常兴奋。

密歇根州立大学的著名教授迈克尔·汤恩森(Michael Thoennessen)休假后担任美国物理学会的总编辑,他保留了一系列同位素发现清单,并指出在过去的几个世纪中,新同位素的清单比平时要薄年份。

他说:同位素的发现是周期性的,取决于新的加速器和实验设备开发的重大进展。他指出,伯克利实验室的FIONA和密歇根州立大学正在开发的美国能源部用户设施-稀有同位素束设施(FRIB)具有巨大的发现潜力,对美国不同类型的新同位素具有独特的功能。

为了确保FIONA的测量结果准确,研究团队首先测量了已知的men同位素(包括Mendelevium-247mendelevium-246Mendelevium-245)的衰变特性和质量数。

一旦我们确信我们对这些轻度men同位素的特性非常了解,我们便会尝试进行实验,以发现以前未观察到的同位素men244”Pore说。如果没有直接证实我们已经生产出质量数为244的同位素,那么很难将结果弄清楚并证明这一发现是非常困难的。

为了产生这样的外来同位素-即使是最轻的已知形式的men也仍然比自然存在的铀重-科学家在88英寸回旋加速器上产生了一个粒子束,该粒子束中含有氩40的带电粒子(一种氩同位素),并将其指向一种由铋同位素209组成的薄片目标。

在这些实验中,有时高能粒子束中的原子核直接撞击并与靶箔中的原子核融合,从而产生一个较重元素的单个原子。对于半衰期非常短的同位素来说,这是一场在原子衰变成其他原子之前对其进行测量的竞赛。

伯克利的88英寸回旋加速器在FIONA的上游有另一个工具,称为伯克利充气式分离器。分离器有助于取出相关的原子,这些原子可以使用FIONA进行快速详细地单独测量。

研究人员可能会通过其他仪器对Mendelevium-244进行其他研究,以尝试进一步了解其结构。

现在,FIONA已在同位素发现中证明了其价值,伯克利实验室的研究人员将目光投向了其他新同位素。我们已经计划沿着其他同位素链进行类似的研究,以发现新的同位素,” Pore说。


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