科学家发现45种新放射性同位素

日本理化学研究所近日宣布，一个国际联合研究小组利用RI射束工厂的放射性同位素射束加速器，在4天之内发现了从锰（25号元素）到钡（56号元素）的45种新放射性同位素。新发现的同位素数量高于世界上约40种年平均发现的同位素数量。对破解长期以来元素的合成以及中子过剩原子核之谜打开了一扇窗口。新放射性同位素是把铀238（92号元素，质量数238）通过超导环形回旋加速器以光速的70%速度加速后，冲击标靶铍和铅的原子核，利用其引发的飞行裂变而生成的。研究小组把生成的同位素，用超导光束分离生成装置（BigRIPS）进行收集和分析，发现了中子过剩的新同位素。此次发现的新放射性同位素中，特别值得注目的是中子数为82的钯128。该研究成果将发表在《日本物理学会期刊》（Journal of the Physical Society of Japan）上。原子核由质子和中子组成，其性质由质子数和中子数决定。地球上约有300个金、铁等天然存在的稳定性原子核，但理论上认为有10000个原子核，其中大部分为放射性同位素这样的不稳定原子核。比稳定原子核中子数少的原子核称为质子过剩核，比稳定原子核中子数多的原子核称为中子过剩核。约100年前科学家发现了放射性同位素，同时创建了原子核物理学。自此，科学家开始了对天然存在的稳定原子核和半衰期较长的不稳定核的研究。之后，科学家利用加速器人工生成同位素，原子核物理学与加速器技术以及同位素分离技术同时发展、成长，直至目前可以对半衰期极短的不稳定核进行研究。该国际联合研究小组把稳定的原子核重离子射束通过高能加速，对标靶进行照射。利用“弹丸碎裂反应”和“铀238的飞行裂变”产生放射性同位素射束。特别是铀238的飞行裂变，能够从质量数50至150的范围内高效生成中子过剩同位素。研究小组在超导环形回旋加速器、理研环形回旋加速器和固定周波型环形回旋加速器、中段环形回旋加速器构成的加速器系统中，用铀射束撞击标靶，飞行裂变后生成放射性同位素。通过增强铀射束强度，从20号元素至60号元素范围内生成中子过剩的新放射性同位素可能性大为提高。之后，研究小组把生成的同位素通过超导放射性同位素分离生成装置（BigRIPS）的第一步，选别和分离中子过剩同位素。然后，分离后的中子过剩同位素通过BigRIPS第二步，进行新同位素的粒子识别。粒子识别是根据生成的同位素的飞行时间、能量损失和到达检测器的位置信息磁钢度测定得出。这些新发现的同位素可能在宇宙中参与了从铁至铀的元素合成过程。特别是硒95、溴98、氪101、铷103、锶106、锶107、钇109、钯128、碲143，是在元素合成过程中具有重要位置的原子核。今后通过对铀射束增加强度，期待大量生成新的同位素，并对其半衰期和质量的测定，解破宇宙中元素合成过程之谜。（来源：科技日报陈超）