
科学家发现一种新类型铀,是目前已知最轻的铀,披露更多关于α衰变的物理机制,这种粒子会在某些放射性元素衰变时被抛射出来。
新发现的铀称为铀-214,是铀的同位素,中子比质子多30个,因中子有质量,铀-214比更常见的铀同位素(包括核反应堆使用的铀-235及地表丰度最高的铀-238)要轻。新发现的同位素不仅比其他同位素还轻,且衰变过程表现出独特行为。新发现将帮助科学家更理解称为α衰变的放射性衰变过程,失去一个氦原子核(即两个质子和两个中子所组合成的团块):又称为α粒子。
经过一世纪研究,科学家知道衰变会导致α粒子抛射,但他们仍然不知道α粒子被抛射前如何造成的确切细节。研究人员在中国兰州重离子研究设施创造新铀同位素,将一束氩气照射在钨制标的物上,放置在名为“充气反冲核谱仪”的机器中,通过用激光照射钨制标的物,研究人员可将钨原料加入质子和中子,进而产生铀同位素。
新同位素铀-214半衰期只有半毫秒,与之相较,铀-238半衰期长达45亿年,约相当于地球年龄,通过仔细观察同位素衰变的过程,科学家能研究强作用力作用于表面的α粒子部分。研究人员发现,每个α粒子的质子和中子,交互作用比以前研究过的类似同位素和其他元素强烈,这可能是由于铀-214核内特定数量中子造成,由于有122个中子,接近“魔法中子数”:126,由于中子在完整壳层的配置,这数字特别稳定,有了这种结构,科学家就更容易计算质子和中子之间的强作用力。
中国科学院的物理学家、该研究的第一作者张志远说:科学家对这些同位素特别感兴趣,因为研究这些相互作用揭示核结构和衰变过程的特征。
科学家怀疑这种质子─中子的交互作用在更重的同位素如钚和錼更强,这些重元素有更多质子,轨道结构预示可能有比铀-214更强的交互作用。科学家也想研究魔法中子数附近的其他元素同位素,由于这些元素的半衰期更短,因此需要更灵敏的仪器和更强力的光束。论文发布于4月14日的《物理评论快报》。