作者：甘再國(guó)1,2,3 黃文學(xué)1,2,3,† 徐瑚珊1,2,3 趙紅衛(wèi)1,2,3
(1 中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所 重離子科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)
(2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院)
(3 先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室)
本文選自《物理》2024年第12期
摘要 合成新核素和新元素、認(rèn)知核素圖和元素周期表、探索原子核存在極限是核物理的前沿研究領(lǐng)域。新核素的合成研究，不僅可以揭示原子核物理學(xué)中原子核結(jié)構(gòu)、原子核衰變以及核子間基本相互作用的奧秘，而且有助于探索核天體物理學(xué)中核合成過(guò)程和能量來(lái)源的機(jī)制，此外，對(duì)核素性質(zhì)的認(rèn)識(shí)還可以擴(kuò)展其在人類生活中的應(yīng)用。與國(guó)際上其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)的新核素研究起步較晚，開始于20世紀(jì)90年代。在國(guó)家的大力支持和科研人員的不懈努力下，迄今為止，我國(guó)已成功合成了41個(gè)新核素，在全世界的排名已提升到第11位。隨著研究的深入，合成新核素的難度越來(lái)越大，在新核素的產(chǎn)生、分離和鑒別三方面都存在極大的挑戰(zhàn)。文章回顧了中國(guó)新核素研究的現(xiàn)狀及具體研究方法，綜述了新核素和新元素研究的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)措施，簡(jiǎn)述了中國(guó)新元素合成的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。
01引 言
自然界的奧秘層出不窮。人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)和生活中逐漸發(fā)現(xiàn)宇宙萬(wàn)物是由幾十種元素構(gòu)成的，建立了化學(xué)元素這一科學(xué)概念。1869年，俄國(guó)科學(xué)家門捷列夫創(chuàng)建了現(xiàn)代的元素周期表，揭示了化學(xué)元素性質(zhì)的周期律。1897年，湯姆孫仔細(xì)研究陰極射線的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了電子，打破了原子不可分的傳統(tǒng)物質(zhì)觀。1911年，盧瑟福通過(guò)α粒子轟擊金薄膜實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了原子核的存在。之后，質(zhì)子和中子的相繼發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子核是由帶電的質(zhì)子和不帶電的中子組成的，不同數(shù)目的質(zhì)子和中子可以組成不同的原子核。當(dāng)然，質(zhì)子和中子又由不同的夸克組成。原子、原子核、質(zhì)子和中子、夸克處在眾多物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次的不同層次上。描述夸克層次上基本粒子及其相互作用的理論是標(biāo)準(zhǔn)模型，它認(rèn)為維系質(zhì)子和中子形成原子核的核力是夸克間強(qiáng)相互作用在核子之外的剩余相互作用。但是，從基本理論出發(fā)來(lái)定量描述核子間的相互作用還很困難。原子核物理學(xué)中一直存在一個(gè)未能解決的基本問題——在核力和庫(kù)侖力的作用下，一定數(shù)目的質(zhì)子究竟可以與多少數(shù)目的中子形成原子核?這就是原子核的存在極限問題。
化學(xué)元素是具有相同核電荷數(shù)的一類原子(同位素，質(zhì)子數(shù)目相同)的總稱。而不同數(shù)目的質(zhì)子和不同數(shù)目的中子組成了不同的核素，將它們按一定的方式排列便是現(xiàn)在的核素圖(圖1)。地球上存在288種穩(wěn)定核素和天然放射性核素，它們集中在核素圖上一條狹長(zhǎng)的區(qū)域內(nèi)，通過(guò)這一區(qū)域的中心所作的一條曲線稱作β穩(wěn)定線。隨著不穩(wěn)定原子核越來(lái)越遠(yuǎn)離穩(wěn)定線，最后一個(gè)質(zhì)子或中子的結(jié)合能會(huì)越來(lái)越小，最終有可能成為負(fù)值。核素圖上最后一個(gè)質(zhì)子或中子結(jié)合能為負(fù)值的線被稱為質(zhì)子滴線或中子滴線。核素圖的東北角決定于原子核的自發(fā)裂變，其也決定了最重化學(xué)元素存在的極限。經(jīng)典液滴模型預(yù)言，存在最重的元素在103號(hào)(錒系元素最后一個(gè))附近，人們普遍將超錒系元素(核素)稱為超重元素(核素)，其質(zhì)子數(shù)大于103。超重原子核是一個(gè)復(fù)雜的量子多體系統(tǒng)，理論上尚不能準(zhǔn)確計(jì)算裂變位壘，從而也不能準(zhǔn)確預(yù)言原子核存在的極限。
圖1 核素圖。紅色方塊是中國(guó)合成的新核素，粉紅三角形表示的是部分已研究的奇異核。黑色方塊是在自然界中存在的穩(wěn)定核或者長(zhǎng)壽命放射性核，β穩(wěn)定線位于此
新核素的合成是指通過(guò)人工核反應(yīng)的方法合成那些在自然界中不存在的核素。自1934年約里奧·居里夫婦人工合成了具有β放射性的新核素30P以來(lái)，世界各國(guó)的科學(xué)家和研究機(jī)構(gòu)競(jìng)相開展新核素研究。發(fā)現(xiàn)、合成、鑒別新核素和新元素，拓展對(duì)核素圖和元素周期表的認(rèn)知，探索原子核的存在極限，始終是原子核物理學(xué)研究的前沿焦點(diǎn)領(lǐng)域之一。當(dāng)核物理的研究對(duì)象向著遠(yuǎn)離穩(wěn)定線及超重區(qū)拓展時(shí)，原子核的形狀、大小、密度分布、衰變方式、殼模型幻數(shù)、電磁矩和穩(wěn)定性等會(huì)呈現(xiàn)出奇異的或者新的特性[1]。合成和研究這些遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核，對(duì)于探索原子核的存在極限，檢驗(yàn)和發(fā)展原子核的理論模型起著非常重要的作用。不僅如此，這些研究在核天體物理學(xué)關(guān)于核合成過(guò)程和能量來(lái)源，以及放射性核的廣泛應(yīng)用中也具有重要的價(jià)值。
根據(jù)理論預(yù)言可合成的核素大約在8000種左右，迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約3400種，未來(lái)還有大量的核素等待被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。但實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)新核素是很困難的，遠(yuǎn)離穩(wěn)定線原子核的合成和研究涉及到原子核的產(chǎn)生、分離、測(cè)量技術(shù)和鑒別方法等問題。新核素的發(fā)現(xiàn)與一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和科研發(fā)展水平密切相關(guān)，也是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的表征。絕大多數(shù)新核素都是由歐美的發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)現(xiàn)的。根據(jù)文獻(xiàn)[2]和網(wǎng)站[3]的統(tǒng)計(jì)，截至目前，參與新核素研究的科學(xué)家大約有4000位，來(lái)自全世界100多家實(shí)驗(yàn)室。以核素合成所在的實(shí)驗(yàn)室來(lái)統(tǒng)計(jì)每個(gè)國(guó)家合成的核素?cái)?shù)目，美國(guó)合成最多，達(dá)1343個(gè)核素;德國(guó)次之，為565個(gè);而中國(guó)已合成了41個(gè)新核素，在全世界的排名已經(jīng)提升到第11位。對(duì)于超重元素的研究，文獻(xiàn)[4]作了較為詳細(xì)的綜述，此處不再贅述。
02中國(guó)新核素研究進(jìn)展
與國(guó)際上的發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)的新核素研究起步較晚，開始于20世紀(jì)90年代。圖1顯示了中國(guó)合成的新核素及部分已經(jīng)研究的奇異核在核素圖中的位置。截止到2024年底，中國(guó)先后共合成和鑒別了41個(gè)新核素，這些新核素分別利用了中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所、中國(guó)原子能科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所和蘭州大學(xué)的加速器裝置。
表1總結(jié)了每個(gè)新核素被合成時(shí)的合成方法、束流能量、分離鑒別方法、科研人員、發(fā)現(xiàn)時(shí)間和相關(guān)文獻(xiàn)，其中發(fā)現(xiàn)時(shí)間是指相關(guān)文獻(xiàn)的投稿時(shí)間，并按時(shí)間先后排序。
表1 中國(guó)合成的新核素*
* 只統(tǒng)計(jì)在國(guó)內(nèi)的加速器和實(shí)驗(yàn)裝置上合成的新核素，其中發(fā)現(xiàn)時(shí)間是指相關(guān)文獻(xiàn)的投稿時(shí)間
除了合成新核素，中國(guó)的研究人員還對(duì)多個(gè)奇異核進(jìn)行了詳細(xì)的研究。表2羅列了部分奇異核研究情況。雖然不是新核素，但是這些研究對(duì)原子核的結(jié)構(gòu)和衰變性質(zhì)的理解起到了非常重要的意義。266Bh的衰變研究[56]為日本命名Z=113號(hào)元素提供了有力的支持[58]。迄今為止，271Ds(Z=110)[57]是在中國(guó)裝置上研究的已經(jīng)正式發(fā)表文章的最重原子核。
表2 除新核素以外的奇異核研究列表(不完全統(tǒng)計(jì))
03中國(guó)新核素的產(chǎn)生、分離和鑒別方法
從圖1可看到，中國(guó)合成的新核素和相關(guān)奇異核研究主要集中于核素圖的三個(gè)區(qū)域：質(zhì)量數(shù)A>170的豐中子核素、60200的重和超重質(zhì)量區(qū)缺中子核素。核素所在的核區(qū)不同，產(chǎn)生機(jī)制、衰變性質(zhì)和分離鑒別方法也不相同。這與中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所新核素研究的以時(shí)間為序的三個(gè)階段粗略對(duì)應(yīng)。文獻(xiàn)[59]作了較為詳細(xì)的論述。
對(duì)于A>170的豐中子核素，使中低質(zhì)量區(qū)豐中子核素的重離子彈核碎裂反應(yīng)很難生成該核區(qū)的核素，這些核素主要是通過(guò)多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)和快中子在天然豐度的W、Pt、Pb和U等重靶中引起的反應(yīng)產(chǎn)生。多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)在蘭州重離子研究裝置(HIRFL)上進(jìn)行，快中子引起的反應(yīng)在中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所600 kV高壓倍加器、蘭州大學(xué)300 kV高壓倍加器和中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所(原中國(guó)科學(xué)院上海原子核研究所)1.4 m回旋加速器上進(jìn)行。一般采用化學(xué)分離法對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離，隨后由探測(cè)器陣列進(jìn)行放射性衰變的測(cè)量。最后，根據(jù)測(cè)量到的衰變譜對(duì)這些豐中子新核素進(jìn)行鑒別。
對(duì)于60
圖2 實(shí)驗(yàn)裝置、氦噴嘴帶傳輸系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)示意圖
對(duì)于A>200的重和超重質(zhì)量區(qū)缺中子核素，主要采用熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生。來(lái)自HIRFL的低能重離子束22Ne、26Mg、36,40Ar和40Ca，以及來(lái)自超重元素研究專用加速器CAFE2的40Ca和54Cr，轟擊169Tm、176Hf、185,187Re、180,182-184,186W，192Os，209Bi和241,243Am等靶，通過(guò)蒸發(fā)若干中子產(chǎn)生目標(biāo)核。依時(shí)間和設(shè)備研制的進(jìn)展來(lái)說(shuō)，對(duì)目標(biāo)核的分離和鑒別可以分為兩個(gè)階段，這也是中國(guó)新核素合成研究間隔差不多十年的原因(表1)。早期通過(guò)氦噴嘴技術(shù)快速將目標(biāo)核傳輸至低本底區(qū)的轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)，在此探測(cè)目標(biāo)核的α衰變關(guān)聯(lián)鏈，從而鑒別目標(biāo)核;而在2010年后，由于新的充氣反沖譜儀SHANS[60]研制成功，目標(biāo)核可以通過(guò)磁場(chǎng)直接分離，并注入到焦平面探測(cè)器系統(tǒng)中，其級(jí)聯(lián)α衰變被探測(cè)，從而通過(guò)“能量—時(shí)間—位置關(guān)聯(lián)”來(lái)鑒別目標(biāo)核。圖3顯示了充氣反沖譜儀SHANS示意圖和其焦平面探測(cè)器系統(tǒng)。
圖3 充氣反沖譜儀SHANS示意圖(a)和其焦平面探測(cè)器系統(tǒng)(b)
04合成新核素和新元素的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)措施
理論預(yù)言未來(lái)還有4000多種核素等待被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。由于質(zhì)子—質(zhì)子之間庫(kù)侖排斥力的存在，質(zhì)子滴線到穩(wěn)定線的距離很近。盡管庫(kù)侖勢(shì)壘和離心勢(shì)壘的存在使可觀測(cè)的缺中子核在一定范圍內(nèi)可能越過(guò)質(zhì)子滴線，但人們能夠合成與研究的缺中子核素不多。目前，對(duì)奇質(zhì)子數(shù)核素而言，Np以下(Z≤93)的質(zhì)子滴線的核素已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)成功合成[31]。在豐中子一側(cè)，中子滴線離穩(wěn)定線的距離很遠(yuǎn)，還存在大片的未知區(qū)域等待研究。在核素圖的東北角，只有更少數(shù)的核素被合成及研究，這屬于超重新核素及超重新元素的合成研究范疇。
目前，合成這些新核素和新元素是非常困難的，實(shí)驗(yàn)面臨的主要挑戰(zhàn)在于產(chǎn)生、分離及鑒別三方面。
現(xiàn)階段，產(chǎn)生核素的主要方法有重離子熔合蒸發(fā)、彈核碎裂、重核裂變以及重核間多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)等。由于穩(wěn)定線在重核區(qū)向豐中子一側(cè)偏移，熔合蒸發(fā)反應(yīng)多用來(lái)產(chǎn)生缺中子核素，是合成缺中子核素的主要方法，所有超重新元素和新核素都是通過(guò)熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生的。彈核碎裂反應(yīng)只適合產(chǎn)生比炮彈輕的核素，而現(xiàn)有的最重穩(wěn)定核素是238U，因此對(duì)于產(chǎn)生比238U更重的核素?zé)o能為力。重核裂變反應(yīng)包含自發(fā)裂變與誘發(fā)裂變兩種。自發(fā)裂變反應(yīng)就是在不提供外加能量的前提下，重核自身的裂變，而誘發(fā)裂變是指重核在中子、高能質(zhì)子、重離子或光子等的轟擊下發(fā)生裂變的過(guò)程。裂變重核一般具有比較大的中子質(zhì)子比(中質(zhì)比)，而裂變產(chǎn)物的中質(zhì)比基本上與裂變核保持一致，所以重核裂變反應(yīng)多用于產(chǎn)生中等質(zhì)量區(qū)豐中子一側(cè)的核素，卻不能產(chǎn)生重質(zhì)量和超重質(zhì)量區(qū)的豐中子核素。重核間多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)是介于少數(shù)核子轉(zhuǎn)移和深部非彈性散射之間的一種核反應(yīng)過(guò)程，可能是合成重質(zhì)量和超重質(zhì)量區(qū)的豐中子核素的有效途徑之一。目前，實(shí)驗(yàn)上極度缺乏重核間多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)研究還處在初步階段，需要大量的積累后才能用于新核素的合成。在合成超鈾和超重核素的實(shí)驗(yàn)研究中，錒系靶起著非常重要的作用，但其獲得并不容易，文獻(xiàn)[61，62]對(duì)此作了詳細(xì)的回顧。總之，不論利用哪種反應(yīng)方式，最根本的還是反應(yīng)截面和目標(biāo)核產(chǎn)額的問題。隨著合成的新核素越來(lái)越遠(yuǎn)離穩(wěn)定線，其反應(yīng)截面越來(lái)越小，尋找合適的反應(yīng)方式以及彈靶組合變得越來(lái)越重要。為了提高目標(biāo)核產(chǎn)額，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，必須盡量提高束流強(qiáng)度，建造強(qiáng)流加速器成為必不可少的選擇。
由于新核素的產(chǎn)生截面極低，產(chǎn)生的少量目標(biāo)原子核與極大量的已知核素混雜在一起，我們需要將之分離出來(lái)，這需要強(qiáng)大的分離設(shè)備。目前，國(guó)際上通用的放射性束流分離方法有在線同位素分離法和在束飛行分離法。由于在線同位素分離法可以使用厚靶，其產(chǎn)額可能相對(duì)較高，但它受限于元素的化學(xué)性質(zhì)，只能用于分離某些元素的同位素，且其分離時(shí)間較長(zhǎng)(幾毫秒到幾小時(shí)不等)，不適于分離短壽命核素。在束飛行分離法中，產(chǎn)物在飛行中被分離，由于沒有元素化學(xué)性質(zhì)的限制，這種技術(shù)原則上可以分離大部分元素的同位素，且分離所需時(shí)間很短(短至微秒量級(jí))，可以用于短壽命核素的分離。依據(jù)設(shè)備中是否采用緩沖氣體來(lái)平衡電荷態(tài)，在束分離方法發(fā)展出了磁譜儀和充氣反沖譜儀。對(duì)于彈核碎裂反應(yīng)產(chǎn)生的核素，一般采用磁譜儀分離，而充氣反沖譜儀主要用于熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物的分離。衡量分離方法好壞的標(biāo)準(zhǔn)主要考慮分離的效率、分離所需的時(shí)間和本底的抑制能力。對(duì)目標(biāo)核素的分離來(lái)說(shuō)，分離效率高，分離所需時(shí)間短，本底抑制能力強(qiáng)的設(shè)備就是好設(shè)備。
新核素的鑒別也是一個(gè)非常棘手的問題。質(zhì)子數(shù)Z和質(zhì)量數(shù)A是原子核最基本的參數(shù)，核素的鑒別就是通過(guò)直接或間接方法來(lái)確定這兩個(gè)量。間接測(cè)量通過(guò)測(cè)量核反應(yīng)或核衰變過(guò)程中的能量，結(jié)合已知核和粒子的質(zhì)量，根據(jù)能量守恒定律確定未知核的質(zhì)量。目前，超重核素的常規(guī)鑒別方法是將目標(biāo)核注入到探測(cè)器后采用“能量—時(shí)間—位置關(guān)聯(lián)”的方法尋找其α衰變鏈，結(jié)合已知核素的α衰變能和半衰期間接鑒別出目標(biāo)核的Z和A。這種方法需同時(shí)滿足兩個(gè)要求：一是衰變方式必須有特征性(如α衰變);二是目標(biāo)核的半衰期不能太長(zhǎng)，時(shí)間太長(zhǎng)可能導(dǎo)致很大的偶然符合概率，無(wú)法有效地指認(rèn)目標(biāo)核。對(duì)于彈核碎裂反應(yīng)產(chǎn)生的核素，可以基于離子光學(xué)和反應(yīng)運(yùn)動(dòng)學(xué)，通過(guò)Bρ-ΔE-TOF方法實(shí)現(xiàn)核素的鑒別。這種方法只能針對(duì)彈核碎裂反應(yīng)產(chǎn)生的核素。然而，大量還未被發(fā)現(xiàn)的新核素位于豐中子核區(qū)，并不具有特征的α或質(zhì)子衰變，且不能通過(guò)彈核碎裂反應(yīng)產(chǎn)生。對(duì)于重核和超重核區(qū)，理論預(yù)言很多尚未合成的重核或超重核的α衰變鏈終點(diǎn)的核素會(huì)自發(fā)裂變，只能借助衰變系統(tǒng)性或激發(fā)函數(shù)等進(jìn)行間接鑒別，這極大地增加了低截面核素的鑒別難度;另外，對(duì)于超重穩(wěn)定島上的核素，一些核素預(yù)言的壽命可達(dá)1000年甚至更長(zhǎng)且其衰變方式不確定，很難再用“能量—時(shí)間—位置關(guān)聯(lián)”方法進(jìn)行鑒別。因此，迫切需要研發(fā)核素的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)的直接測(cè)量的新技術(shù)與新方法，根據(jù)質(zhì)荷比與頻率或飛行時(shí)間等可測(cè)量物理量之間的關(guān)系來(lái)直接確定帶電粒子的質(zhì)量。目前，對(duì)原子核質(zhì)量進(jìn)行直接測(cè)量的設(shè)備主要是扇形場(chǎng)質(zhì)譜儀、儲(chǔ)存環(huán)、射頻四極質(zhì)量分析器、潘寧離子阱和飛行時(shí)間質(zhì)譜儀。它們各具特色，互為補(bǔ)充。但對(duì)新核素的鑒別而言，多反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀無(wú)疑是一個(gè)非常重要的方向，由于其具有靈敏度高、測(cè)量時(shí)間短、質(zhì)量分辨本領(lǐng)較高且無(wú)須頻率掃描等多方面的特點(diǎn)，有著很大的應(yīng)用潛力。
鑒于上述提及的挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)也提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，已經(jīng)開始建設(shè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，嘗試從產(chǎn)生、分離及鑒別三方面同時(shí)解決。
我國(guó)“十二五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——強(qiáng)流重離子加速器裝置(HIAF)已于2018年12月23日開工建造，計(jì)劃于2025年建成并投入運(yùn)行，現(xiàn)已進(jìn)入加速器設(shè)備的緊張安裝階段，其離子源已經(jīng)順利出束。HIAF的超導(dǎo)直線加速器能夠提供極強(qiáng)重離子束流，將是國(guó)際上開展核物理研究的最佳裝置之一。在HIAF低能實(shí)驗(yàn)段，將建造先進(jìn)的充氣反沖譜儀、豐中子核素分離器以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，從超導(dǎo)直線加速器引出能量精確可調(diào)的強(qiáng)流重離子束流，利用熔合蒸發(fā)反應(yīng)和多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)生缺中子新核素、超重新元素和豐中子超重新核素。用于核素質(zhì)量數(shù)直接指認(rèn)的多反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀也正在建設(shè)中。在HIAF高能實(shí)驗(yàn)段，我們也正在建造高能放射性束流線，利用彈核碎裂反應(yīng)和Bρ-ΔE-TOF方法實(shí)現(xiàn)核素的產(chǎn)生、分離和鑒別。
圖4 超重元素研究專用加速器CAFE2(上圖)和充氣反沖譜儀SHANS2(下圖)
新元素的合成是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要前沿。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的不懈努力，國(guó)際核物理界取得了巨大成就，將元素周期表從92號(hào)擴(kuò)展至118號(hào)，發(fā)現(xiàn)了周期表上第七周期的所有元素。現(xiàn)在正全力合成119和120號(hào)新元素。由于靶材料稀缺，國(guó)際上采用的反應(yīng)道主要集中于利用50Ti、51V、54Cr和55Mn轟擊243Am和248Cm等少數(shù)彈靶組合。理論預(yù)言，合成119和120號(hào)新元素的截面極低，在目前最先進(jìn)的重離子加速器裝置上，數(shù)月甚至數(shù)年才能產(chǎn)生一個(gè)目標(biāo)核素。為了提升我國(guó)的新核素和新元素的合成研究能力，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所已經(jīng)建成了超重元素研究專用加速器CAFE2和新的充氣反沖譜儀SHANS2(圖4)[63]，目前已進(jìn)入常規(guī)運(yùn)行階段。即將建成的HIAF將更有利于開展新元素的合成實(shí)驗(yàn)研究。
致 謝 感謝蘭州重離子研究裝置的加速器團(tuán)隊(duì)提供穩(wěn)定的束流和技術(shù)支持。
