物理學家發現最輕的鈾

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 07 日 8:30 | 分類 尖端科技 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


科學家發現一種新類型鈾,是目前已知最輕的鈾,揭露更多關於 α 衰變的物理機制,這種粒子會在某些放射性元素衰變時被拋射出來。

新發現的鈾稱為鈾-214,是鈾的同位素,中子比質子多30個,因中子有質量,鈾-214比更常見的鈾同位素(包括核反應堆使用的鈾-235及地表豐度最高的鈾-238)要輕。新發現的同位素不僅比其他同位素還輕,且衰變過程表現出獨特行為。新發現將幫助科學家更理解稱為α衰變的放射性衰變過程,失去一個氦原子核(即兩個質子和兩個中子所組合成的團塊):又稱為α粒子。

經過一世紀研究,科學家知道衰變會導致α粒子拋射,但他們仍然不知道α粒子被拋射前如何造成的確切細節。研究人員在中國蘭州重離子研究設施創造新鈾同位素,將一束氬氣照射在鎢製標的物上,放置在名為「充氣反衝核譜儀」的機器中,透過用雷射照射鎢製標的物,研究人員可將鎢原料加入質子和中子,進而產生鈾同位素。

新同位素鈾-214半衰期只有半毫秒,與之相較,鈾-238半衰期長達45億年,約相當於地球年齡,透過仔細觀察同位素衰變的過程,科學家能研究強作用力作用於表面的α粒子部分。研究人員發現,每個α粒子的質子和中子,交互作用比以前研究過的類似同位素和其他元素強烈,這可能是由於鈾-214核內特定數量中子造成,由於有122個中子,接近「魔法中子數」:126,由於中子在完整殼層的配置,這數字特別穩定,有了這種結構,科學家就更容易計算質子和中子之間的強作用力。

中國科學院的物理學家、該研究的第一作者張志遠說:科學家對這些同位素特別感興趣,因為研究這些相互作用揭示核結構和衰變過程的特徵。

科學家懷疑這種質子─中子的交互作用在更重的同位素如鈽和錼更強,這些重元素有更多質子,軌道結構預示可能有比鈾-214更強的交互作用。科學家也想研究魔法中子數附近的其他元素同位素,由於這些元素的半衰期更短,因此需要更靈敏的儀器和更強力的光束。論文發表於4月14日的《物理評論快報》

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:pixabay

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