科学家成功合成铹的第14个同位素******
超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素,也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素。铹-251具有α衰变性,可以发射出两个不同能量的α粒子。
超重元素的合成及其结构研究是当前原子核物理研究的一个重要前沿领域。铹是可供合成并进行研究的一种超镄元素,引起了人们极大的兴趣。
近日,科研人员利用美国阿贡国家实验室充气谱仪(AGFA)成功合成了超镄新核素铹-251。相关成果发表于核物理学领域期刊《物理评论C》。
此次合成铹的新同位素,运用了什么技术方法?合成得到的铹-251,具有什么基本特征?合成的铹-251对于物理、化学等学科的研究来说具有什么意义?针对上述问题,记者采访了这一工作的主要完成人之一,中国科学院近代物理研究所副研究员黄天衡。
不断进行探索,再次合成铹同位素
铹的化学符号为Lr,原子序数为103,是第11个超铀元素,也是最后一个锕系元素。“一般来说,原子序数大于铹的元素被称为超重元素。”黄天衡介绍。
质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。同一种元素的同位素在化学元素周期表中占有同一个位置,同位素这个名词也因此而得名。
103号元素由阿伯特·吉奥索等科研人员于1961年首次合成。为纪念著名物理学家欧内斯特·劳伦斯,103号元素被命名为铹。锕系元素是元素周期表ⅢB族中原子序数为89—103的15种化学元素的统称,其中,铹元素在锕系元素中排名最后。
截至目前,科研人员们共合成了铹的14个同位素,质量数分别为251—262、264、266。目前合成的铹的14个同位素中,铹-251至铹-262是在实验中通过熔合反应直接合成的,铹-264和铹-266则是将原子序数更高的核素通过衰变生成的。
目前,铹的化学研究中最常使用的同位素是铹-256和铹-260。科研人员通过化学实验证实铹为镥的较重同系物,具有+3氧化态,可以被归类为元素周期表第七周期中的首个过渡金属元素。由于铹的电子组态与镥并不相同,铹在元素周期表中的位置可能比预期的更具有波动性。在核结构研究方面,受限于合成截面等原因,目前的研究仅集中在铹-255上。然而即使是铹-255,其结构能级的指认目前也还存有争议。
通过熔合反应,形成新的原子核
铹和其他原子序数大于100的超镄元素一样,无法通过中子捕获生成。目前铹只能在重离子加速器中通过熔合反应合成。由于原子核都具有正电荷而会相互排斥,因此,只有当两个原子核的距离足够近的时候,强核力才能克服上述排斥并发生熔合。粒子束需要通过重离子加速器进行加速。在轰击作为靶的原子核时,粒子束的速度必须足够大,以克服原子核之间的排斥力。
“仅仅靠得足够近,还不足以使两个原子核发生熔合。两个原子核更可能会在极短的时间内发生裂变,而非形成单独的原子核。”黄天衡介绍,如果这两个原子核在相互靠近的时候没有发生裂变,而是熔合形成了一个新的原子核,此时新产生的原子核就会处于非常不稳定的激发态。为了达到更稳定的状态,新产生的原子核可能会直接裂变,或放出一些带有激发能量的粒子,从而产生稳定的原子核。
在此次实验中,科研人员利用美国阿贡国家实验室ATLAS直线加速器提供的钛-50束流轰击铊-203靶,通过熔合反应合成了目标核铹-251。这个新的原子核产生后,会和其他反应产物一起被传输到充气谱仪(AGFA)中。在充气谱仪(AGFA)中,铹-251会被电磁分离出来,并注入到半导体探测器中。探测器会对这个新原子核注入的位置、能量和时间进行标记。
“如果这个原子核接下来又发生了一系列衰变,这些衰变的位置、能量和时间将再次被记录下来,直至产生了一个已知的原子核。该原子核可以由其所发生的衰变的特定特征来识别。”黄天衡说。根据这个已知的原子核以及之前所经历的系列连续衰变的过程,科研人员可以鉴别注入探测器的原始产物是什么。
超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素,也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素(具有相同中子数的核素),还是利用充气谱仪(AGFA)合成的首个新核素。目前的实验结果表明,铹-251具有α衰变性,可以发射出两个不同能量的α粒子。
拓展新的领域,推动超重核理论研究
由于形变,若干决定超重核稳定岛位置的关键轨道能级会降低到质子数Z约等于100、中子数N约等于152核区的费米面附近。对于这一核区的谱学研究可以对现有描述稳定岛的各个理论模型进行严格检验,从而进一步了解超重核稳定岛的相关性质。由于上述原因,对于这一核区的谱学研究是当下探索超重核结构性质的热点课题。
此前的理论模型均无法准确地描述这一核区铹的质子能级演化,相关的实验数据十分有限。“本次实验的初衷为把铹的结构研究进一步拓展到丰质子区,尝试开展系统性的研究。”黄天衡表示。
研究结果表明,形成超重核稳定岛的关键质子能级在铹的丰质子同位素中存在能级反转现象。此外,研究人员还通过推转壳模型下粒子数守恒方法(PNC-CSM)较好地描述了这一现象,并指出了ε_6形变在这一核区的质子能级演化中起到的重要作用。
“此次研究指出了ε_6形变在铹的丰质子核区的质子能级演化中起到的重要的作用,对现有的理论研究提出了新的挑战,将推动超重核领域相关理论研究的发展。”黄天衡说。(记者颉满斌)
以新安全格局保障新发展格局******
作者:徐明(北京市习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员、中国社会科学院大学国家治理现代化与社会组织研究中心主任)
党的二十大报告提出,“统筹发展和安全,全力战胜前进道路上各种困难和挑战”“以新安全格局保障新发展格局”。立足新发展阶段,构建新发展格局,推动高质量发展,必须抓好发展和安全两件大事,有效防范和应对各类风险挑战。
处理好发展和安全的关系
发展是党执政兴国的第一要务,是解决我国一切问题的基础和关键。国家安全是民族复兴的根基,是安邦定国的重要基石。谈及发展和安全的关系,习近平总书记指出,“我们越来越深刻地认识到,安全是发展的前提,发展是安全的保障”。
新时代以来,我们坚持加强党的全面领导和党中央集中统一领导,着力推动高质量发展,坚决维护国家安全,防范化解重大风险,保持社会大局稳定,牢牢掌握了我国发展和安全主动权,取得了伟大成就。我国国内生产总值增长到114万亿元,经济总量稳居世界第二位。谷物总产量稳居世界首位,14亿多人的粮食安全、能源安全得到有效保障。持续加强科技创新和制度创新,增强产业链供应链自主可控水平,经济实力、科技实力、综合国力跃上新的大台阶。
同时也要清醒看到,世界百年未有之大变局加速演进,逆全球化思潮抬头,单边主义、保护主义明显上升,来自外部的风险挑战始终存在并日益凸显。我国推进高质量发展还有许多卡点瓶颈,确保粮食、能源、产业链供应链可靠安全和防范金融风险还须解决许多重大问题。我国发展进入战略机遇和风险挑战并存、不确定难预料因素增多的时期,各种“黑天鹅”“灰犀牛”事件随时可能发生,需要应对的风险挑战、防范化解的矛盾问题比以往更加严峻复杂。
迈上全面建设社会主义现代化国家新征程,必须处理好发展和安全的关系,努力实现高质量发展和高水平安全的良性互动。一方面,要善于运用发展成果夯实国家安全的实力基础。完整、准确、全面贯彻新发展理念,坚持高水平对外开放,加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局,为全面建成社会主义现代化强国奠定坚实的物质技术基础。另一方面,要善于塑造有利于经济社会发展的安全环境。坚定不移贯彻总体国家安全观,把维护国家安全贯穿党和国家工作各方面全过程,确保国家安全和社会稳定。
加强重点领域安全能力建设
党的二十大报告对“加快构建新发展格局,着力推动高质量发展”以及“推进国家安全体系和能力现代化,坚决维护国家安全和社会稳定”进行了重要部署。新时代新征程,更好统筹发展和安全,必须坚持党的全面领导特别是党中央集中统一领导,坚持发展和安全并重,加强重点领域安全能力建设。
着力提升产业链供应链韧性和安全水平。产业链供应链稳定安全是构建新发展格局的基础。要加快建设现代化产业体系,围绕制造业重点产业链,找准关键核心技术和零部件薄弱环节,集中优质资源合力攻关,保证产业体系自主可控和安全可靠。为此,既要通过拉长长板巩固提升优势产业的国际领先地位,也要通过补齐短板尽快解决一批“卡脖子”问题。此外,还要做强做大龙头企业,做专做精中小企业,以龙头企业引领产业链供应链上下游创新生态系统建设,深化在创新研发、市场开拓等方面的合作,推进产业链、价值链、创新链、人才链和资金链的融合。要保持并巩固我国制造业传统优势以“稳链”,推动战略性新兴产业融合集群发展以“强链”,形成必要的产业备份系统以“补链”,推进产业链供应链布局优化调整以“优链”。
增强国内大循环内生动力和可靠性。要把实施扩大内需战略同深化供给侧结构性改革有机结合起来,既扩大有效需求,又提升供给体系对国内需求的适配性,从需求侧和供给侧两端发力,畅通国民经济循环,提高发展质量和内生动力。要依托国内超大规模市场优势,更好发挥消费的基础性作用,充分发挥投资的关键作用。要建立适应消费升级和多元化消费需求的供给体系,积极推动产业结构优化升级,着力振兴实体经济。要通过预期管理和系统化设计,在关系国家安全的领域和节点构建自主可控、安全可靠的国内生产供应体系,在关键时刻可以做到自我循环,确保在极端情况下经济正常运转。
提升国际循环质量和水平。当前,全球产业结构和布局调整既带来新挑战也孕育着新机遇。提升国际循环质量和水平,需要坚持推进高水平对外开放,深度参与全球产业分工和合作,增强国内国际两个市场两种资源联动效应。一是要继续扩大商品和要素流动型开放,提升贸易投资合作质量和水平,推动我国产业转型升级,向全球产业链价值链中高端迈进。二是要稳步扩大规则、规制、管理、标准等制度型开放,营造市场化、法治化、国际化一流营商环境。三是要完善安全审查制度,健全与开放相适应的风险防范和安全保障体系,增强在对外开放环境中动态维护国家安全的本领。
加快构建新发展格局是关系我国发展全局的重大战略任务。牢牢守住安全发展这条底线,是构建新发展格局的重要前提和保障。要推进国家安全体系和能力现代化,加快构建与新发展格局相适应的新安全格局,在确保国民经济循环畅通的同时,增强我国在全球产业链供应链创新链中的影响力。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)