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中國團隊成功製造史上最輕鈾同位素鈾-214 助研 α 衰變特性

最新刊於 Physical Review Letters 的研究指,有中國團隊成功製造出史上最輕的鈾同位素鈾-214 ,其半衰期僅為 0.52 毫秒。

各種已知化學元素均由原子核中的質子 (proton) 和中子 (neutron) 組成,並被電子雲包圍。我們通過質子數來區分每個元素:氫只有一粒質子,氦則有兩粒,如此類推;每個元素可以具有不同數量的中子,這不會改變元素的化學性質,但可使其變得更重或更輕,這些同一元素不同重量的版本稱為同位素 (isotope) 。

每個元素都有同位素,有些是穩定的,有些則不是。在同位素不穩定情況下,該元素會有放射性衰變並進一步變成不同的同位素或不同的元素。一些同位素是自然產生的,而另一些則只能在實驗室中創造。

鈾最常見的同位素是鈾–238 ,是鈾在自然界中最常見的同位素,佔全部鈾的 99.3% 。由於其半衰期長達 44.7 億年,通常被用於估算地質年齡。該同位素由 92 個質子和 146 個中子組成。相反,鈾-214  僅包含 122 個中子與 92 個質子,由氬和鈣轟擊鎢原子而產生;轟擊過程中也會產生鈾-216 和鈾-218 。

鈾-214 的重要性來自其衰變的方式。該同位素會放出 α 粒子而衰變。不過無人實際知道釋出 α 粒子的原因,只知道鈾-218 所擁有的 126 粒中子,是所謂的核物理魔術數之一。具有這種中子數量的同位素傾向於通過釋放 α 輻射衰變。

領導研究的中國科學院近代物理研究所研究員張志遠在聲明中指,魔術中子數 126 提供了一個理想空間,探討核結構變化如何影響 α 衰變特性。

團隊又發現,與中子數量相似的其他元素同位素相比,這些鈾原子是特殊的。鈾同位素中與 α 粒子形成有關的特性高其他元素兩倍。研究亦表明,對於具有更多質子數量的元素例如鈈 (plutonium) ,這種 α 粒子形成作用可能會更強。

來源:
IFL Science, New Isotope Of Uranium, The Lightest Yet, Has Been Created, 20 April 2021

報告:
Zhang, Z.Y., Yang, H.B., Huang, M.H. & et al. (2021). New α-Emitting Isotope 214U and Abnormal Enhancement of α-Particle Clustering in Lightest Uranium Isotopes. Phys. Rev. Lett. 126, 152502. doi: 10.1103/PhysRevLett.126.152502

文/Alan Chiu

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