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引入了人造元素钔的新同位素

mendelevl -244的制作:在这段视频中,伯克利实验室项目科学家Jennifer Pore描述了伯克利实验室的科学家们如何利用88英寸回旋加速器创造并确认了一种新的同位素mendelevl -244的发现。1955年,伯克利的一个实验室团队首次发现了人造元素Mendelevium,从那以后,人们发现了该元素的十几种变体,也就是所谓的同位素。资料来源:Marilyn Sargent/伯克利实验室

伯克利实验室领导的团队在88英寸回旋加速器的实验中创造了一种新的、更轻的mendelevium元素。

劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的一组科学家发现了一种新的人造元素mendelevium。新发现的同位素mendelevium-244是mendelevium的第17种最轻的形式,是元素周期表上的101号元素。

Mendelevium最早由伯克利实验室的科学家于1955年发明(见相关视频),是伯克利实验室科学家发现或帮助发现的16种元素之一。同位素是原子核中中子(不带电粒子)比其他元素多或少的一种元素。

在最新的发现中,该团队使用了伯克利实验室的88英寸回旋加速器来制造mendelevium-244。回旋加速器可以对目标加速强大的带电粒子束,从而产生较重元素的原子。回旋加速器是一种粒子加速器,1930年由该实验室的同名作者欧内斯特·o·劳伦斯发明。

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伯克利实验室领导的团队现在已经发现了17种mendelevium同位素中的12种,并且总共发现了640种同位素。约占所有已知同位素的五分之一,是迄今为止单个机构中最多的。到2019年底,已知的同位素有3308种。这是伯克利实验室领导的团队自2010年以来首次发现新的同位素。

发现这种新的mendelevium同位素很有挑战性,因为所有邻近的mendelevium同位素具有非常相似的衰变性质,伯克利实验室的项目科学家詹妮弗·波雷说,她领导了这项研究,详细介绍了同位素的发现。阿尔法衰变描述了像钔这样的放射性元素随着时间的推移分解成较轻元素的过程。

在2020年6月23日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的研究中,该团队总共测量了mendelevium-244的10个原子的性质。

每一种同位素都代表着质子和中子的独特组合,孔说。当一种新的同位素被发现时,质子(带正电荷的粒子)和中子的特殊组合从未被观察到。对这些极端组合的研究对我们理解所有核物质至关重要。

除了发现新的同位素之外,研究小组的工作还首次提供了有关锫同位素衰变过程的直接证据。这个团队的科学家来自加州大学伯克利分校、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、圣何塞州立大学和瑞典隆德大学。

研究人员发现,mendelevi -244有两条独立的衰变链,每条衰变链都有不同的半衰期:0.4秒和6秒,这是基于其原子核中粒子的不同能量配置而得出的结论。半衰期是指放射性元素的原子核衰变成其他更轻的原子核时,原子数量减少一半所需要的时间。

在同一项研究中进行的另一项测量中,研究人员首次发现了锫-236(锫的一种同位素)在转化为镅-232(一种稍轻的同位素)时存在阿尔法衰变过程的证据。锫是在1949年由伯克利实验室领导的研究小组发现的。

同位素发现的核心是88英寸回旋加速器上的一台名为“菲奥娜”的仪器,或用于鉴定核素a的仪器。费欧娜代表一种元素的质量数,即原子核中质子(带正电荷的粒子)和中子(不带电荷的粒子)的总数。新的同位素的质量数是244。

在这个发现中,我们拥有的最重要的工具是菲奥娜,他也是fiona&o的测试和启动团队的一员。菲奥娜精确地测量了新同位素的质量数。

伯克利实验室核科学部主任芭芭拉·雅克说:“我们建造菲奥娜是为了使类似的发现成为可能,看到这台仪器取得进展令人兴奋。”

Michael Thoennessen是密歇根州州立大学的著名教授,他正在休假中担任美国物理学会的主编,他保留了一份同位素发现的清单,并指出在过去的几年里,新同位素的清单比往常要少。

同位素的发现是周期性的,并依赖于新的加速器和实验设备的重大进展。他说。伯克利实验室的菲奥娜和密歇根州立大学美国能源部正在开发的稀有同位素束设备(FRIB)具有独特的能力,具有巨大的发现潜力。在美国发现了不同类型的新同位素他指出,。

为了确保fiona的测量是准确的,研究小组首先测量了已知的mendelevium同位素的衰变性质和质量数,包括mendelevium-247、mendelevium-246和mendelevium-245。

一旦我们确信自己对这些轻的mendelevium同位素的性质十分熟悉,我们就尝试着通过实验来发现之前未被观察到的mendelevium-244同位素。孔说。如果没有直接证实我们生产了一种质量数为244的同位素,就很难理清结果并证明这一发现。

创造这些奇异的同位素即使已知的最轻的钔也比天然存在的铀重。科学家们在88英寸的回旋加速器上制造了一束粒子束,其中含有氩的同位素氩-40的带电粒子,并将光束对准由铋-209(铋的同位素)组成的薄箔靶。

在这些实验中,高能粒子束中的一个原子核会直接撞击并与目标箔中的一个原子核发生聚变,产生一个较重元素的单个原子。而对于半衰期很短的同位素来说,在原子衰变成其他物质之前对其进行测量是一场竞赛。

贝克莱的88英寸回旋加速器在菲奥娜的上游有另一个工具,叫做伯克利气体填充分离器。分离器帮助提取相关原子,可与菲奥娜单独快速详细测量。

Pore说,研究人员可能会用其他仪器对mendelevi -244进行其他研究,以了解其更多的结构。

既然菲奥娜已经证明了它在同位素发现中的价值,伯克利实验室的研究人员正把目光投向其他新的同位素。我们已经计划在其他同位素链上进行类似的研究,以发现新的同位素。孔说。

文献:新同位素244Md&rdquo的鉴定J .  L。毛孔,J .  M。盖茨,r.o Orford, C。坎贝尔,R .  M。克拉克,H .  L。克劳福德,N .  E。埃斯克,P.法伦,J。古丁,J .  T。Kwarsick, .  O。Macchiavelli, C. Morse, D. Rudolph, A. Såmark-Roth, C. Santamaria, R.&thinsp。沙,和M . 。斯托耶,2020年6月23日,《物理评论快报》。

DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.252502

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