科學家4天發現45種新放射性同位素

日本理化學研究所6月8日宣布，一個國際聯合研究小組利用RI射束工廠的放射性同位素射束加速器，在4天之內發現了從錳（25號元素）到鋇（56號元素）的45種新放射性同位素。新發現的同位素數量高于世界上約40種年平均發現的同位素數量。對破解長期以來元素的合成以及中子過剩原子核之謎打開了一扇窗口。
　　新放射性同位素是把鈾238（92號元素，質量數238）通過超導環形回旋加速器以光速的70%速度加速后，沖擊標靶鈹和鉛的原子核，利用其引發的飛行裂變而生成的。研究小組把生成的同位素，用超導光束分離生成裝置（BigRIPS）進行收集和分析，發現了中子過剩的新同位素。此次發現的新放射性同位素中，特別值得注目的是中子數為82的鈀128。該研究成果將發表在《日本物理學會雜志》上。
　　原子核由質子和中子組成，其性質由質子數和中子數決定。地球上約有300個金、鐵等天然存在的穩定性原子核，但理論上認為有10000個原子核，其中大部分為放射性同位素這樣的不穩定原子核。比穩定原子核中子數少的原子核稱為質子過剩核，比穩定原子核中子數多的原子核稱為中子過剩核。
　　約100年前科學家發現了放射性同位素，同時創建了原子核物理學。自此，科學家開始了對天然存在的穩定原子核和半衰期較長的不穩定核的研究。之后，科學家利用加速器人工生成同位素，原子核物理學與加速器技術以及同位素分離技術同時發展、成長，直至目前可以對半衰期極短的不穩定核進行研究。
　　該國際聯合研究小組把穩定的原子核重離子射束通過高能加速，對標靶進行照射。利用“彈丸碎裂反應”和“鈾238的飛行裂變”產生放射性同位素射束。特別是鈾238的飛行裂變，能夠從質量數50至150的范圍內高效生成中子過剩同位素。
　　研究小組在超導環形回旋加速器、理研環形回旋加速器和固定周波型環形回旋加速器、中段環形回旋加速器構成的加速器系統中，用鈾射束撞擊標靶，飛行裂變后生成放射性同位素。通過增強鈾射束強度，從20號元素至60號元素范圍內生成中子過剩的新放射性同位素可能性大為提高。
　　之后，研究小組把生成的同位素通過超導放射性同位素分離生成裝置（BigRIPS）的第一步，選別和分離中子過剩同位素。然后，分離后的中子過剩同位素通過BigRIPS第二步，進行新同位素的粒子識別。粒子識別是根據生成的同位素的飛行時間、能量損失和到達檢測器的位置信息磁鋼度測定得出。
　　這些新發現的同位素可能在宇宙中參與了從鐵至鈾的元素合成過程。特別是硒95、溴98、氪101、銣103、鍶106、鍶107、釔109、鈀128、碲143，是在元素合成過程中具有重要位置的原子核。今后通過對鈾射束增加強度，期待大量生成新的同位素，并對其半衰期和質量的測定，解破宇宙中元素合成過程之謎。