中國科學(xué)院近代物理研究所實(shí)驗(yàn)物理中心超重核研究組的科研人員利用蘭州重離子加速器上的充氣反沖核譜儀(SHANS)，成功合成了²¹⁵U 和²¹⁶U等兩種最缺中子新核素。

　　新核素合成是核結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容之一。截止2014年，核素圖上已有近3200種核素，除去自然界存在的300多種，其余都是人工合成的。缺中子新核素 (包括超重核素) 往往通過熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生，利用能量-位置-時(shí)間關(guān)聯(lián)法進(jìn)行鑒別，在本底情況下可以做到單原子的鑒別。

　　在核素圖中，U是第92號元素，它擁有25種同位素(包括²¹⁵U 和²¹⁶U)。這次實(shí)驗(yàn)觀測到的²¹⁵U 和²¹⁶U是鈾的兩個(gè)質(zhì)量最輕的同位素。

　　在實(shí)驗(yàn)第一階段，科研人員利用熔合蒸發(fā)反應(yīng)¹⁸⁰W(⁴⁰Ar,4n)²¹⁶U，觀測到6條²¹⁶U的α衰變鏈，其中4條被指認(rèn)為²¹⁶U的基態(tài)到子核基態(tài)的α躍遷。根據(jù)這4條衰變鏈，²¹⁶U基態(tài)核的半衰期和衰變α粒子的能量被確定為和8.384(30)MeV。另外2條鏈被指認(rèn)為²¹⁶U同核異能素態(tài)的α躍遷。根據(jù)這兩條衰變鏈，²¹⁶U同核異能素態(tài)的半衰期和衰變α粒子的能量被確定為 和10.582(30)MeV。實(shí)驗(yàn)測得²¹⁶U的產(chǎn)生截面約為300pb。

　　在實(shí)驗(yàn)第二階段，科研人員提高束流能量，利用熔合蒸發(fā)反應(yīng)¹⁸⁰W(⁴⁰Ar,5n)²¹⁵U，觀測到2條²¹⁵U核基態(tài)的α衰變鏈。根據(jù)這2條衰變鏈，²¹⁵U的半衰期和衰變a粒子的能量被確定為和8.428 (30)MeV。 ²¹⁵U的產(chǎn)生截面約為50pb。實(shí)驗(yàn)測量的半衰期與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值相符，衰變α粒子的能量與衰變能的系統(tǒng)性相吻合(如圖所示)。

　　此項(xiàng)研究得到國家自然科學(xué)基金委和中科院的資助，主要實(shí)驗(yàn)人員來自中科院近代物理所，合作實(shí)驗(yàn)人員來自南京大學(xué)和中科院理論物理研究所。成果在Phys. Rev. C 91, 051302(R) 2015和Eur. Phys. J. A (2015) 51:88) 發(fā)表。

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　　上圖是缺中子同位素(Rn-U)的基態(tài)到基態(tài)的衰變a粒子能量隨中子數(shù)的變化情況(²⁰⁹Th 除外)。藍(lán)色空心方塊是文獻(xiàn)值，紅色實(shí)心方塊是本次實(shí)驗(yàn)的測量值。從圖中可以看出，²¹⁶U和²¹⁵U測量值很好地符合整個(gè)核區(qū)衰變a粒子能量的系統(tǒng)性。請注意，圖中²¹⁷U衰變α粒子能量來源于唯一的文獻(xiàn)值8.005(20) MeV，從中可以看出，這個(gè)值明顯偏離系統(tǒng)性。科研人員認(rèn)為，這個(gè)值可能不是²¹⁷U基態(tài)到基態(tài)的衰變a粒子能量。這一猜想有待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的證實(shí)。