超重元素合成和鉴别进展

地球上存在的稳定元素有90种,最重的是铀(U),其原子序数为92.人们通常利用高通量中子轰击铀原子核,使它俘获中子,继而进行β衰变,从而合成质子数大于铀的元素(称为超铀元素).     

埃米里奥·赛格瑞(1905～1989)

埃米里奥·赛格瑞(EmilioSegre),著名的意大利核物理专家,因发现反质子而得以分享1959年的诺贝尔物理学奖。赛格瑞于1984年4月22日在加利福尼亚州拉菲伊特他家附近逝世。虽然赛格瑞以研究原子核而最为人们所熟知,但他早期所从事的都属于原子物理领域。在1930年至1932年期间,他对原子光谱的禁戒线及其塞曼效应进行了一系列实验研究。一项关于碱性原子高能级受激状态的斯塔克效应的研究,导致发现了因异种气体的存在而在这些能级上的能量转换。费米在1933年提出的关于这一现象的理论代表了对这种状态特性的第一次承认。这种状态而今被称为里德伯状态。赛格瑞和费米还在原子排列的超精细结构理论方面携手合作。 1934年,赛格瑞转向核物理领域。他当时在罗马大学的费米小组工作。他参与的研究项目和所取得的成果有:对用中子轰击铀和钍产生人工放射性同位素的最初研究;发现慢中子;以及发现用介质和重核吸收慢中子的特大有效截面。费米小组还证明了慢中子能够影响热能,它成为裂变研究中的一个重要过程。以后,赛格瑞同在巴勒摩大学的佩利尔一起发现了原子序数为43的不明元素的几种长寿命同位素。他们以后就把这种由原子轰击钼而产生的元素命名为锝。     

O~(16)核具有四面体的形状

迄今以前一直认为氧O~(16)核是球状的。但是不久以前,德·罗勃逊(美国佛罗里达州立大学)证明了德·安德逊,远在1940年就提出的一个假设是正确的,即O~(16)核具有四面体的形状。按照安德逊的理论,在四面体的顶点上,在距它的重心1.86费米(1费米=10~(-13)厘米)的距离上分布有四个吸附有两个质子和两个中子的α簇集。在核之外,每一个这样的簇集都是一个He~4核,即α粒子。不久前罗勃逊完成的计算表明,氧原子核内的α簇集与其说是球状的,不如说更接近四面体的形状。在α簇集内部核子分布在距其重心约0.98费米的距离上,这个距离是簇集的重心与四面体的重心之间的距离的一半.     

点燃“原子核”之火

<正>1938年12月10日,瑞典国王古斯塔夫五世向意大利物理学家费米颁发了诺贝尔奖。瑞典皇家科学院泼莱吉尔教授宣读了获奖理由:费米"用中子轰击法制成新的人工放射性元素,以及发现原子核吸收慢中子所引起的核反应"。那么,这位年仅37岁学者的研究成果,究竟有何重大科学意义呢?这就说来话长了……     

中子射线照相

中子射线照相的实际应用是从1968年开始的。目前已经有一些国家设立中子射线照相服务中心。旅理和设备中子射线照相术原理见附图。从图中可以看出,它同X射线和,射线照相术很类似。它的特点是中子束通过物体的减弱同原子序数无关。中子派中子源按能量大小可分为冷中子源     

吴健雄排难

核能发电不产生温室气体,是一种洁净能源.这是因为在核电站的核锅炉中,核燃料铀或钚是通过链式反应形式,使原子核分裂,产生新中子,新中子又使其他原子核裂变,如此源源不断释放出原子能发电。今天全世界的核电站已达427座,核发电量已占世界总发电量的17%左右.在核燃料充足条件下,只要核锅炉中链式反应不间断,就不愁没有核电产生.不过,当初费米等20世纪最出色的大科学家,于40年代刚刚建造出核锅炉时,还真的被链式反应     

实验发现外尔费米子

<正>2015年7月31日和8月17日,Physical Review X和Nature Physics分别以"Experimental Discovery of Weyl Semimetal Ta As"和"Observation of Weyl Nodes in Ta As"为题,在线发表了中国科学院物理研究所丁洪研究小组在外尔半金属的研究成果,该研究利用角分辨光电子能谱技术测量了Ta As的电子结构,实验上首次证实了外尔费米子的存在.基本粒子根据自旋角动量可分为费米子和波色子两大类.1929年,德国科学家外尔(Hermann Weyl)指出,当费米子的质量为零时,可以区分为具有左旋和右旋两种不同     

原子核电荷改变反应截面的测量及电荷半径

原子核是由强相互作用将核子(包括质子和中子)束缚而成的一个有限量子多体系统,是物质结构的一个重要微观层次,其尺度在费米量级.实验上,在不同能区开展的核反应是研究原子核结构和性质的重要手段.近年来,核反应研究的一个新的增长点是对奇特原子核开展电荷改变反应截面(charge-changing cross section, CCCS)的系统测量,探索可能存在的奇特结构和新奇现象.原子核电荷改变反应截面指的是炮弹原子核在与反应靶中原子核碰撞发生相互作用后,弹核中质子数减少的总概率,反映了参与反应的弹核和靶核之间的碰撞几何截面,可用于提取弹核的电荷半径.本文回顾了世界范围内原子核电荷改变反应截面测量的进展,内容从20世纪80年代末期放射性核束物理开始时的早期工作到远离稳定线丰中子原子核的最新进展;介绍了基于兰州重离子加速器装置(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, HIRFL)开展的研究工作,初步测量了30余个轻原子核的电荷改变反应截面,下一步计划开展sd壳原子核的系统测量,研究Z(N)=14、16处的壳层结构;讨论并分析了当前实验研究中的主要问题和拓展...     

帶电粒子加速器的种类特性和用途

一总论 (一) 加速器应用的一般介紹 “帶电粒子加速器”是用人工方法使带电粒子受电磁场作用而加速达高能量的裝置,一般簡称为“加速器”,其用途很广: 1.首先在原子核物理领域,常要求从加速器中得到高能粒子作为核彈去轟击各种原子核。主要进行的工作有以下三方面: (1) 核反应工作; (2) 核結構問题的研究; (3) 核力問題的研究。通常作为核彈的粒子有五种:a(氦核_2He~4),d(重氫核_1H~2)、p(氫核_1H~1)、中子(_0n~1)和光子(γ)。后兩种核彈不帶电,虽不能直接由加速器获得,但可以通过帶电粒子的核反应間接地得到。例如氘核与氘核作用放出中子,电子射綫遇到其他物質則放出γ射     

是否存在稳定的高原子序数原子核?

自然界中的原子核绝大多数是稳定的,形成所谓的β稳定区域.原子序数Z83的重核和超重核不稳定,可以发生裂变或α,β衰变,寿命总体随着原子序数增加而减小.对于是否存在稳定的高原子序数原子核一直存在争议.本文主要从历史、当前超重元素实验合成状况和量子力学壳模型等方面,讨论"是否存在稳定的高原子序数原子核".     

单晶中子衍射法确定重晶石中氧的位置

一中子衍射实验技术是最近十八年来随着反应堆的出现而发展起来的一种研究物质结构的新方法。中子衍射与X射线衍射有许多相似之处,当中子束作用于晶体时也能因晶体内原子排列(结构)的不同而在不同方向产生或强或弱的衍射束,经过与X射线晶体结构分析过程基本相同的一系列计算和探索,最后求得原子座标。但中子衍射也有其特点,如中子主要是被原子核所散射,与核外电子的相互作用极小,散射振幅与原子序数无关,因此在下列研究中具有独特的优越性。 1.含有重原子结构中轻原子位置的确定。例如合金中C、N、O的定位,BaSO_4中O位置的确     

中子的发现

在现在我们已知的几百种基本粒子中,有一些粒子的发现具有特别重大的意义,而且颇具戏剧性,以致我们以今天的眼光来回颐这段历史时,仍能得到很多启示。中子的发现,就是这样的一个例子。中子是由英国物理学家查德威克(J.Chadwick)     

N=100附近同中子偶偶核高-K转动带的组态限制计算

通过基于Skyrme Hartree-Fock(HF)的组态限制推转壳模型方法系统计算了N=100附近同中子原子核的基态带和高-K转动带.采用粒子数守恒(particle-number-conserving,PNC)方法处理对相互作用.计算的基带和边带都很好地描述了实验转动惯量.对~(160)Sm,~(164)Dy,~(166)Er和~(168)Yb同中子核的K~π=6~-转动带,~(168)Er和~(170)Yb的K~π=4~-转动带以及~(170)Er和~(172)Yb的K~π=6~-转动带进行了系统的研究,并对其进行了相应的微观解释.同时,还预言了~(158)Nd和~(162)Gd同中子核的K~π=6~-转动带以及~(160)Nd,~(162)Sm,~(164)Gd和~(166)Dy同中子核的K~π=4~-转动带.深入研究了原子核转动特性,并对将来的实验提供了有用的信息.     

108号元素的发现

在约里奥—居里夫妇合成第一个人工放射性同位素(磷30)五十年之后,人们已发现了1900多种放射性同位素,制成了十七种超铀元素,其中最末一种是我于(1984年)3月22日在巴黎宣告其诞生的108号元素,当时适逢人工放射性问世五十周年。事情是这样的:我所领导的一个由十二位物理学家组成的小组在达姆施塔得重离子实验室(GSI)人工制成并鉴别出三个108号元素的原子。这一发现使人感到意外,因为这些原子的寿命远比通常预计的要长。此外,这一发现还说明,人们早先何以能发现107号与109号元素(我们在1981年与1982年分别合成了这两种元素),它使我们更     

原子是分子组成的吗?

对原子核来说,情况远比传统模式所假想的要复杂得多。一幅新的图景正在显现出来:核中的质子和中子(其集合体作为原子核)是以相当大的基团,或者说集束排列的,而不是旧式的“球亮结构”。伯明翰,约克和牛津大学的一个物理学家小组研究了核内集束结构.他们利用了达尔斯伯利(Daresbury)的核结构研究设备(NSF)。在英国,科学与工程     

回忆我的导师E·费米

第二次世界大战结束时,费米到了芝加哥大学工作,在物理系和新建立的核学研究所(该所现在以他的名字命名)。那时,大学里的学术研究工作和研究生教学正在恢复中,为战争所耽误的学生们蜂拥般地回到了校园。芝加哥大学物理学研究生的注册人数特别的多。他们之中究竟有多少人为费米的名字所吸引而前来芝加哥,我们很可能永远不会知道。就我个人来说,即是这些人中的一个。当1945年11月由中国来到美国时,我便已经决心跟随费米或威格纳学习。但是我知道,战争工作使得他们减少了自己大学的人员。我记得有一天,在我抵达纽约     

北京丰中子束流装置及其应用前景

放射性核束物理和核天体物理是国际核物理研究的前沿,关键科学问题包括:壳演化和新幻数、原子核的中子稳定极限(中子滴线)、超重新元素的合成、原子核的晕结构、新的衰变模式、宇宙中铁以上重元素的核合成机制等.为了解决这些关键科学问题,世界各国都投入大量人力物力建造可以用来产生放射性核束的大型实验装置.综述了国内外已有、在建和计划中的核物理不稳定核束装置情况,并介绍了新一代装置——北京丰中子束流装置(BISOL)的设想.BISOL装置计划采用反应堆和强流氘加速器双驱动源,综合在线同位素分离和炮弹碎裂两种成熟技术,可产生比国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流,同时通过建设强流氘加速器,提供国际最强的加速器中子源之一,以此为基础大力推进核能系统材料研究.     

奥克罗(Oklo)现象

直到最近,科学家都认为化学元素只是在恒星上合成的。然而,1972年奥克罗(Oklo)现象在加蓬共和国的发现已经揭示,在地球上曾经存在过核“火”,并且在十七亿年前在我们这个行星上曾经发生过大规模的元素嬗变,自然(或费米前的)反应堆的形成是和我们地球上生命的出现有着密切联系的。大约在二十亿年前,新一代有生命的有机物进行光合作用将氧气注入大气层以后,费米前的反应堆才能够形成。     

基于HIRFL-RIBLL1装置的放射性核弹性散射和破裂反应研究进展

放射性核束物理是当前核物理研究的重点领域之一,直接核反应是研究放射性核的反应机制和奇特结构的重要方法.本文回顾了近年来在HIRFL-RIBLL1上开展的放射性核的弹性散射和破裂反应研究,并介绍了国际上的研究现状.通过对典型中子晕核¹¹Be和质子滴线核⁸B在高于库仑势垒能区弹性散射的系统性比较研究,明确了即使在3倍库仑势垒附近的能区,破裂反应道仍然会对丰中子核的弹性散射道有强烈的耦合效应.研究表明,与入射能量相比,破裂反应对其他反应道耦合效应的强弱对奇特核的核结构更加敏感.此项研究加深了学界对放射性核反应动力学的认识.无论是丰中子核还是丰质子核,去弹破裂都在破裂反应中起到重要的作用,尤其在大角度范围内.总体而言,丰质子核的破裂截面明显小于丰中子核.同时理论研究表明,紧密束缚核的破裂反应主要来自去弹破裂的贡献,对破裂反应机制的理解还需要开展进一步的实验研究.     

太阳中子事件的观测特征与中子能谱的计算

太阳中子事件是与耀斑活动相关的偶发性即刻粒子事件, 主要表现为地面宇宙线探测装置的计数瞬时突增. 太阳中子携带着爆发源区的物理信息: 耀斑大气的元素组成、大气高度、磁场的会聚程度以及磁流体湍动等. 相对于其他带电粒子, 中子能够不受太阳磁场和行星际磁场的束缚而直达地面. 目前, 对太阳中子事件的理论研究, 主要是通过蒙特卡罗模拟, 考虑太阳耀斑环中磁场的螺旋角散射作用和磁镜效应, 计算耀斑磁环模型里各向异性中子的产生与太阳大气高度、时间、角度和能量间的关系, 计算逃逸中子的角分布和能谱, 以及逃逸到地球附近中子的能谱. 观测方面, 主要是结合地面中子监测器记录的超出时间与空间探测到的g射线核谱线发射峰值的时间差, 利用飞行时间方法(Time of Flight Method), 考虑中子监测器的探测效率和中子在地球大气中的衰减因素, 反演日面处的中子能谱. 本文依据已确定的10例太阳中子事件, 评述基本的观测特征, 介绍相应的观测仪器, 探讨太阳中子能谱计算的两种方法(观测法和模型法), 比较不同方法获得的计算结果; 并依托羊八井太阳宇宙线探测装置(中子监测器、太阳中子望远镜), 报道对太阳中子的初步交叉探测特征(1998年11月28日GLE事件和2005年1月20日GLE事件), 指出目前亟待解决的问题.