本项研究的新核素锫-235衰变链。中国科学院近代物理研究所 供图

记者3月30日从中国科学院近代物理研究所获悉，基于中国大科学装置——兰州重离子加速器国家实验室加速器装置，中国科学院近代物理研究所、重离子科学与技术全国重点实验室超重核研究团队联合中外合作者，在世界上首次合成了新核素锫-235及其阿尔法衰变子核镅-231。

这项新核素合成领域重要研究进展，为理解重核区原子核的核结构、衰变特性等提供了重要实验依据，进一步拓展了核素的认知版图。相关成果论文近日在国际专业学术期刊《物理快报B》（Physics Letters B）发表。

超重核研究团队介绍，合成与研究新核素是原子核物理的前沿热点，对探索原子核存在极限、检验核质量模型、揭示新衰变模式具有重要意义。在质子数为95至97的缺中子锕系核区，由于原子核的裂变位垒较低，产生截面仅为皮巴量级，且存在多种衰变模式相互竞争的特点，合成和鉴别该核区新核素面临着一系列实验挑战。

在本次研究中，研究团队利用中国超重元素研究专用加速器提供的极高流强的氩-40束流轰击金-197靶，通过熔合蒸发反应，在充气反冲核谱仪上首次合成了锫-235与镅-231。

基于单原子核灵敏的探测鉴别技术，研究团队观测到3条具有能量-位置-时间关联的阿尔法衰变链，首次测量了锫-235和镅-231的阿尔法衰变粒子能量分别为7632千电子伏（keV）和7109千电子伏，并测量了镅-231的半衰期为75秒、阿尔法衰变分支比为17%。这些研究结果进一步拓展了缺中子锫和镅同位素的阿尔法衰变系统性。

此外，研究团队还系统比较了相关理论质量模型对锕系核区阿尔法衰变能的预言能力。结果显示，对于极端缺中子的锫和镅同位素，理论计算值系统性高于实验值，且对锫同位素的变化趋势预言与实验存在显著偏离，从而为理论模型的进一步改进提供了重要实验依据。

据悉，本项新核素合成及研究工作，由超重核研究团队领衔，联合先进能源科学与技术广东省实验室、中国科学院理论物理研究所、同济大学、山东大学、广西师范大学、英国约克大学及俄罗斯联合核子研究所等共同完成。