原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的量子多體系統(tǒng).超重核素是指考慮了殼效應(yīng)才存在的原子核.探索原子核存在的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)極限始終是核物理研究的前沿和熱點.迄今,在實驗上合成和鑒別了百余種超重核素,將化學(xué)元素周期表從92號擴展至118號元素,完成了周期表上第七周期元素的填充.強流重離子加速器裝置（High Intensity heavy-ion Accelerator Facility, HIAF）將于2025年建成并投入運行,超重元素和核素研究是其重要研究目標(biāo)之一. HIAF的超導(dǎo)直線加速器能夠提供能量可調(diào)的強流重離子束流,將為合成超重新元素和探索理論預(yù)言的超重核穩(wěn)定島提供重大機遇.本文介紹了基于HIAF的超重元素和核素研究計劃,對超重核研究的現(xiàn)狀和意義進行了綜述,重點描述了基于重離子誘發(fā)的熔合反應(yīng)和多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的電磁譜儀以及實驗測量裝置.本文針對超重新元素和核素的合成研究、超重核結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究、超重核素產(chǎn)生機制研究、超重原子結(jié)構(gòu)和元素化學(xué)性質(zhì)研究分別進行了研究計劃的介紹,最后對超重核研究的發(fā)展規(guī)劃進行了總結(jié). 

【文章來源】：中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2020,50(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：19 頁

【部分圖文】：

超重核區(qū)原子核殼修正能量等高圖.該圖示意了對超重核穩(wěn)定島認知的變化.(a)早期對穩(wěn)定島的認識;(b)目前的認識

其中,Bρ是帶電離子的磁剛度,單位是Tm;m為離子質(zhì)量;A為離子的質(zhì)量數(shù);Q為電荷數(shù);v是離子的飛行速度,單位是m/s;v0為玻爾速度,等于2.19×106m/s.由此可見,核反應(yīng)產(chǎn)物離子的磁剛度與其速度、電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)有關(guān).譜儀的目的就是將熔合反應(yīng)的產(chǎn)物從束流粒子等大量本底中分離出來,并進行收集和測量.但遺憾的是,由于反沖出的反應(yīng)產(chǎn)物具有一定的動能分布和電荷態(tài)分布,因此很難在真空條件下對飛行中的目標(biāo)核進行高效的分離和收集.解決的方法是,在譜儀磁場中填充稀薄的氫氣或者氦氣(氣壓一般小于100 Pa),離子在飛行過程中不斷地與氣體分子碰撞,頻繁地發(fā)生電荷交換反應(yīng),導(dǎo)致離子的電荷態(tài)處在不斷的變化中.由于氣體很輕,離子在碰撞過程中的能量損失很小,電荷態(tài)會很快達到動態(tài)平衡且分布較為集中.離子的平衡電荷態(tài)Qeq與速度v成正比,可以近似表示為[62]圖4 充氣反沖核譜儀系統(tǒng)構(gòu)成.在圖中示意了靶位和焦平面探測裝置

在超重元素研究領(lǐng)域,研究人員將依托充氣反沖核譜儀和單原子核靈敏測量裝置,利用極強低能重離子束流誘發(fā)的熔合反應(yīng),合成、鑒別119–126號超重新元素.此外,利用強流離子束流產(chǎn)生Z=110–118元素的同位素,采用氣相和液相色譜方法,研究超重元素的化學(xué)性質(zhì),比較超重元素與相應(yīng)同族元素化學(xué)性質(zhì)的差別,確定已知超重元素在周期表中的位置.在探索超重核穩(wěn)定島這一重大科學(xué)問題上,科研人員將通過多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)生豐中子超重核素;依托豐中子核素分離器,分離、鑒別豐中子超重核素,并將其制備成低能、高品質(zhì)離子束流;利用多種實驗測量裝置,開展豐中子超重新核素合成、超重核衰變性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、超重元素化學(xué)性質(zhì)、超重原子結(jié)構(gòu)研究工作.

【參考文獻】：
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