基于HIAF的超重元素和核素研究
发布时间：2022-02-13 08:22
原子核是由质子和中子构成的量子多体系统.超重核素是指考虑了壳效应才存在的原子核.探索原子核存在的电荷数和质量数极限始终是核物理研究的前沿和热点.迄今,在实验上合成和鉴别了百余种超重核素,将化学元素周期表从92号扩展至118号元素,完成了周期表上第七周期元素的填充.强流重离子加速器装置（High Intensity heavy-ion Accelerator Facility, HIAF）将于2025年建成并投入运行,超重元素和核素研究是其重要研究目标之一. HIAF的超导直线加速器能够提供能量可调的强流重离子束流,将为合成超重新元素和探索理论预言的超重核稳定岛提供重大机遇.本文介绍了基于HIAF的超重元素和核素研究计划,对超重核研究的现状和意义进行了综述,重点描述了基于重离子诱发的熔合反应和多核子转移反应的电磁谱仪以及实验测量装置.本文针对超重新元素和核素的合成研究、超重核结构和性质研究、超重核素产生机制研究、超重原子结构和元素化学性质研究分别进行了研究计划的介绍,最后对超重核研究的发展规划进行了总结.
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020,50(11)北大核心CSCD
【文章页数】：19 页
【部分图文】：
超重核区原子核壳修正能量等高图.该图示意了对超重核稳定岛认知的变化.(a)早期对稳定岛的认识;(b)目前的认识
其中,Bρ是带电离子的磁刚度,单位是Tm;m为离子质量;A为离子的质量数;Q为电荷数;v是离子的飞行速度,单位是m/s;v0为玻尔速度,等于2.19×106m/s.由此可见,核反应产物离子的磁刚度与其速度、电荷数和质量数有关.谱仪的目的就是将熔合反应的产物从束流粒子等大量本底中分离出来,并进行收集和测量.但遗憾的是,由于反冲出的反应产物具有一定的动能分布和电荷态分布,因此很难在真空条件下对飞行中的目标核进行高效的分离和收集.解决的方法是,在谱仪磁场中填充稀薄的氢气或者氦气(气压一般小于100 Pa),离子在飞行过程中不断地与气体分子碰撞,频繁地发生电荷交换反应,导致离子的电荷态处在不断的变化中.由于气体很轻,离子在碰撞过程中的能量损失很小,电荷态会很快达到动态平衡且分布较为集中.离子的平衡电荷态Qeq与速度v成正比,可以近似表示为[62]图4 充气反冲核谱仪系统构成.在图中示意了靶位和焦平面探测装置
在超重元素研究领域,研究人员将依托充气反冲核谱仪和单原子核灵敏测量装置,利用极强低能重离子束流诱发的熔合反应,合成、鉴别119–126号超重新元素.此外,利用强流离子束流产生Z=110–118元素的同位素,采用气相和液相色谱方法,研究超重元素的化学性质,比较超重元素与相应同族元素化学性质的差别,确定已知超重元素在周期表中的位置.在探索超重核稳定岛这一重大科学问题上,科研人员将通过多核子转移反应产生丰中子超重核素;依托丰中子核素分离器,分离、鉴别丰中子超重核素,并将其制备成低能、高品质离子束流;利用多种实验测量装置,开展丰中子超重新核素合成、超重核衰变性质和结构、超重元素化学性质、超重原子结构研究工作.
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nuclear dynamics in multinucleon transfer reactions near Coulomb barrier energies[J]. Peng-Hui Chen,Fei Niu,Ya-Fei Guo,Zhao-Qing Feng. Nuclear Science and Techniques. 2018(12)
[2]How accurately can we predict synthesis cross sections of superheavy elements?[J]. David Boilley,Bartholomé Cauchois,Hongliang Lü,Anthony Marchix,Yasuhisa Abe,Caiwan Shen. Nuclear Science and Techniques. 2018(12)
[3]Influence of the shell effects on evaporation residue cross section of superheavy nuclei[J]. D.Naderi,S.A.Alavi. Nuclear Science and Techniques. 2018(11)
[4]超重原子核与新元素研究[J]. 周善贵. 原子核物理评论. 2017(03)
[5]113号、115号、117号和118号元素中文名之管见[J]. 周善贵. 中国科技术语. 2017(02)
[6]113号、115号、117号、118号元素的中文命名工作[J]. 才磊. 中国科技术语. 2017(02)
[7]全国科学技术名词审定委员会公布113号、115号、117号、118号元素的中文名称[J]. 中国科技术语. 2017(02)
[8]113,115,117和118号超重元素的推荐命名和超重原子核的研究[J]. 罗亦孝. 科学通报. 2016(21)
[9]超重原子核与超重元素[J]. 周善贵. 物理. 2014(12)
[10]超重核性质与合成机制的理论研究[J]. 李璐璐,吕炳楠,王楠,温凯,夏铖君,张振华,赵杰,赵恩广,周善贵. 原子核物理评论. 2014(03)
本文编号：3622852
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020,50(11)北大核心CSCD
【文章页数】：19 页
【部分图文】：
超重核区原子核壳修正能量等高图.该图示意了对超重核稳定岛认知的变化.(a)早期对稳定岛的认识;(b)目前的认识
其中,Bρ是带电离子的磁刚度,单位是Tm;m为离子质量;A为离子的质量数;Q为电荷数;v是离子的飞行速度,单位是m/s;v0为玻尔速度,等于2.19×106m/s.由此可见,核反应产物离子的磁刚度与其速度、电荷数和质量数有关.谱仪的目的就是将熔合反应的产物从束流粒子等大量本底中分离出来,并进行收集和测量.但遗憾的是,由于反冲出的反应产物具有一定的动能分布和电荷态分布,因此很难在真空条件下对飞行中的目标核进行高效的分离和收集.解决的方法是,在谱仪磁场中填充稀薄的氢气或者氦气(气压一般小于100 Pa),离子在飞行过程中不断地与气体分子碰撞,频繁地发生电荷交换反应,导致离子的电荷态处在不断的变化中.由于气体很轻,离子在碰撞过程中的能量损失很小,电荷态会很快达到动态平衡且分布较为集中.离子的平衡电荷态Qeq与速度v成正比,可以近似表示为[62]图4 充气反冲核谱仪系统构成.在图中示意了靶位和焦平面探测装置
在超重元素研究领域,研究人员将依托充气反冲核谱仪和单原子核灵敏测量装置,利用极强低能重离子束流诱发的熔合反应,合成、鉴别119–126号超重新元素.此外,利用强流离子束流产生Z=110–118元素的同位素,采用气相和液相色谱方法,研究超重元素的化学性质,比较超重元素与相应同族元素化学性质的差别,确定已知超重元素在周期表中的位置.在探索超重核稳定岛这一重大科学问题上,科研人员将通过多核子转移反应产生丰中子超重核素;依托丰中子核素分离器,分离、鉴别丰中子超重核素,并将其制备成低能、高品质离子束流;利用多种实验测量装置,开展丰中子超重新核素合成、超重核衰变性质和结构、超重元素化学性质、超重原子结构研究工作.
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nuclear dynamics in multinucleon transfer reactions near Coulomb barrier energies[J]. Peng-Hui Chen,Fei Niu,Ya-Fei Guo,Zhao-Qing Feng. Nuclear Science and Techniques. 2018(12)
[2]How accurately can we predict synthesis cross sections of superheavy elements?[J]. David Boilley,Bartholomé Cauchois,Hongliang Lü,Anthony Marchix,Yasuhisa Abe,Caiwan Shen. Nuclear Science and Techniques. 2018(12)
[3]Influence of the shell effects on evaporation residue cross section of superheavy nuclei[J]. D.Naderi,S.A.Alavi. Nuclear Science and Techniques. 2018(11)
[4]超重原子核与新元素研究[J]. 周善贵. 原子核物理评论. 2017(03)
[5]113号、115号、117号和118号元素中文名之管见[J]. 周善贵. 中国科技术语. 2017(02)
[6]113号、115号、117号、118号元素的中文命名工作[J]. 才磊. 中国科技术语. 2017(02)
[7]全国科学技术名词审定委员会公布113号、115号、117号、118号元素的中文名称[J]. 中国科技术语. 2017(02)
[8]113,115,117和118号超重元素的推荐命名和超重原子核的研究[J]. 罗亦孝. 科学通报. 2016(21)
[9]超重原子核与超重元素[J]. 周善贵. 物理. 2014(12)
[10]超重核性质与合成机制的理论研究[J]. 李璐璐,吕炳楠,王楠,温凯,夏铖君,张振华,赵杰,赵恩广,周善贵. 原子核物理评论. 2014(03)
本文编号：3622852
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