2018-11-29 06:32:02
FIONA测量两个超重元素的质量数

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由能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的核物理学家领导的一个小组报告了第一次直接测量两个超重元素核的质量数:moscovium,即元素115,和nihonium,元素113。

他们使用FIONA获得了结果,FIONA是伯克利实验室的一个新工具,旨在解决最重元素的核和原子特性。结果详见11月28日的“物理评论快报”期刊。

FIONA是一个首字母缩略词,意思是:“用于识别核素A”,“A”代表元素质量数的科学符号 - 原子核中质子和中子的总数。质子带正电荷,质子数也称为原子序数;中子具有中性电荷。超重元素是人造的,并且具有比天然元素中发现的更高的原子序数。

全球对大众人数的热潮

自FIONA调试于2018年初开始实施以来,实验室的88英寸回旋加速器和核科学部门收集并验证了FIONA的第一个数据,这是实验室88英寸回旋加速器和核科学部门的首要任务。回旋加速器工作人员与来访和内部科学家一起进行FIONA的第一次实验运行,这持续了五个星期。

“看到FIONA上线是非常令人兴奋的,因为确定大型超重元素非常重要,”核科学部主任Barbara Jacak说。 “到目前为止,大规模的任务都是通过间接证据而不是通过直接测量来完成的。”

杰克盖茨是伯克利实验室核科学部的一名科学家,他在FIONA的构思,构建和测试中发挥了主导作用,并领导FIONA的群众决心努力,他说:“人们对此感兴趣对超重质量数进行实验测量。“

盖茨补充说,这种测量超重元素质量数的努力具有全球意义,阿贡国家实验室和日本核研究计划的团队也使用略有不同的方法或工具对超重元素进行质量测量。

伯克利实验室核科学部门的资深科学家罗德里克·克拉克说:“每个人都在这场盛大的比赛中聚集在一起。这可以打开这些重型和超重型样品的一系列物理学”,以及对结构的新研究。这些奇异元素的化学和更深刻的理解,以及它们如何与其他元素结合。

“如果我们可以测量其中一个超重元素的质量,你可以确定整个区域,”克拉克说。

重元素研究的新篇章

质量数和原子序数(或“Z”) - 原子核 - 超重元素中质子总数的量度依赖于核质量模型的准确性。因此,在模型存在问题的情况下,通过实验测量这些数字的可靠方法非常重要,最近退休的伯克利实验室核科学部高级科学家Ken Gregorich指出,他与盖茨密切合作建立和委托FIONA。

他说,例如,超重元素可能表现出意想不到的核形状或质子和中子的密度,这些在模型中没有考虑到。

伯克利实验室为重元素研究领域做出了巨大贡献:实验室科学家在元素周期表中发现了16种元素,其历史可追溯到1940年的ne合成,并且还提供了数百种同位素鉴定。同位素是不同形式的元素,它们共享相同数量的质子但在其原子核中具有不同数量的中子。

FIONA(参见相关文章)是伯克利充气分离器(BGS)的附加产品。几十年来,BGS已经将重元素与其他类型的带电粒子分开,这些粒子可能在实验中充当不必要的“噪声”。 FIONA设计用于捕获和冷却单个原子,根据质量和电荷属性将它们分开,并在20毫秒或20千分之一秒的时间范围内将它们传送到低噪声探测器站。

'每天一个原子'

格雷戈里奇指出,“我们可以每天制造一个原子,给予或接受”所需的超重元素。在早期的操作中,FIONA专门负责捕获单个的moscovium原子。 “我们有大约14%的几率捕获每个原子,”他补充说。因此研究人员希望每周捕获一次moscovium质量数的测量结果。

Moscovium于2015年在俄罗斯被包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室科学家在内的美俄联合团队发现,并且2004年日本的一个团队发现了nihium的发现。元素名称于2016年正式批准。

为了生产moscovium,88英寸回旋加速器的科学家轰炸了一个由americ组成的目标,这是由伯克利实验室的Glenn T. Seaborg和其他人在1944年发现的一种元素的同位素,由稀有同位素钙-48产生的粒子束。所需的半克钙-48由DOE同位素计划提供。

FIONA捕获和测量的每个原子都有一个明显的循环特征 - 有点像在自行车向前滚动时观察自行车轮胎上的固定点。这种循环行为的轨迹与原子“质荷比 - 在探测器中测量的能量信号的时间和位置告诉科学家的质量数有关。

理想情况下,测量包括粒子衰变链中的几个步骤:Moscovium的半衰期约为160毫秒,这意味着原子有50%的几率衰变成衰变链中另一个被称为“子”元素的元素。毫秒。在该衰变链中的几个步骤捕获其能量特征可以确认哪个母原子开始该级联。

“我们多年来一直试图在这里建立质量数和质子数,”伯克利实验室核科学部门的高级科学家保罗法伦说,他领导该部门的低能耗计划。他指出,探测器灵敏度稳步提高,能够将单个原子与其他噪声隔离开来。 “现在,我们进行了第一次明确的测量。”

确认元素113和元素115的质量数

在FIONA的第一次科学研究中,研究人员发现了一个moscovium原子及其相关的衰变女儿,以及一个nihonium原子及其衰变的女儿。原子和衰变链的测量证实了两种元素的预测质量数。

虽然研究人员一直在寻求创造和测量moscovium原子的性质,但他们还能够确认在moscovium原子在到达FIONA之前腐烂成ni之后对ni的测量。

“第一次测量的成功非常令人兴奋,”参与FIONA调试实验的博士后研究员Jennifer Pore说。 “FIONA的独特能力引发了88英寸回旋加速器超重元素研究的新复兴。”

Gregorich赞扬了88英寸回旋加速器的工作人员 - 包括机械,电气,操作和控制系统专家 - 在最初的五周科学运行期间最大化FIONA实验时间。

他注意到其他BGS和FIONA小组成员的特别贡献,其中包括参与FIONA建设和测试的前项目科学家Greg Pang; Jeff Kwarsick,研究生,博士。论文主要关注FIONA成果;和尼斯埃斯克,前研究生,博士。专注于FIONA整合的质量分离技术。

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