近代物理所合成新核素223Np

近日，中国科学院近代物理研究所实验物理中心研究团队成功鉴别出短寿命缺中子新核素²²³Np, 实验结果否定了Z=92质子亚满壳的存在。

实验在兰州充气谱仪(SHANS)装置上开展，采用188 MeV的⁴⁰Ar束轰击¹⁸⁷Re同位素靶,通过能量、位置、时间关联鉴别方法，成功鉴别出半衰期仅为的短寿命缺中子新核素²²³Np，其a衰变能为9477(44) keV。实验结果否定了Z=92质子亚满壳的存在, 为Z>82的下一个幻数的理论预言提供了实验参考。 

分立能级的壳层结构是微观多体系统普遍存在的量子现象，壳效应正是超重元素能够存在物理基础。在稳定线附近，当原子核的质子数或中子数是2, 8, 20, 28, 50, 82和中子数是126时, 原子核特别稳定, 这些被称为幻数，它们所对应的壳被称为主壳。目前已知的质子最大幻数是Z=82，探究质子壳结构在Z=82以上的演化，对于认识超重核的壳结构性具有重要意义。相对于主壳而言, 亚壳(subshell)在维持原子核稳定性上要弱一些。理论上, 关于是否存在Z=92质子亚壳长期以来一直有争议。相对论平均场(Relativistic Mean-field)模型与宏观-微观(Macroscopic–microscopic)模型都预言了Z=92亚壳的存在，而大规模壳模型计算却给出了否定结果。

新核素²²³Np的子核²¹⁹Pa是核素图上寿命最短的a衰变核素（~60ns）。实验中采用了数字化波形采样技术和快上升的前置放大器，建立了²²³Np→²¹⁹Pa→²¹⁵Ac→²¹¹Fr完整的a衰变链，也是首次实验建立²¹⁹Pa的a衰变链。图1中是三例 (²²³Np)-a(²²³Np)-a(²¹⁹Pa)三重叠加事件。另外实验中对前放和双面硅条探测器进行了有效的冷却, a粒子能量分辨可以达到~20 keV, 极大地提高了实验的精度。 

该项研究得到国家自然科学基金、中科院“百人计划”、科技部973项目的支持。国内外9个单位的研究人员参加了该工作，相关成果已发表在Physics Letters B上。

图1：三例前放输出的注入核(²²³Np)-a(²²³Np)-a(²¹⁹Pa)三重叠加事件的波形