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科学家成功合成铹的第14个同位素******

　　超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素，也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素。铹-251具有α衰变性，可以发射出两个不同能量的α粒子。

　　超重元素的合成及其结构研究是当前原子核物理研究的一个重要前沿领域。铹是可供合成并进行研究的一种超镄元素，引起了人们极大的兴趣。

　　近日，科研人员利用美国阿贡国家实验室充气谱仪（AGFA）成功合成了超镄新核素铹-251。相关成果发表于核物理学领域期刊《物理评论C》。

　　此次合成铹的新同位素，运用了什么技术方法？合成得到的铹-251，具有什么基本特征？合成的铹-251对于物理、化学等学科的研究来说具有什么意义？针对上述问题，记者采访了这一工作的主要完成人之一，中国科学院近代物理研究所副研究员黄天衡。

　　不断进行探索，再次合成铹同位素

　　铹的化学符号为Lr，原子序数为103，是第11个超铀元素，也是最后一个锕系元素。“一般来说，原子序数大于铹的元素被称为超重元素。”黄天衡介绍。

　　质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。同一种元素的同位素在化学元素周期表中占有同一个位置，同位素这个名词也因此而得名。

　　103号元素由阿伯特·吉奥索等科研人员于1961年首次合成。为纪念著名物理学家欧内斯特·劳伦斯，103号元素被命名为铹。锕系元素是元素周期表ⅢB族中原子序数为89—103的15种化学元素的统称，其中，铹元素在锕系元素中排名最后。

　　截至目前，科研人员们共合成了铹的14个同位素，质量数分别为251—262、264、266。目前合成的铹的14个同位素中，铹-251至铹-262是在实验中通过熔合反应直接合成的，铹-264和铹-266则是将原子序数更高的核素通过衰变生成的。

　　目前，铹的化学研究中最常使用的同位素是铹-256和铹-260。科研人员通过化学实验证实铹为镥的较重同系物，具有+3氧化态，可以被归类为元素周期表第七周期中的首个过渡金属元素。由于铹的电子组态与镥并不相同，铹在元素周期表中的位置可能比预期的更具有波动性。在核结构研究方面，受限于合成截面等原因，目前的研究仅集中在铹-255上。然而即使是铹-255，其结构能级的指认目前也还存有争议。

　　通过熔合反应，形成新的原子核

　　铹和其他原子序数大于100的超镄元素一样，无法通过中子捕获生成。目前铹只能在重离子加速器中通过熔合反应合成。由于原子核都具有正电荷而会相互排斥，因此，只有当两个原子核的距离足够近的时候，强核力才能克服上述排斥并发生熔合。粒子束需要通过重离子加速器进行加速。在轰击作为靶的原子核时，粒子束的速度必须足够大，以克服原子核之间的排斥力。

　　“仅仅靠得足够近，还不足以使两个原子核发生熔合。两个原子核更可能会在极短的时间内发生裂变，而非形成单独的原子核。”黄天衡介绍，如果这两个原子核在相互靠近的时候没有发生裂变，而是熔合形成了一个新的原子核，此时新产生的原子核就会处于非常不稳定的激发态。为了达到更稳定的状态，新产生的原子核可能会直接裂变，或放出一些带有激发能量的粒子，从而产生稳定的原子核。

　　在此次实验中，科研人员利用美国阿贡国家实验室ATLAS直线加速器提供的钛-50束流轰击铊-203靶，通过熔合反应合成了目标核铹-251。这个新的原子核产生后，会和其他反应产物一起被传输到充气谱仪（AGFA）中。在充气谱仪（AGFA）中，铹-251会被电磁分离出来，并注入到半导体探测器中。探测器会对这个新原子核注入的位置、能量和时间进行标记。

　　“如果这个原子核接下来又发生了一系列衰变，这些衰变的位置、能量和时间将再次被记录下来，直至产生了一个已知的原子核。该原子核可以由其所发生的衰变的特定特征来识别。”黄天衡说。根据这个已知的原子核以及之前所经历的系列连续衰变的过程，科研人员可以鉴别注入探测器的原始产物是什么。

　　超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素，也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素（具有相同中子数的核素），还是利用充气谱仪（AGFA）合成的首个新核素。目前的实验结果表明，铹-251具有α衰变性，可以发射出两个不同能量的α粒子。

　　拓展新的领域，推动超重核理论研究

　　由于形变，若干决定超重核稳定岛位置的关键轨道能级会降低到质子数Z约等于100、中子数N约等于152核区的费米面附近。对于这一核区的谱学研究可以对现有描述稳定岛的各个理论模型进行严格检验,从而进一步了解超重核稳定岛的相关性质。由于上述原因，对于这一核区的谱学研究是当下探索超重核结构性质的热点课题。

　　此前的理论模型均无法准确地描述这一核区铹的质子能级演化，相关的实验数据十分有限。“本次实验的初衷为把铹的结构研究进一步拓展到丰质子区，尝试开展系统性的研究。”黄天衡表示。

　　研究结果表明，形成超重核稳定岛的关键质子能级在铹的丰质子同位素中存在能级反转现象。此外，研究人员还通过推转壳模型下粒子数守恒方法（PNC-CSM）较好地描述了这一现象，并指出了ε_6形变在这一核区的质子能级演化中起到的重要作用。

　　“此次研究指出了ε_6形变在铹的丰质子核区的质子能级演化中起到的重要的作用，对现有的理论研究提出了新的挑战，将推动超重核领域相关理论研究的发展。”黄天衡说。（记者颉满斌）

地下工厂 地上花园******

　　园区雪景 金徽矿业旅游景区 供图

　　三季有花、四季常青，地下工厂、地上花园，这是很多游客参观甘肃徽县金徽矿业景区后的评价。近年来，该景区凭借自然地理优势和工业资源优势，以自然生态的良性循环为基础，以主题化、生态化、数字化、游乐化、情境化、动感化为设计手法，建造工业旅游景区，吸引大量游客前来旅游观光。近日，金徽矿业旅游景区被评为国家工业旅游示范基地，成为矿业开发、生态保护和文旅融合发展的典范。

　　冬天的金徽矿业被白雪覆盖，春夏之交的金徽矿业景区有劲松苍柏、鲜花迎宾……如果不是依山而建的厂房的提醒，游客很难想到自己正身处一座矿山。游客余先生选择夏天来这里参观学习，在它看来，金徽矿业旅游景区气候温润，生态良好，白天园区静谧美丽，虫鸣鸟叫声不绝于耳，夜晚灯光秀美，山色如画。

　　金徽矿业股份有限公司（以下简称“金徽股份”）是一家集铅、锌、银等矿产资源勘查、开采、加工、销售为一体的混合所有制矿山企业。金徽矿业旅游景区依托金徽股份郭家沟铅锌矿150万吨/年采选项目和绿色矿山建设而成。2019年，金徽股份成功入选国家级绿色矿山名录，被自然资源部评为国家级绿色矿山典范企业。

　　近年来，金徽股份践行“在保护中开发，在开发中保护”的理念，通过工程措施、生物措施，同步开展生态环境综合治理，坚持开展护林、种树、种草工作，实现矿区边开发边治理和绿化美化的全覆盖，让生态环境因资源开发而变得更加优美。

　　作为一家以矿业生产为主的上市企业，金徽股份在日常的生产建设中形成了矿井、尾矿库、主平硐等工业设施和景观，在生产中采用的机械化、自动化技术和作业模式，以及实物地质资料岩芯等，这些都是科普地质和工业技术知识的宝贵资源。

　　凭借良好的生态资源与工业文化资源，金徽股份逐步将整个矿业生产区域打造成一处特色鲜明的现代化工业旅游景区。

　　“我们严格按照国家4A级旅游景区标准要求，认真践行‘绿水青山就是金山银山’理念，在考察学习和借鉴先进经验的基础上，邀请景观设计单位对景区进行了规划设计，将其打造成一处以工业旅游和自然观光为主的特色旅游景区。”金徽股份董事长、总经理刘勇说。

　　为将工业资源很好地融入旅游，金徽股份建成了实物地质资料岩芯馆、展览馆，以及员工活动中心、生态停车场、培训中心和标准化的游客服务中心、游客购物中心、医务室、旅游厕所等。

　　“我们不仅在硬件设施上下功夫，还不断提升软件能力，为前来游玩参观的游客提供高质量的参观体验和服务，让游客通过金徽矿业这扇窗口了解工业资源的魅力。”刘勇说。

　　目前，金徽矿业旅游景区依托绿色矿山建设，建成了迎宾大道、迎宾瀑布、劲松迎客、矿工服务楼、磨浮车间、科技馆、音乐喷泉广场、红枫林、玫瑰园、朝凤亭、十里槐花长廊等景点。

　　“我们按照景观设计，建成了以工业旅游和自然观光为主，特色鲜明、科普性强的多条游览线路。全自动数字化磨浮车间、主平硐口、矿工服务楼、科技指挥中心等工业旅游项目，可让参观者全面了解矿业最新技术和控制水平。”刘勇介绍。

　　如今，游客到金徽矿业旅游景区游玩，不仅可以领略到景区玫瑰园、樱花大道等优美的自然生态风光，还可到实物地质资料岩芯馆观看完整保存的大量探矿岩芯，了解地质演变的科学知识；通过数字远程控制监控系统，观看工人在地下几百米辛勤劳作的工作画面；通过机械化作业，深入了解埋藏在井下亿万年的矿石模样；在标准化建设的5D影厅里，通过视觉、嗅觉、触觉等手段，体验深入地心的刺激和奇妙……游览下来，这一趟旅行就是内容丰富的科普之旅。

　　“地下工厂、地上花园”，坚持把矿区当景区来打造的金徽矿业是甘肃省绿色矿山发展的新标杆和新名片。如今，绿色矿山建设成效得到了多方认可，金徽矿业已成为政府、企业、高校等多方学习“绿色经验”的新基地。

　　“我们最大的特色就是在矿产资源开发过程中，尽可能减少对环境的扰动，将工业发展与生态文明建设、景区开发融合，努力发挥工厂变公园、矿山变景区的示范带动作用，推动区域旅游产业链长效发展，为推动矿业经济和区域经济社会高质量发展献出自己的力量。”刘勇说。（罗赟鹏 本报记者 张陇堂）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）