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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）

东夏国南京城破城之门遗迹被发掘******

　　光明日报长春1月11日电 见习记者李层、记者任爽从吉林省文物考古研究所获悉，2020年度“全国十大考古新发现”之一——磨盘村山城遗址在被确认为东夏国南京城故址后，又在2022年度考古工作中有了新收获：元军攻进东夏国南京城破城之门遗迹被首次发掘，进一步印证了史料中当年此城被攻克的相关记载。

　　磨盘村山城遗址位于吉林省图们市长安镇磨盘村一处独立山体上，扼守延吉盆地最东缘，北、东、南三面被布尔哈通河环抱，地势险要，易守难攻。遗址自2013年以来由吉林省文物考古研究所进行考古发掘，发现早晚两期遗存。其中，晚期遗存即为东夏国南京城故址。

　　东夏国是13世纪中国东北地区一个割据政权。东夏国的南京城是其在金、元交替时期割据偏安、据险自守的要地。1233年，元军攻破南京城，继而平定东夏国土。至此，东夏灭亡，存国19年。

　　磨盘村山城遗址平面近阔叶形，可根据自然冲沟划分为东、南、西、北、中5个区，包含城门、角楼、城墙、房址、蓄水坑及大型建筑基址等遗迹。《元史》关于当年攻陷南京城有记载：（查剌）从国王军征万奴，围南京，城坚如立铁，查剌命偏将先警其东北，亲奋长槊大呼，登西南角，摧其飞橹，手斩陴卒数十人，大军乘之，遂克南京。由此对比各区城门遗迹，考古人员发现西区3号门址位于山城西南部，与史料相吻合，推定其为东夏国南京城破城之门。该门址在2022年度首次被发掘。

　　通过考古发掘，考古人员在西区3号门址发现了早晚两期门道。其中，晚期门道由黄沙土平铺，比早期门道高出1.26米，正中立置将军石，且在将军石南北两侧各有一块门枢础石，是东夏国南京城西门。

　　磨盘村山城遗址考古发掘领队苗诗钰补充：“经测量，门道宽约2米、残高2米多，门枢础石石孔直径约13厘米，推测西门不通马车、规模较小。加之西门地势陡峭。更多兵力可能会向规模较大、地势平坦的东门、北门等需要重兵布防的地方倾斜。”

　　西门西侧依山势修建了一处似瓮城的区域。苗诗钰说：“这一区域面积较大，约有2万多平方米，防御功能不如东门、北门等处严格意义上的瓮城。此外，还在西门内东北处发掘了一处房址。该房址距西门不到10米，面积不足20平方米，出土了东夏国一定数量的铁镞、礌石等武器。从房址位置、面积和出土遗物来看，此处应为城门值守士兵住所。”

　　苗诗钰分析：“山城如史料中记载‘城坚如立铁’。相比东、南、北三面环河，且主要门址处设有瓮城、布兵较多的坚固城防，西门虽借山险固守，但防御功能和力量略显不足。元军当年极有可能在考虑这些因素后，采取了‘先警其东北’和‘登西南角’这样声东击西的战术，并成功破城。”

　　在磨盘村山城遗址2022年度考古工作中，共清理遗迹9处、出土遗物642件，主要以陶器、陶质建筑构件、铁器为主。除发掘西门外，考古人员在中区24号房址中发现了保存基本完好的U形火炕，出土了陶砚台等可复原陶器10件和铁矛、石棋子等遗物。24号房址所在建筑群内多处小型房址和空台地间隔分布，说明每个房址都规划了相应的功能区。考古人员据此推断此建筑群为兵营。

　　《光明日报》（ 2023年01月12日 09版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）