科学家创造奇怪的南瓜形原子核:在 450 纳秒内衰变

2022/4/8 11:42:27 来源:新浪科技 作者:任天 责编:潇公子

北京时间 4 月 8 日消息,据国外媒体报道,近日,芬兰的物理学家创造了一个南瓜形状的原子核,它能以一种罕见的放射性衰变方式释放质子。

在质子发射的放射性元素中,镥-149 原子核的半衰期最短。研究人员在 3 月 16 日的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上撰文称,该原子核可以在短短 450 纳秒内就失去了一半的放射性(衰变为其他元素)。

镥(Lu)是一种稀土元素,在自然形态下是一种银色金属,原子序数为 71。在稀土元素中,镥的丰度仅高于铥和放射性的钷,但仍比银常见得多。通常情况下,镥会与金属元素镱(Yb)一起出现在地壳中。镥-176 是一种比较常见的放射性同位素(占所有镥同位素的 2.5%),半衰期约为 380 亿年,可用于测量陨石的年龄。地球上的镥由镥-175 和镥-176 两种同位素组成,其中只有镥-175 是稳定的。

20 世纪 80 年代,科学家观察了镥的同位素镥-151 的衰变,发现其会在基态时从原子核中释放出一个质子。基态是一个原子处于最低能级的状态,此时电子在离核最近的轨道上运动,这也是原子最稳定的构型。质子发射十分罕见,而镥-151 是第一个被观测到在稳定基态衰变时发射质子的同位素。

研究质子衰变可以让研究人员窥视原子核的内部,了解质子和中子如何结合在一起。作为这项研究的一部分,于韦斯屈莱大学的物理学博士后研究者卡勒・奥兰宁及其创造了一种新的镥同位素 —— 镥-149,它的原子核中有 71 个质子和 78 个中子。他们发现,镥-149 比镥-151 更加奇特。首先,镥-149 的原子核不是一个整齐的球体,而是一个被压扁的椭球体,看起来有点像南瓜。这种现象被称为“扁圆畸变”,而镥-149 是迄今为止测量到的畸变最严重的原子核。

镥-149 的半衰期也明显短于镥-151 的 80.6 毫秒。据报道,研究人员通过燃烧镍的同位素镍-58 和钌的同位素钌-96 来创造这种新的镥同位素。在研究中,镥-149 衰变为镱 148,而镱 148 本身也不会存在很长时间,其半衰期为 250 毫秒。研究人员表示,未来有可能创造出镥-148,其寿命可能比镥-149 更长一些。

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关键词:原子核放射性元素

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