潜心研究 厚积薄发 他立志“续写”元素周期表

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三伏天的甘肃兰州,烈日炎炎,中国科学院近代物理研究所(以下简称近代物理所)的研究员张志远和往常一样,一大早就一头扎进了实验室。

2007年,大学毕业的张志远进入了近代物理所攻读博士学位,从那时起便开始了新核素和超重核的研究工作。

“基础研究是枯燥的,也不容易取得进展。”张志远说,有时候为了一个实验付出很多,实验结果却并不一定理想。

“每一种新原子核的合成都是异常困难的,整个过程堪比大海捞针。”张志远告诉科技日报记者,原子核的合成需要利用大型的重离子加速器和先进的实验测量装置,反应靶材料经过长时间的束流辐照,才能成功合成目标原子核。

一般来说,一次打靶实验需要使用至少100亿亿个束流粒子、大约1亿个核反应产物,只能产生很有限的几个目标新原子核。

国际上在新核素的合成方面竞争非常激烈。尤其是极端条件下重核区新核素和新元素的合成,被看成是国家科技水平的重要体现。

课题组科研人员及其合作者首次合成新核素铀-214,并在重核区首次发现中子相互作用导致衰变中粒子形成几率显著增强的现象。2021年4月该研究成果以亮点文章“编辑推荐”的形式发表在国际物理期刊《物理评论快报》上,给课题组枯燥的工作注入了一针“”。

“令人振奋的成果远不止于此。”新核素的人工合成一直是近代物理所的重要研究方向。

据近代物理所核物理中心主任周小红研究员介绍,最近10多年,课题组利用兰州重离子加速器共合成了10多种极端缺中子的锕系新核素,使我国成为近年来在该核素区域合成新原子核最多的国家。

自然界中天然存在的最重的元素是92号铀元素。比铀更重的元素都是利用人工核反应的方法合成的。近半个世纪以来,这些研究工作都是由国外的大型核物理实验室来完成的,我国科学家只参与了较少的工作。这让张志远很不服气。

张志远说,新元素由谁合成,谁就有权利为这个元素命名。元素周期表上,目前已知的最重的元素已经到了118号元素。

在他看来,合成第119号新元素是勇攀科学高峰的集中体现,也是学科发展的必然要求。

可喜的是,随着近代物理所加速器技术水平的突飞猛进,“张志远和课题组终于有能力开展新元素合成的实验研究。”课题组主任甘再国研究员激动地说。

张志远向记者透露,目前课题组正在建设中国超重元素研究加速器装置,已经研制了新一代充气反冲核谱仪装置。

“未来几年,我们将利用极高束流强度的超导直线加速器开展新元素的合成实验研究,力争合成下一个人造元素。”对于这个目标,张志远充满信心。

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