科研進(jìn)展
科研人員預(yù)言天然同位素中的結(jié)團(tuán)放射性候選核
近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所、重離子科學(xué)與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員與合作者對(duì)偶偶天然同位素中的結(jié)團(tuán)放射性開(kāi)展系統(tǒng)研究，預(yù)言了一批有望在未來(lái)實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的天然結(jié)團(tuán)放射性候選核，并發(fā)現(xiàn)具有極低阿爾法衰變能的核素可為半經(jīng)驗(yàn)衰變定律提供嚴(yán)格檢驗(yàn)。相關(guān)成果發(fā)表于《Physics Letters B》。
天然同位素一般被視為穩(wěn)定核素，然而近年來(lái)，人們相繼在鉍-209、鎢-180等天然核素中觀測(cè)到阿爾法放射性，表明“天然”并不意味著絕對(duì)穩(wěn)定，自然界中可能還隱藏著更多稀有放射性。
阿爾法放射性是結(jié)團(tuán)放射性的一種。結(jié)團(tuán)放射性是指原子核發(fā)射一個(gè)由若干核子組成的小“結(jié)團(tuán)”的過(guò)程，其中氦-4原子核（即阿爾法粒子）是最常見(jiàn)的結(jié)團(tuán)；更重的碳-14、氧-20等原子核也可作為結(jié)團(tuán)被發(fā)射出來(lái)。由于天然同位素通?？芍苽涑纱筚|(zhì)量樣品，并適合長(zhǎng)時(shí)間低本底測(cè)量，它們?yōu)閷ふ蚁∮薪Y(jié)團(tuán)放射性提供了理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
研究人員基于普適衰變定律，首次系統(tǒng)計(jì)算了所有偶偶天然同位素發(fā)射阿爾法粒子及一系列更重結(jié)團(tuán)時(shí)的半衰期。該研究一共預(yù)言了12個(gè)阿爾法衰變候選核，其中鉿-176的半衰期預(yù)期最短，約為2.79×1018年，有望成為下一個(gè)被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的天然阿爾法放射性核素。對(duì)于更重的結(jié)團(tuán)放射性，若以1030年作為當(dāng)前稀有衰變實(shí)驗(yàn)可測(cè)半衰期的理想上限，鉛殼層以下的天然偶偶核中僅有鋨-186的半衰期（發(fā)射雙幻核鈣-48的結(jié)團(tuán)衰變）低于這一上限，使鋨-186成為尋找重結(jié)團(tuán)放射性最值得關(guān)注的天然候選核之一。
研究還發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子數(shù)低于82的天然核素阿爾法衰變能極低，其半衰期計(jì)算結(jié)果對(duì)衰變公式中的參數(shù)變化異常敏感，不同參數(shù)化方案給出的結(jié)果存在明顯差異。因此，這些核素可為普適衰變定律等半經(jīng)驗(yàn)衰變定律提供嚴(yán)格的參數(shù)約束。
該研究為未來(lái)尋找新的長(zhǎng)壽命結(jié)團(tuán)放射性核素指明了方向。這些候選核的阿爾法衰變一旦被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，將提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，用以檢驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)衰變定律在極低衰變能條件下的適用性以及預(yù)測(cè)精度。
本工作由近代物理研究所張文強(qiáng)副研究員與瑞典皇家理工學(xué)院亓沖教授合作完成。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2026.140559
圖：天然同位素的阿爾法衰變能及候選核分布
（核反應(yīng)室 ??供稿）
