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科學家利用放射性核素儲存環成功測量短壽命豐中子核素鈀-123質量

2022-04-21 16:17:07 來源：科技日報

近日，中國科學院近代物理研究所(以下簡稱近代物理所)的科研人員及合作者利用日本稀少放射性核素儲存環(Rare-RIRing,R3)，成功測量了短壽命豐中子核素鈀-123的質量，并研究了新的質量結果對快中子俘獲過程(R-過程)元素豐度的影響。這是基于R3儲存環得到的第一個重要的物理成果，相關論文于4月15日發表在《物理評論快報》上。

核天體物理研究的一個核心問題是宇宙中重元素的來源。理論認為，宇宙中比鐵更重的元素約有一半是在R-過程中產生的。然而，R-過程發生的場所在科學界尚無定論，雙中子星合并過程被認為是其中一個可能的場所。

原子核質量是研究R-過程元素豐度的重要物理輸入量。短壽命豐中子核素質量的實驗數據不僅為R-過程計算提供可靠數據，而且可以幫助改進質量模型。然而，由于R-過程涉及大量遠離穩定線的豐中子短壽命原子核，極難在實驗室產生，因此核天體物理研究中的計算需要的大量核數據依賴于模型計算結果。

R-過程核數據輸入量的敏感性研究指出，鈀-123的質量對R-過程中質量數為122和123的核素的豐度有最大影響，亟須實驗測量。近期，近代物理所科研人員及合作者在日本理化學研究所(RIKEN)大科學裝置放射性束流工廠(RIBF)開展了鈀-123的質量測量實驗。

實驗中，目標核由RIBF超導回旋加速器提供的高流強鈾-238初級束轟擊鈹靶產生，經過BigRIPS放射性束流線分離鑒別，傳輸至R3進行測量。

基于新的質量數據，研究人員使用PRISM反應網絡模型計算了雙中子星合并的20個R-過程路徑，得到質量數為122和123的元素豐度比。計算結果指出，和基于有限程液滴模型FRDM2012核質量數據得到的結果相比，使用本次實驗質量結果得到的質量數為122和123的R-過程元素豐度比更好地符合太陽系R-過程元素豐度的觀測值。(頡滿斌)

關鍵詞：放射性核素中國科學院豐中子短壽命原子核近代物理研究所