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）

今日小寒|你知道小寒三候吗？******

　　作者：杜传耀

　　小寒，2023年的第一个节气，是二十四节气中的第23个节气，冬季的第5个节气，干支历子月的结束与丑月的起始。斗指癸，太阳黄经为285°，于每年公历1月5-7日交节。它与大寒、小暑、大暑及处暑一样，都是表示气温冷暖变化的节气。

　　小寒天气特点

　　对于小寒，《群芳谱》有言:“冷气积久而为寒，小者未至极也。”也就是说，小寒是冷气长期积累的结果，但寒冷的程度还未到极致。在小寒时节，太阳直射点还在南半球，北半球的热量还处于散失的状态，白天吸收的热量还是少于夜晚释放的热量，因此北半球的气温还在持续降低，寒气继续积累。

　　从字面意思看，小寒好像是没有大寒冷。但根据长期的气象记录看，在北方地区，一般是小寒节气要比大寒节气冷，但在南方大部地区来说，是大寒节气要比小寒节气更冷。在北方地区流传着“小寒胜大寒，常见不稀罕”的说法。也就是说，在北方，小寒节气比大寒节气冷很常见，并不稀奇。中国南北地区的气候存在着较大的差异。

　　《望月婆罗门·元夕》中有言:“小寒料峭，一番春意换年芳。蛾儿雪柳风光。”小寒时节既是冬季的尾声，又是春季的前奏，再过半个月，即到春节。虽天地间仍是一片雪柳风光，但此时大地阳气已萌发，春暖即将悄悄来临，正所谓“冬天到了，春天还会远吗？”

　　小寒三候

　　一候，雁北乡。古人认为，大雁是一种随阴阳迁徙的候鸟。小寒节气，虽北方还是一片白雪皑皑，但它们已经感知到阴阳的顺逆变化，准备开始向北迁移。

　　二候，鹊始巢。此时北方到处可见到喜鹊，古人认为喜鹊能感知阴阳，识别星象，随着阳气上升，喜鹊感知到阳气，识别到星位，便开始筑巢，准备孕育后代。

　　三候，雉始鸲。《月令七十二候集解》记载：“雉，文明之禽，阳鸟也；雊，雌雄之同鸣也，感于阳而后有声。”古人发现，雉每年到小寒节气，就会感到阳气，雄雌同鸣。

　　小寒农事

　　我国南北跨度大，存在明显的天气差异。在北方，天气寒冷。大部分地区田间已经没有太多的农活，主要任务是在家做好菜窖、畜舍保暖，造肥积肥等工作。

　　在南方，天气相对暖和。要给小麦、油菜等作物追施冬肥，海南和华南大部分地区则主要是做好防寒防冻、积肥造肥和兴修水利等工作。小寒、大寒是一年中雨水最少的时段。

　　小寒习俗及养生

　　小寒节气习俗。在该节气，南京人一般会煮菜饭吃。一般是将矮脚黄青菜、咸肉、香肠或板鸭丁与糯米同煮，再配上一些剁碎的生姜，十分鲜香可口。广州人在该节气早上习惯吃糯米饭，糯米饭里面除了糯米，还会加入一些香米，并配上切碎之后炒熟的腊肠和腊肉，再点缀些香菜、葱花，吃起来特别香。

　　小寒节气养生。小寒节气，天气寒冷，应注意补充热量，多吃羊肉、鸡汤、鸭肉等温热食品，少食黏硬、生冷。这个时节在生活起居方面，宜早卧晚起。常言道“睡个好觉，胜过补药”，冬季昼短夜长，故应“日出而作，日落而息”。谚语有：“冬天动一动，少闹一场病；冬到懒一懒，多喝药一碗。”在冬天要多进行户外运动，呼吸新鲜空气，增强免疫力，但此时的锻炼宜以舒缓运动为主。还需特别注意对头部和手脚的保暖。外出需戴好手套和帽子，减少寒冷对头部和手的影响。小寒前后强冷空气及寒潮活动频繁，易造成温度、湿度等气象要素的剧烈变化，人们往往难以适应而爆发各种疾病，要注意防范。

　　作者系北京市气象探测中心（北京市观象台）高级工程师