在重核與超重核區(qū),α衰變譜學研究是了解原子核性質(zhì)、獲得核結(jié)構(gòu)信息的重要手段,α衰變鏈的建立是進行核素指認的關(guān)鍵。通常,建立衰變鏈的方法是對產(chǎn)物進行注入-衰變關(guān)聯(lián)測量。
之前德國、日本研究組分別對220Pa進行過實驗研究。在前者的實驗裝置中強調(diào)對短壽命核的收集,無法進行注入-衰變關(guān)聯(lián)測量,僅依靠其α衰變的壽命進行了核素指認;在后者實驗中僅觀測到了一條新α線,也無法可靠地進行核素指認。由于缺乏衰變鏈的信息,這兩次實驗結(jié)果均欠說服力,僅分別在會議文集和內(nèi)部年報中進行了報道。由于220Pa的壽命非常短(~1μs),注入信號與其α的衰變信號發(fā)生疊加,在傳統(tǒng)的電子學中無法分開,因而很難建立起其α衰變鏈。
近代物理所實驗物理中心研究團隊利用雙面硅條探測器和數(shù)字化波形采樣技術(shù),依托蘭州重離子充氣反沖核譜儀(SHANS)裝置合成了220Pa,成功將注入信號與α衰變信號解析出來,精確測量了α能量和半衰期,得到220Pa基態(tài)的α衰變能量及其半衰期分別為9.520(16)MeV和0.90(13)μs。首次建立起了220Pa-α(220Pa)- α(216Ac)衰變鏈。根據(jù)α衰變寬度,指認出220Pa基態(tài)的自旋宇稱為1-。本次實驗數(shù)據(jù)非常好地符合N=129同中子素的系統(tǒng)性,而前兩次實驗數(shù)據(jù)均明顯偏離了該系統(tǒng)性。
此項研究得到國家自然科學基金、中科院“百人計劃”、科技部973項目的支持。主要實驗人員來自中科院近代物理所,合作實驗人員來自北京大學、原子能科學研究院、南京大學和北京師范大學等國內(nèi)4個單位。結(jié)果發(fā)表在Phys. Rev. C。文章鏈接:https://doi.org/10.1103/PhysRevC.96.014324

N=129同中子素α衰變寬度的系統(tǒng)性。圖中實心方塊為本次實驗的結(jié)果,三角形和圓形分別為德國、日本的實驗結(jié)果。
<蘭州重離子提供>