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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）

云南依靠科技——把天拉长 把地拉宽******

　　【在这片辽阔的土地上㉙】

　　光明日报记者 张勇 光明日报通讯员 云先锋

　　千百年来，水稻都是种在水田里，可云南澜沧的高山旱地，不仅能种水稻，还能大丰收。这真是个新鲜事！

　　云南多山，灌溉条件有限，水稻产能长期缺口较大。山区农民的口粮，以玉米等杂粮为主，想吃大米就要外购。

　　这样的状况发生改变，是从2021年5月开始的——中国工程院院士朱有勇率领云南农业大学团队来到澜沧县，在竹塘乡蒿枝坝村的山地上，试验旱地杂交水稻高产优质栽培技术。种子是云南农大稻作研究所培育的新品种。

　　“我们祖祖辈辈都在旱地上种苞谷。旱地种水稻？怎么可能！”不仅蒿枝坝的拉祜族群众议论纷纷，县乡两级农技推广人员心里也没底。

　　但让村民们感到惊奇的是，这些旱地上种的水稻真的自始至终不用浇水灌溉——谷种播种到干燥的土壤里，等雨水落地，稻谷秧苗便破土而出。只靠喝雨水，这些水稻就能茁壮成长，结穗弯腰！

　　“澜沧地区降雨量在1400毫米以上，所以我们在澜沧旱地种的水稻都不用人工浇水。”云南农大稻作所所长文建成解释，“事实上，云南多数山区旱地种水稻都不用浇水，只有降雨量在1200毫米以下的地区才需要人工补点水。”

　　其实，新稻种的种植，并非一帆风顺。稻谷秧苗长出来时，杂草也疯长，“地老虎”等害虫也猖獗起来。为防治植物病虫害，朱有勇经常蹲在稻地里，指导村民科学除草杀虫，闯过了一道道难关。

　　“我们的旱地水稻从耕地、播种、除草、收割都是机械化，打农药用无人机。依靠科技种田给村民们做示范，省劳动力，每亩比水田水稻节省成本五六百元。”朱有勇告诉记者。

　　蒿枝坝的村民们看着试验田旱地里金灿灿的水稻，纷纷要求把玉米地改种水稻。2022年，仅竹塘乡就种植水稻旱种7861亩。他们的付出，很快得到了回报。

　　2022年9月，蒿枝坝的稻谷丰收之际，中国工程院有13名院士齐聚这里，见证示范种植的405亩杂交稻旱种的丰收：一穗穗金黄的稻谷压弯了腰，连片的杂交稻旱种犹如金色的海浪阵阵翻滚。收割机很快收获了满满一车的新鲜稻谷，专家组经过现场称重得出了结果——平均亩产690.9公斤，比传统旱稻产量提高了近400公斤。

　　“水稻上山有效解决了澜沧水田少、旱地多、水稻产量不足的问题，适宜在广大山区推广，对云南‘稳口粮’工程具有重大现实意义！”文建成向记者介绍，“2022年，澜沧县20个乡镇推广水稻旱种的2.7万亩，全部获得丰收！”

　　澜沧县水稻旱种的成功，是整个云南粮食生产的一个缩影。近年来，云南省针对粮食安全结构性问题，把水稻旱种作为“稳口粮”的一项重要举措，在中低海拔雨热资源丰富的地区，探索水稻旱种绿色高效栽培技术，创建省、州、县三级示范样板77片，示范面积2.1万亩。

　　在示范样板的带动下，2021年和2022年，两年间，云南分别示范推广水稻旱种24万亩、53万亩，覆盖59个县（市、区），并由海拔1700米以下扩展到1900米左右的区域。

　　云南省级财政还安排1亿元资金，按每亩200元的补助标准支持水稻旱种。农技推广部门为水稻旱种提供科技支撑，对农技人员、合作社、种粮大户进行培训，举办技术培训班1896期次、培训130万人次。

　　“我们研究的是什么？就是依靠科技，把天拉长，把地拉宽，在一亩地里面，尽量提高土地的生产率，端牢中国饭碗。”朱有勇说。

　　《光明日报》（ 2023年01月03日 01版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）