首次发现新核素220Np并检验到Np同位素的N=126的壳效应

内容来源：中国科学院重大科技基础设施共享服务平台

远离稳定线原子核的壳结构和壳演化是目前原子核物理研究的重要课题。含有82个质子和126个中子的208Pb原子核是目前已知的最重的球形双幻核，其具有的双闭壳结构是原子核物理中壳模型理论框架的基石之一。

近年来，人们对Pb同位素附近缺中子一侧核素的壳演化、形状共存等现象的研究已经比较详细。但是，受实验产额和短寿命条件的限制，对于中子数N=126的核素中极端丰质子核素的壳效应和壳演化研究还非常有限。

此前，虽然有实验证实了在质子数Z=92的U同位素中存在N=126壳效应弱化的实验现象，但是对于Z>92的核素中N=126壳效应是否依然存在的问题还没有相应的实验研究。 

近日，中科院近代物理所、广西师范大学、北京大学、同济大学、中科院理论物理所、俄罗斯联合核子研究所等国内外9家单位的科研人员利用兰州重离子加速器的充气反冲核谱仪SHANS装置开展了相关实验，在N≈126的轻锕系核区首次观测到了Z=93的新核素220Np，这是继发现新核素219,223,224Np之后，在该同位素链中发现的又一个新核素。借助于先进的波形采样数字化电子学系统，研究人员首次观测到了新核素220Np的8个α衰变事件。

实验中测量的220Np衰变链中各核素的α衰变能谱和α衰变寿命的分布如图1所示。基于新测量的α衰变性质以及结合之前发表的219Np和223Np的数据，研究人员在Np同位素的N=126中子壳附近，首次建立了α衰变系统性规律（如图2(a)和(b)）。 

重核素的α衰变系统性规律是反映原子核壳效应的重要实验依据。根据获得的实验结果，研究人员首次给出了N=126壳效应在Z =93 Np同位素中仍然存在的实验证据。同时，确定了Np同位素中质子滴线的准确位置（如图2(c)），这一结果是在Z≥83的奇Z核区，首次将丰质子核素的质子滴线位置扩展到了Z=93的同位素中，这也是目前已知的质量数最大的质子滴线位置。 

该工作得到了国家重点研发计划、中国科学院B类先导科技专项培育项目、国家自然科学基金项目、中国科学院前沿科学重点研究项目、广西自然科学基金项目以及俄罗斯基础研究项目的支持。 

相关研究成果以亮点文章“编辑推荐”（Editors’ Suggestion）的形式在线发表于国际顶级物理学期刊Physical Review Letters上。文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.192503  

　图1：实验测量的220Np衰变链中各核素的α衰变能谱（左）和α衰变寿命的分布（右）。

图2：89 ≤ Z ≤ 93缺中子核素的α衰变Q值(a)和半衰期(b)的系统性规律，以及奇Z核Ac、Pa、Np同位素的单质子分离能随中子数变化的系统性(c)。