首個(gè)同位素束流裝置正式投入使用 “身價(jià)”9.42億美元

據美國稀有同位素束流裝置(FRIB)網(wǎng)站2日報道，經(jīng)過(guò)近十年等待，FRIB于5月2日正式投入使用，這臺“身價(jià)”9.42億美元的設備是第一個(gè)能制造并分析數百種對物理學(xué)至關(guān)重要的同位素的設施，在其上開(kāi)展的實(shí)驗將進(jìn)一步揭示原子核的秘密，以及宇宙中的大多數元素是如何產(chǎn)生的。

據英國《自然》雜志網(wǎng)站報道，FRIB的大部分預算由美國能源部資助，于2014年開(kāi)始建設，并于去年年底竣工。FRIB上的所有實(shí)驗都將在該設施的地下室開(kāi)始。首先，一種特定元素(通常是鈾)的原子被電離，并被送入一個(gè)450米長(cháng)的加速器內。在管道末端，離子束會(huì )撞擊一個(gè)個(gè)不斷旋轉的石墨輪，(鈾)原子核的大部分會(huì )穿過(guò)石墨，但有一部分會(huì )與石墨輪上的碳原子核碰撞，導致(鈾)原子核分裂成更小的質(zhì)子和中子組合，而每個(gè)組合都是不同元素和同位素的原子核。隨后，這束由各種原子核組成的光束將被引導至地面的“碎片分離器”。通過(guò)微調整個(gè)過(guò)程，FRIB將能夠讓每個(gè)特定實(shí)驗制造出完全由一種同位素組成的光束。

FRIB科學(xué)總監、核物理學(xué)家布拉德利·謝里爾說(shuō)，FRIB可制造出大量不同同位素，包括數百種以前從未合成過(guò)的同位素并對其開(kāi)展研究，以測試多種原子核模型。此外，FRIB的獨特之處是，它有第二個(gè)加速器，可接收并將稀有同位素粉碎到固定標靶上，以模擬恒星或超新星內部發(fā)生的高能碰撞。

研究人員解釋稱(chēng)，他們一直未曾弄清楚元素周期表中所有元素是如何形成的。宇宙大爆炸基本上只產(chǎn)生了氫和氦，周期表中的其他化學(xué)元素，如鐵和鎳，主要通過(guò)恒星內部的核聚變形成。但更重的元素不能通過(guò)核聚變形成，而通過(guò)其他方式，通常是放射性β衰變而形成。當原子核處在短暫但暴烈性的事件，如超新星爆發(fā)或兩顆中子星合并中受到中子轟擊時(shí)，就會(huì )發(fā)生上述衰變。但天體物理學(xué)家無(wú)法觀(guān)察到這種事件制造了哪些以及多少特定元素。FRIB的主要優(yōu)勢之一是探索這些事件中產(chǎn)生的富中子同位素。

德國馬克斯·普朗克核物理研究所科學(xué)家克勞斯·布拉姆說(shuō)，FRIB將與其他研究核同位素的最先進(jìn)加速器相輔相成，共同揭示元素形成的秘密。(科技日報記者 劉霞)

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關(guān)鍵詞： 同位素束流裝置 投入使用 高能碰撞 元素周期表