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)
如何判断自己是复阳还是二次感染?感染过奥密克戎的人群对XBB、BQ.1是否还有保护力?******
近期,有关新冠复阳、二次感染的话题引起网友热议,有些网友对此存在忧虑情绪。上海中医药大学附属龙华医院肺病科主任医师薛鸿浩对相关问题作出回答。
薛鸿浩解释,复阳是指感染者体内残存的病毒延迟性排出,这些病毒来源于第一次病毒感染;而二次感染是第一次感染康复后被另外一个来源的新冠病毒感染,这些病毒来源于外部感染。一般复阳都是发生在康复之后一个月内,通过核酸PCR检出病毒片段。如果已经超过一个月,核酸又呈阳性,则再感染的可能性比较大,二次感染相隔时间比较久,一般要几个月。
据介绍,复阳与二次感染之间症状也存在区别:复阳阶段症状都已经恢复好转,不需要医学上的治疗干预,病毒核酸处于偶尔能检出的状态。因为抗原的灵敏性比核酸低,用抗原检测试剂可能就检不出来。但是二次感染则不同,病毒会经历一个完整的感染周期,包括病毒载量上升、平台维持、下降和消失,因此二次感染病毒浓度会很高,抗原就能连续性被检出,通常会是非常明显的两条杠,也会有不舒服的症状。
薛鸿浩说,如果要简单区别是复阳或是二次感染,可通过使用抗原检测试剂。在彻底康复一周或两周后,如果怀疑二次感染,可用抗原剂连续检测三天。如果检测结果是阳性,则可能是二次感染。复阳一般很难检出残余的病毒片段,就算偶尔被检出,一般也不会是一直连续的阳性结果。
那么什么样的人群容易出现复阳或二次感染呢?薛鸿浩表示,在免疫功能正常的人群里,发生复阳或者二次感染的概率都是很低的。一般免疫功能正常的患者感染康复之后,可以获得3到6个月以上的保护力。在这段时间内发生二次感染的概率也非常低,只有当免疫保护力变低时才可能发生二次感染。如果是新的病毒变异株,变异株可以打破第一次感染形成的免疫保护,就容易发生二次感染。
此外,也有市民关心,不同毒株是否会造成重复感染或是更容易复阳?目前来看在我国还是以BA.5.2、BF.7为主,BQ.1和XBB尚未形成优势传播,但其传播优势会逐渐增加,和BA.5.2和BF.7以及其他50多个输入的亚分支,可能会形成一个共循环。XBB.1.5 的感染者ACE2结合亲和力几乎与 BA.2.75 相当,可能使 XBB.1.5未来像BA.2.75一样获得更多突变,不过XBB.1.5目前免疫压力不大,还不会很快进化。
薛鸿浩介绍,如果遇到这几种毒株,再次感染的概率主要取决于两方面:一方面是再次遇到的毒株与BA.5和BF.7有多少重叠,如果病毒一直变异,交叉保护作用降低了则可能造成感染;另一方面则是看人自身抗体水平,尽管感染新冠后短时间内比如三到四个月内不会感染,但不可否认的是,新毒株流行或缩短二次感染“安全窗口”,接种疫苗仍然是最主要的预防手段。
据了解,对于复阳和二次感染,中医药学说中也有对应理论可供参考。伏邪理论始源于《素问.生气通天论》中“冬伤于寒,春必温病”的论述,是指在冬天伤于寒邪,内有正气不足,在春天发为温病,与新冠二次感染的概念比较相像;《伤寒论中》又有“伤寒感复”的说法,瘥后伏热未尽,复感新邪,其病复作;中医学中也有“劳复”“房劳”“食复”的描述,提示阳康后的患者应当注意饮食作息以防疾病的复发。
薛鸿浩指出,中医药理论中伏邪、感复的理论与复阳、二次感染存在相符合或重叠之处,尤其在发病的认识上一者注重机体免疫力,一者注重人体正气,在提高人体对病毒的抵抗力层面上基本一致。且中医药在治疗及预防新冠上也有独到之处,日常生活锻炼、饮食作息是中医着重的部分,如平时要注意防寒保暖、清淡饮食、作息规律,保持平和心态、不要太过焦虑;要加强运动,可以通过八段锦、六字诀、太极拳等中国传统功法适度锻炼,增强体质,提高免疫力;还可通过中药或食疗调理身体的阴阳平衡,从而提高免疫功能,防治病毒。如体质偏气虚的成年人尤其老年人可适当服用西洋参、黄芪等,脾虚湿重体质者可服用薏米等健脾化湿的中药或食品。(记者 郜阳)