国际团队一次实验绘制十余种重同位素高能伽马射线图谱

近日，一项在法国北部卡昂GANIL加速器设施开展的国际核物理实验，为理解核裂变过程中高能伽马射线“过量”发射现象提供了新线索。研究人员在一次实验中测量了十余种重型不稳定原子核发出的高能伽马射线，并绘制出相关同位素的发射图谱。首批研究结果已发表在《物理快报B》上，波兰科学院核物理研究所参与了该项研究。

实验中，研究团队使用铀-238离子轰击铍-9靶，产生不稳定的锔-247原子核。这些锔核随后迅速裂变为两个较轻碎片。借助固定式磁谱仪VAMOS++和移动式PARIS伽马射线谱仪，研究人员能够同时确定裂变产物的质量、电荷，并记录其发射的高能伽马射线。

PARIS谱仪由成簇排列的先进闪烁探测器组成，可在极短时间间隔内探测高能伽马射线。研究人员表示，正是VAMOS++与PARIS的联合使用，使团队得以在相同实验条件下获取一组富中子不稳定原子核的伽马射线发射数据。这些原子核远离已被充分研究的“稳定谷”，其中包括位于双幻同位素锡-132附近的十余种不稳定核素。

根据实验数据，研究人员识别出锔裂变过程中产生的特定不稳定核素，并将观测到的伽马射线辐射对应到不同同位素。法国研究人员随后开展理论计算，结果显示，部分高能伽马射线可能来自“侏儒中子皮共振”。

侏儒中子皮共振与富中子重核中的集体振动有关。在这类原子核中，多余中子往往分布在核表面附近，形成所谓“中子皮”。当原子核受到激发时，外层中子会相对于核芯中的质子发生集体振荡，同时多余中子还可能出现额外振动模式。这些振荡在损失能量时会释放能量较高的伽马射线。由于相关辐射强度较弱，这类激发模式被称为侏儒共振。

研究人员指出，过去针对高能伽马射线辐射的测量通常需要为特定同位素单独设计实验，耗时且复杂。本次实验在一次测量中获得多种同位素数据，并保持相同实验条件和系统误差，因此更便于可靠比较不同同位素的伽马射线发射特征。

该数据集将为核理论模型校准提供参考，有助于进一步理解裂变过程及激发态重核的性质。研究团队认为，这些成果还可为天体物理研究提供支持，包括化学元素合成、中子星并合模型以及黑洞寿命估算等相关问题。该项目由波兰国家科学中心、国家学术交流署及波兰—法国科学合作计划等资助。