物理學(xué)和化學(xué)中的一個(gè)大問(wèn)題是：從鐵到鈾的重元素是如何產(chǎn)生的？美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的阿貢串列直線加速器系統(tǒng)(ATLAS)正在升級(jí)，具有新的功能，以幫助找到這個(gè)問(wèn)題和許多其他問(wèn)題的答案。

在美國(guó)能源部位于阿貢的五個(gè)科學(xué)辦公室用戶設(shè)施中，ATLAS是壽命最長(zhǎng)的。ATLAS主任蓋伊·薩瓦德說(shuō)：ATLAS成立于1978年，它正在不斷變化和發(fā)展新的技術(shù)進(jìn)步，并對(duì)新出現(xiàn)的研究機(jī)會(huì)做出回應(yīng)。

ATLAS現(xiàn)在正在裝備一個(gè)“N=126工廠”，計(jì)劃在今年晚些時(shí)候上線，這種新能力很快就會(huì)產(chǎn)生由126個(gè)中子組成的重原子核束流。這在一定程度上是因?yàn)樵黾恿艘粋€(gè)冷卻光束的聚束器，它可以冷卻光束并將其從連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫凼资陙?lái)，ATLAS一直是美國(guó)領(lǐng)先的核結(jié)構(gòu)研究設(shè)施，也是為核結(jié)構(gòu)和天體物理研究提供穩(wěn)定束流的世界領(lǐng)先設(shè)施。

ATLAS可以加速橫跨元素的束流，從氫到鈾，再到高能，然后它將它們撞擊到研究各種核結(jié)構(gòu)的目標(biāo)上。自成立以來(lái)，ATLAS匯聚了世界領(lǐng)先的科學(xué)家和工程師，解決了核物理和天體物理中一些最復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題。特別是，它在確定原子核的性質(zhì)、物質(zhì)的核心和恒星的燃料方面發(fā)揮了重要作用。即將到來(lái)的“N=126工廠”將產(chǎn)生具有“魔數(shù)”中子126的原子核光束。物理學(xué)有七個(gè)幻數(shù)：2、8、20、28、50、82和126。

具有這些數(shù)目的中子或質(zhì)子的原子核非常穩(wěn)定，這種穩(wěn)定性使它們成為一般研究目的的理想選擇。ATLAS的科學(xué)家將產(chǎn)生N=126個(gè)原子核，以測(cè)試一個(gè)占主導(dǎo)地位的天體物理學(xué)理論，即在大質(zhì)量恒星爆炸、坍塌和中子星碰撞期間，中子的快速捕獲是大約一半重元素從鐵到鈾形成的原因。N=126工廠將加速由具有82個(gè)中子氙同位素組成的束流進(jìn)入由具有120個(gè)中子的鉑同位素組成的靶。

由此產(chǎn)生的碰撞，將把氙束中的中子轉(zhuǎn)移到鉑靶中，產(chǎn)生具有126個(gè)中子的同位素，并接近這個(gè)數(shù)量。非常重的大量中子同位素被送到實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行研究。ATLAS計(jì)劃中的研究，將提供第一批關(guān)于大約126個(gè)中子的富中子同位素的數(shù)據(jù)，應(yīng)該會(huì)在理解恒星演化的最后一個(gè)階段，即重元素的形成方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，這些研究和其他研究將使ATLAS保持在科學(xué)前沿。

N=126工廠的建筑師包括Savard，以及Maxime Brodeur(圣母大學(xué))、Adrian Valverde(與馬尼托巴大學(xué)聯(lián)合任命)、Jason Clark(與馬尼托巴大學(xué)聯(lián)合任命)、Daniel Lascar(西北大學(xué))和Russell Knaack(Argonne物理部)。研究人員在《物理研究中的核儀器和方法B》期刊上發(fā)表了兩篇論文：N=126工廠：一種生產(chǎn)超重中子豐度同位素的新設(shè)施和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室N=126工廠的冷卻器聚束器，進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。

博科園｜研究/來(lái)自：阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《物理研究中的核儀器和方法B》

DOI: 10.1016/j.nimb.2019.05.024

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