原子核吸收中子的概率對核科學(xué)許多領(lǐng)域都很重要，包括宇宙元素的生產(chǎn)、反應(yīng)堆性能、核醫(yī)學(xué)和國防應(yīng)用。新領(lǐng)導(dǎo)研究小組的研究勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)科學(xué)家表明：放射性同位素鋯- 88 (??Zr) 100000倍更有可能比預(yù)期的吸收任何室溫(“熱”)中子遇到，這項研究發(fā)表在2019年1月7日的《自然》上。

鋯-88是鋯的一種特殊類型，或同位素，以其包含的中子數(shù)來區(qū)分。典型的鋯包含大約50個中子，但??鋯、放射性和地球上沒有找到，少于正常48個中子。雖然對許多穩(wěn)定同位素的中子吸收(稱為中子俘獲截面)已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，但對放射性同位素的這種性質(zhì)所知甚少，新發(fā)現(xiàn)的??鋯熱中子俘獲截面大于任何穩(wěn)定同位素。

博科園-科學(xué)科普：這意味著當(dāng)??Zr核遇到熱中子，很有可能捕獲它，把它作為核心的一部分。熱中子存在于核反應(yīng)堆中，而任何其他(來自核反應(yīng)或核衰變)的高能中子，在到達(dá)室溫之前都會四處彈跳。Nicholas Scielzo LLNL的物理學(xué)家說：

最令人驚訝的是??鋯、鋯的放射性同位素兩個中子不到最輕的穩(wěn)定同位素、鋯熱中子俘獲截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期，實際上是第二個最大的發(fā)現(xiàn)。上一次發(fā)現(xiàn)如此巨大的橫截面是在20世紀(jì)40年代末核反應(yīng)堆首次啟動的時候。這一發(fā)現(xiàn)意義重大，因為它展示如何對放射性同位素與中子相互作用，以及影響??Zr在國家安全的任務(wù)，中子捕獲反應(yīng)對于各種應(yīng)用以及重元素是如何形成的都很重要。

例如這些反應(yīng)會帶走原本可能導(dǎo)致核裂變的中子，從而影響反應(yīng)堆的性能，它們還會導(dǎo)致用于儲備管理的一些診斷同位素發(fā)生變異。大多數(shù)放射性核的中子俘獲截面鮮為人知，盡管這一信息在基礎(chǔ)和應(yīng)用核科學(xué)的一系列主題中具有重要意義。了解宇宙中元素的起源是核科學(xué)中最重要的首要挑戰(zhàn)之一，它要求在核合成過程中產(chǎn)生的許多放射性核的中子捕獲截面。

基本上所有比鐵重的元素都是在諸如巨型分支恒星、核坍縮超新星和中子星合并等環(huán)境中通過連續(xù)捕獲中子而產(chǎn)生的。核反應(yīng)堆和核武器已經(jīng)利用中子誘導(dǎo)的反應(yīng)來利用大量的能量，依靠詳細(xì)的中子庫存來獲得可預(yù)測性能。在核反應(yīng)堆中，具有大中子捕獲截面的核素在燃料中扮演著毒物角色，降低了性能，或者可以有意地引入核素來控制燃料的反應(yīng)性。

以科學(xué)為基礎(chǔ)的核儲備管理方案，在沒有核試驗的情況下，用于保持對核儲備的安全性、安全性、可靠性和有效性的高度信心。該方案部分依賴于放射性同位素的截面來解釋核裝置地下試驗(UGTs)的檔案數(shù)據(jù)。穩(wěn)定釔和鋯的嬗變探測器材料加載ugt生產(chǎn)的放射性同位素，如??Zr擔(dān)任重要的中子和帶電粒子將診斷敏感。

然而核反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的計算是對這些放射性同位素生產(chǎn)和破壞進(jìn)行模擬，它依賴于有限或沒有數(shù)據(jù)的截面，這使得解釋歷史數(shù)據(jù)具有挑戰(zhàn)性。這兩個最大的熱能中子俘獲截面都是放射性同位素(氙- 135是最大的,??Zr第二大)，也許這是一個暗示，這些反應(yīng)并不完全是我們所期望的，這將對理解宇宙中從鐵到鈾的元素是如何形成產(chǎn)生重大影響。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: ?勞倫斯利弗莫爾國家實驗室/Anne M Stark,?Lawrence Livermore National Laboratory

參考期刊文獻(xiàn):《自然》

論文DOI: 10.1038/s41586-018-0838-z

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