专家预言天然同位素中的结团放射性候选核

近日，中国科学院近代物理研究所、重离子科学与技术全国重点实验室科研人员与合作者对偶偶天然同位素中的结团放射性开展系统研究，预言了一批有望在未来实验中观测到的天然结团放射性候选核，并发现具有极低阿尔法衰变能的核素可为半经验衰变定律提供严格检验。相关成果发表于《Physics Letters B》。

天然同位素的阿尔法衰变能及候选核分布。近物所供图。

天然同位素一般被视为稳定核素，然而近年来，人们相继在铋-209、钨-180等天然核素中观测到阿尔法放射性，表明“天然”并不意味着绝对稳定，自然界中可能还隐藏着更多稀有放射性。

阿尔法放射性是结团放射性的一种。结团放射性是指原子核发射一个由若干核子组成的小“结团”的过程，其中氦-4原子核（即阿尔法粒子）是最常见的结团；更重的碳-14、氧-20等原子核也可作为结团被发射出来。由于天然同位素通常可制备成大质量样品，并适合长时间低本底测量，它们为寻找稀有结团放射性提供了理想实验平台。

研究人员基于普适衰变定律，首次系统计算了所有偶偶天然同位素发射阿尔法粒子及一系列更重结团时的半衰期。该研究一共预言了12个阿尔法衰变候选核，其中铪-176的半衰期预期最短，约为2.79×1018年，有望成为下一个被实验观测到的天然阿尔法放射性核素。对于更重的结团放射性，若以1030年作为当前稀有衰变实验可测半衰期的理想上限，铅壳层以下的天然偶偶核中仅有锇-186的半衰期（发射双幻核钙-48的结团衰变）低于这一上限，使锇-186成为寻找重结团放射性最值得关注的天然候选核之一。

研究还发现，质子数低于82的天然核素阿尔法衰变能极低，其半衰期计算结果对衰变公式中的参数变化异常敏感，不同参数化方案给出的结果存在明显差异。因此，这些核素可为普适衰变定律等半经验衰变定律提供严格的参数约束。

该研究为未来寻找新的长寿命结团放射性核素指明了方向。这些候选核的阿尔法衰变一旦被实验证实，将提供关键数据，用以检验半经验衰变定律在极低衰变能条件下的适用性以及预测精度。