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物理學和化學中的一個大問題是:從鐵到鈾的重元素是如何產生的?美國能源部阿貢國家實驗室的阿貢串列直線加速器系統(ATLAS)正在升級,具有新的功能,以幫助找到這個問題和許多其他問題的答案。在美國能源部位于阿貢的五個科學辦公室用戶設施中,ATLAS是壽命最長的。ATLAS主任蓋伊·薩瓦德說:ATLAS成立于1978年,它正在不斷變化和發展新的技術進步,并對新出現的研究機會做出回應。
ATLAS現在正在裝備一個“N=126工廠”,計劃在今年晚些時候上線,這種新能力很快就會產生由126個中子組成的重原子核束流。這在一定程度上是因為增加了一個冷卻光束的聚束器,它可以冷卻光束并將其從連續轉變為聚束。幾十年來,ATLAS一直是美國領先的核結構研究設施,也是為核結構和天體物理研究提供穩定束流的世界領先設施。
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構的目標上。自成立以來,ATLAS匯聚了世界領先的科學家和工程師,解決了核物理和天體物理中一些最復雜的科學問題。特別是,它在確定原子核的性質、物質的核心和恒星的燃料方面發揮了重要作用。即將到來的“N=126工廠”將產生具有“魔數”中子126的原子核光束。物理學有七個幻數:2、8、20、28、50、82和126。
具有這些數目的中子或質子的原子核非常穩定,這種穩定性使它們成為一般研究目的的理想選擇。ATLAS的科學家將產生N=126個原子核,以測試一個占主導地位的天體物理學理論,即在大質量恒星爆炸、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個中子氙同位素組成的束流進入由具有120個中子的鉑同位素組成的靶。
由此產生的碰撞,將把氙束中的中子轉移到鉑靶中,產生具有126個中子的同位素,并接近這個數量。非常重的大量中子同位素被送到實驗站進行研究。ATLAS計劃中的研究,將提供第一批關于大約126個中子的富中子同位素的數據,應該會在理解恒星演化的最后一個階段,即重元素的形成方面發揮關鍵作用,這些研究和其他研究將使ATLAS保持在科學前沿。
N=126工廠的建筑師包括Savard,以及Maxime Brodeur(圣母大學)、Adrian Valverde(與馬尼托巴大學聯合任命)、Jason Clark(與馬尼托巴大學聯合任命)、Daniel Lascar(西北大學)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》期刊上發表了兩篇論文:N=126工廠:一種生產超重中子豐度同位素的新設施和阿貢國家實驗室N=126工廠的冷卻器聚束器,進行了詳細說明。
博科園|研究/來自:阿貢國家實驗室
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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