Fysikere genundersøger nuklear excitation ved elektronindfangning ved hjælp af isomerstråle

Et "mørkt" miljø blev skabt ved Radioactive Ion Beam Line i Lanzhou (RIBLL), Kina, for at lede efter et svagt lysglimt som bevis på isomerudtømning. En sådan udtømning er nødvendig for at udnytte kerneenergi lagret i langlivede isomere tilstande gennem processen med nuklear excitation ved elektronfangst (NEEC).

I dette uafhængige eksperiment blev der imidlertid ikke observeret tegn på isomerudtømning. Resultaterne blev offentliggjort i Physical Review Letters den 17. juni med NEEC-sandsynlighed målt til mindre end 2×10 ^-5 , hvilket sår tvivl om den første rapporterede eksperimentelle observation af NEEC i 2018.

Flere millioner elektronvolt kan lagres i én atomkerne. Derfor anses langlivede isomerer med høje excitationsenergier for at være ideelle energilagringsmaterialer med høj energitæthed, lange lagringsperioder og fremragende stabilitet.

Ikke desto mindre er kunstig styring af energifrigivelsesprocessen en stor udfordring. Videnskabelig konsensus forventer, at den hurtige frigivelse af isomer energi opnås ved isomerudtømning, det vil sige ved at excitere isomeren til en tilstødende exciteret tilstand, der straks henfalder til grundtilstanden. Forskere har foreslået flere metoder, blandt hvilke NEEC har tiltrukket sig særlig opmærksomhed.

Den første eksperimentelle observation af NEEC blev rapporteret i 2018 med en målt excitationssandsynlighed på 1,0 (3) %, hvilket er omkring ni størrelsesordener større end den teoretiske forventning. Senere påpegede forskere en mulig overvurdering på grund af forurening fra den tunge gammabaggrund. Denne kommentar og det tilsvarende svar fremkaldte en livlig debat om gyldigheden af ​​den rapporterede NEEC-observation, der opfordrede til verifikation fra en anden uafhængig måling. Debatten var fokuseret på, om forskerne i tilstrækkelig grad overvejede effekten af ​​den tunge gammabaggrund.

For at genundersøge isomerudtømning brugte forskere ved Institut for Moderne Fysik (IMP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) og deres samarbejdspartnere en isomerstråle for at undgå forurening fra den tunge gammabaggrund. Eksperimentet blev udført på RIBLL, som har til huse på Heavy Ion Research Facility i Lanzhou.

"Vores eksperiment var designet til at flygte fra gamma-baggrunden. I det tidligere arbejde søgte forskere efter de sjældne specielle fotoner i et hårdt lys, som at søge en ildflue i solskin. For en raffineret undersøgelse kørte vi den ud i mørket," sagde Guo Song, en forsker ved IMP.

I dette eksperiment, ^93m Mo-rester blev produceret ved den primære målposition og transporteret til enden af ​​RIBLL for at studere isomerudtømning under ionernes opbremsningsprocessen i et miljø med lav gammastråling.

Forskerne observerede ikke isomerudtømning ved så lav en gammabaggrund. Excitationssandsynligheden blev bestemt til at være mindre end 2×10 ^-5 , hvilket er væsentligt lavere end den tidligere rapporterede sandsynlighed og i overensstemmelse med teoretiske beregninger.

Guo bemærkede, at der var flere forskelle i opsætningen mellem de to eksperimenter, men "gamma-baggrunden er stadig den mest slående faktor."

"Eksperimentet, de rapporterer, er beviseligt bedre end det tidligere arbejde, idet ^93m Mo-kerne dannet i en fusionsfordampningsreaktion blev adskilt fra den indfaldende stråle via traversering gennem RIBLL-separatoren. Dette giver mulighed for at opnå et lavbaggrundssignal, som endegyldigt begrænsede NEEC-frekvensen," sagde en redaktør for Physical Review Letters .

Det er værd at bemærke, at det er det første forsøg på at bruge en isomerstråle i undersøgelser af NEEC. Den signifikant øgede eksperimentelle følsomhed indikerer, at det er en lovende tilgang til at studere isomerudtømning. + Udforsk yderligere

Indfangede elektroner exciterer kerner til højere energitilstande