可控释放原子核能量一直是核科学的重要课题。同核异能态因其独特的结构特征和相对稳定的寿命,被视为高能量密度储能的理想载体,在核电池、伽马射线激光等领域具有应用前景。但如何按需快速触发其能量释放,一直是制约技术落地的关键难题。 学术界对同核异能态的能量释放机制长期存在分歧。有研究认为电子俘获致核激发可能是高效的触发途径。钼-93的同核异能态(钼-93m)因其特殊性质被选为验证对象。然而理论与实验出现了巨大偏差:理论计算表明电子俘获致核激发的概率仅为百亿分之一,但实验测量结果却高出十亿倍,这个数量级的差异引发广泛质疑。 近代物理所研究人员发现,问题在于原有实验设计的局限性。此前的实验未能充分排除伽马射线本底干扰,导致测量结果被严重高估。要真正揭示钼-93m的能量释放机制,需要采用更精密的实验方法和更严格的测量条件。 研究团队依托兰州重离子研究装置,自主发展了低本底、高灵敏度的实验方法。核心创意是时空分离策略:将产生目标原子核的初级反应与测量同核异能态激发概率的次级反应在时间和空间上严格分开,在极其"干净"的本底环境下进行精确测量。具体操作中,研究人员对钼-93m离子进行严格筛选和纯化,将其注入覆盖铅箔或碳箔的探测器中。通过捕捉特征伽马射线信号,精确测定了钼-93m离子穿透不同材料减速过程中的能量释放概率,分别约为十万分之二与百万分之五。 这些精确数据为理论分析提供了基础。详细计算表明,核-核非弹性散射机制的激发概率与测量结果符合度最高,而电子俘获致核激发的概率远低于实验观测值。这一结论改写了学术界对钼-93m能量释放机制的认识:其能量释放主要由核-核碰撞驱动,而非此前广泛认可的电子俘获致核激发机制。 该研究不仅澄清了一个长期存在的科学争议,更为核能存储与释放技术发展指明了新方向。研究团队建议后续实验转向电子-离子束对撞或等离子体环境等新的物理条件,以寻找更高效的能量触发途径。
从居里夫人发现放射性元素到当代可控核聚变研究,人类对原子能的探索始终与文明进步相连。这项来自中国西部实验室的突破再次证明:基础研究的深度决定技术创新的高度。当科学家们持续破解自然界的能量密码,我们或许正站在新一轮能源革命的门槛前——那里不仅有更清洁的动力之源,更包含着文明可持续发展的终极答案。