钚-93能量释放机制获澄清，科学家揭示关键过程

来源：科技日报

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科技日报记者 颉满斌

记者近日从中国科学院近代物理研究所获悉，该所核结构研究团队与合作伙伴通过一项高精度实验，揭示了一种钍同位素释放其储存能量的主要物理机制，在原子核能量可控释放研究领域取得了重要进展。相关成果日前发表于国际期刊《物理评论快报》。

原子核可以存在于不同的能量状态。其中有一类特殊的激发态，被科学家称为“同核异能态”，因其独特的结构而拥有极长的寿命。它们储存了大量能量，却难以自发释放，被视为极具潜力的高能量密度储能载体。如何按需、快速地触发其能量释放，是核电池、伽马射线激光等技术实现应用的核心挑战。

钍-93的同核异能态（钍-93m）被认为是研究原子核能量释放的理想对象。此前有研究认为，一种名为“电子俘获致核激发”的机制可能是触发钍-93m能量释放的高效途径，但该机制是否起主导作用一直存在争议。

为了深入研究钍-93m的能量释放机制，研究团队基于兰州重离子研究装置的放射性束流线，进一步发展了低本底、高灵敏度的实验方法，成功实现了高纯度钍-93m束流的制备与测量。经过精密纯化后，钍-93m离子被注入到覆有铅靶或碳靶的探测器中。团队通过捕捉特征伽马射线，精确测量了钍-93m离子在穿透铅与碳材料减速过程中的能量释放几率，分别约为万分之二与百万分之五。

测量结果与核—核非弹性散射的理论预测高度吻合，但远高于当前材料阻止条件下电子俘获致核激发理论预期的水平，证明了钍-93m在固体材料中减速时的能量释放主要由离子间碰撞驱动。

这一发现不仅澄清了关于钍-93m能量释放机制的争议，也为理解同核异能态在等离子体、天体环境乃至惯性约束聚变中的行为提供了可靠的实验数据。同时，该研究为未来核能存储与触发技术的探索指明了新方向，建议将实验路线转向等离子体环境或电子—离子束对撞，以期在这些新环境中成功观测到电子俘获致核激发现象。