原子核能量诱发释放机制获新突破

来源：光明日报

本报兰州2月25日电（记者王冰雅、尚杰）

中国科学院近代物理研究所（以下简称“近代物理所”）核结构研究团队与合作者通过高精度实验，明确了一种钼同位素释放其储存能量的关键机制，在原子核能量可控释放研究领域取得重要进展。日前，相关成果以“编辑推荐”的形式发表于国际学术期刊《物理评论快报》。

原子核具有不同的能量状态，其中一类特殊的激发态被称为“同核异能态”。由于其独特的结构和较长的寿命，被视为一种潜在的高能量密度储能载体，有望应用于核电池、伽马射线激光等领域。如何按需、快速地触发其能量释放，成为制约这些技术落地的核心挑战。

此前，有研究提出，“电子俘获致核激发”可能是触发同核异能态能量释放的高效途径，同时不引发其他核反应。钼-93的同核异能态（钼-93m）被认为是研究电子俘获致核激发的理想对象。

但这一结果一直存在争议：理论计算显示，电子俘获致核激发的发生条件极为苛刻，预计概率低至百亿分之一，与实验结果相差十亿倍。近代物理所科研人员发现，原实验可能未充分排除复杂的伽马射线本底干扰，导致概率被严重高估。如果后续实验能够复现此前的测量结果，则意味着理论严重低估了该过程的发生概率；反之，若无法复现，则需要重新审视该激发现象的主导机制。

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。他们将产生目标原子核的剧烈初级反应与测量同核异能态激发概率的微弱次级反应在时间和空间上严格分离，在“干净”的本底环境下进行测量。

经过筛选、纯化后，钼-93m离子被注入覆盖有铅箔或碳箔的探测器中。通过捕捉特征伽马射线，研究团队精确测量了钼-93m离子在穿透铅与碳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。

计算结果表明核-核非弹性散射机制的激发概率与测量结果符合得最好，而电子俘获致核激发的概率则远低于测量值。这表明钼-93m的能量释放主要由核－核碰撞驱动，而非此前认为的电子俘获致核激发机制。

该结果澄清了钼-93m能量释放机制的争议，也为未来核能存储与释放手段的探索指明了新方向：建议将实验路线转向电子－离子束对撞或等离子体环境，以推动核能存储与触发技术的突破。