中国超重元素加速器首次发现α发射同位素210Pa：突破质子滴线核结构研究新里程碑

为解决远离β稳定线核素合成难题，中国科学院近代物理研究所团队利用新建的CAFE2加速器装置，通过175Lu(40Ca,5n)210Pa熔合蒸发反应，首次观测到α衰变同位素210Pa（Eα=8284(15) keV，T1/2=6.0+1.5-1.1 ms），验证了WS4质量模型对质子滴线核的预测能力，为超重核研究提供了关键实验数据。

　　

在探索原子核的极限疆域中，远离β稳定线的极端核素始终是核物理研究的核心挑战。这些核素不仅产量极低（皮巴量级），寿命更短至毫秒级，使得实验观测如同"大海捞针"。中国科学院近代物理研究所的研究团队利用新建的中国超重元素加速器装置（CAFE2），成功打破了这一技术壁垒，首次合成并鉴定了迄今最缺中子的镤同位素²¹⁰Pa，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究团队采用⁴⁰Ca¹³⁺离子束（能量212 MeV，强度2 pμA）轰击¹⁷⁵Lu靶，通过熔合蒸发反应生成²¹⁰Pa，并利用气体充填反冲核分离器SHANS2（传输效率47%）和硅条探测器阵列（探测效率86%）进行鉴别。通过23条α衰变链的测量，精确确定了其α粒子能量（8284(15) keV）和半衰期（6.0^+1.5_-1.1 ms），产量仅7⁺³_-3 pb的极端条件下，3天内即完成观测，展现了CAFE2装置的超高灵敏度。

【结果】

1. 新同位素鉴定：通过ER-α1-α2-α3-α4级联衰变链（时间窗30/150 ms）确认²¹⁰Pa存在，其α衰变分支比达100%，质子分离能S_p=-670(123) keV证实其位于质子滴线外。
2. 理论模型验证：WS4质量模型预测的Q_α=8.525 MeV与实测值8.445(15) MeV高度吻合；改进的盖革-努塔定律成功预测跨越10个数量级的半衰期系统学。
3. 核结构解析：α衰变约化宽度δ²=28⁺⁷ keV表明未受阻衰变特性，结合大尺度壳模型和粒子数守恒位阱模型（PNC-CSM）计算，提出其基态自旋宇称(3⁺)，主要组态为πh_9/2?νf_5/2。
4. 反常效应排除：通过液滴模型拟合证实，质子未束缚的镤同位素中未出现托马斯-埃尔曼效应（平均偏差仅48 keV）。

这项研究将已知镤同位素边界推向N=118壳层附近，为超重核区质子滴线位置提供了关键标定点。CAFE2装置展现的30 fb级探测极限（相当于1事件/月），为未来新元素合成和极端核素研究建立了技术标杆。理论计算与实验的高度一致性，不仅验证了WS4模型对滴线核的预测能力，更为超重核区可能存在的"反转岛"探索奠定了基础。该成果标志着我国在重核与超重核研究领域已跻身国际前沿，为后续合成Z>118的新元素积累了关键技术经验。