科学家成功合成铹的第14个同位素******

　　超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素，也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素。铹-251具有α衰变性，可以发射出两个不同能量的α粒子。

　　超重元素的合成及其结构研究是当前原子核物理研究的一个重要前沿领域。铹是可供合成并进行研究的一种超镄元素，引起了人们极大的兴趣。

　　近日，科研人员利用美国阿贡国家实验室充气谱仪（AGFA）成功合成了超镄新核素铹-251。相关成果发表于核物理学领域期刊《物理评论C》。

　　此次合成铹的新同位素，运用了什么技术方法？合成得到的铹-251，具有什么基本特征？合成的铹-251对于物理、化学等学科的研究来说具有什么意义？针对上述问题，记者采访了这一工作的主要完成人之一，中国科学院近代物理研究所副研究员黄天衡。

　　不断进行探索，再次合成铹同位素

　　铹的化学符号为Lr，原子序数为103，是第11个超铀元素，也是最后一个锕系元素。“一般来说，原子序数大于铹的元素被称为超重元素。”黄天衡介绍。

　　质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。同一种元素的同位素在化学元素周期表中占有同一个位置，同位素这个名词也因此而得名。

　　103号元素由阿伯特·吉奥索等科研人员于1961年首次合成。为纪念著名物理学家欧内斯特·劳伦斯，103号元素被命名为铹。锕系元素是元素周期表ⅢB族中原子序数为89—103的15种化学元素的统称，其中，铹元素在锕系元素中排名最后。

　　截至目前，科研人员们共合成了铹的14个同位素，质量数分别为251—262、264、266。目前合成的铹的14个同位素中，铹-251至铹-262是在实验中通过熔合反应直接合成的，铹-264和铹-266则是将原子序数更高的核素通过衰变生成的。

　　目前，铹的化学研究中最常使用的同位素是铹-256和铹-260。科研人员通过化学实验证实铹为镥的较重同系物，具有+3氧化态，可以被归类为元素周期表第七周期中的首个过渡金属元素。由于铹的电子组态与镥并不相同，铹在元素周期表中的位置可能比预期的更具有波动性。在核结构研究方面，受限于合成截面等原因，目前的研究仅集中在铹-255上。然而即使是铹-255，其结构能级的指认目前也还存有争议。

　　通过熔合反应，形成新的原子核

　　铹和其他原子序数大于100的超镄元素一样，无法通过中子捕获生成。目前铹只能在重离子加速器中通过熔合反应合成。由于原子核都具有正电荷而会相互排斥，因此，只有当两个原子核的距离足够近的时候，强核力才能克服上述排斥并发生熔合。粒子束需要通过重离子加速器进行加速。在轰击作为靶的原子核时，粒子束的速度必须足够大，以克服原子核之间的排斥力。

　　“仅仅靠得足够近，还不足以使两个原子核发生熔合。两个原子核更可能会在极短的时间内发生裂变，而非形成单独的原子核。”黄天衡介绍，如果这两个原子核在相互靠近的时候没有发生裂变，而是熔合形成了一个新的原子核，此时新产生的原子核就会处于非常不稳定的激发态。为了达到更稳定的状态，新产生的原子核可能会直接裂变，或放出一些带有激发能量的粒子，从而产生稳定的原子核。

　　在此次实验中，科研人员利用美国阿贡国家实验室ATLAS直线加速器提供的钛-50束流轰击铊-203靶，通过熔合反应合成了目标核铹-251。这个新的原子核产生后，会和其他反应产物一起被传输到充气谱仪（AGFA）中。在充气谱仪（AGFA）中，铹-251会被电磁分离出来，并注入到半导体探测器中。探测器会对这个新原子核注入的位置、能量和时间进行标记。

　　“如果这个原子核接下来又发生了一系列衰变，这些衰变的位置、能量和时间将再次被记录下来，直至产生了一个已知的原子核。该原子核可以由其所发生的衰变的特定特征来识别。”黄天衡说。根据这个已知的原子核以及之前所经历的系列连续衰变的过程，科研人员可以鉴别注入探测器的原始产物是什么。

　　超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素，也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素（具有相同中子数的核素），还是利用充气谱仪（AGFA）合成的首个新核素。目前的实验结果表明，铹-251具有α衰变性，可以发射出两个不同能量的α粒子。

　　拓展新的领域，推动超重核理论研究

　　由于形变，若干决定超重核稳定岛位置的关键轨道能级会降低到质子数Z约等于100、中子数N约等于152核区的费米面附近。对于这一核区的谱学研究可以对现有描述稳定岛的各个理论模型进行严格检验,从而进一步了解超重核稳定岛的相关性质。由于上述原因，对于这一核区的谱学研究是当下探索超重核结构性质的热点课题。

　　此前的理论模型均无法准确地描述这一核区铹的质子能级演化，相关的实验数据十分有限。“本次实验的初衷为把铹的结构研究进一步拓展到丰质子区，尝试开展系统性的研究。”黄天衡表示。

　　研究结果表明，形成超重核稳定岛的关键质子能级在铹的丰质子同位素中存在能级反转现象。此外，研究人员还通过推转壳模型下粒子数守恒方法（PNC-CSM）较好地描述了这一现象，并指出了ε_6形变在这一核区的质子能级演化中起到的重要作用。

　　“此次研究指出了ε_6形变在铹的丰质子核区的质子能级演化中起到的重要的作用，对现有的理论研究提出了新的挑战，将推动超重核领域相关理论研究的发展。”黄天衡说。（记者颉满斌）

43年 就为了一头牛？******

　　有这么一种牛

　　它出生在内蒙古乌拉盖草原

　　现在足迹却已遍布全国

　　图源：农民日报 华西牛牛群

　　它让我国拥有

　　具有完全自主知识产权的

　　专门化肉牛新品种

　　打破了我国肉牛主导品种

　　核心种源严重依赖进口的局面

　　科研人员们为了它整整研究了43年

　　它究竟有什么特别之处?

　　今天，让我们一起来认识一下华西牛！

　　为什么要研究牛？

　　我国是农业大国，牛是农业生产中的重要动力来源，被称为六畜之首。但随着社会生产力的发展，到二十世纪80年代，牛逐渐退出农业生产，传统役用牛培育逐渐式微。与此同时，随着生活水平的提升，居民对肉用牛的需求日渐增加。

　　怎样把牛从过去的“役用”转变为“肉用”，推动我国养牛业由传统养殖向现代肉牛产业跨越，是摆在科学家面前的一道难题。

　　图源：摄图网

　　良种是肉牛业发展的关键，是肉牛产业核心竞争力的主要体现。但由于农耕传统等多种因素的影响，我国肉牛育种起步较晚，到20世纪80年代，肉牛生产水平仍旧很低、肉牛良种覆盖面小、主导肉牛品种种源严重依赖进口。我国肉牛生产群体中占比65%的西门塔尔牛杂交群体的供种长期依赖国外，核心种源的对外依存度高达70%。

　　华西牛有多“牛”？

　　2021年底，经国家畜禽遗传资源委员会审定，“华西牛”获得国家畜禽新品种证书。自此，我国自主培育的，遗传性能稳定、生产性能良好，符合肉牛产业发展和市场需求的肉牛新品种诞生。

　　图源 ：农民日报 “华西牛”新品种审定证书

　　“华西牛”毛色以红色、黄色为主，少量白色花片相间，腹部、头部、肢蹄、尾梢均为白色。公牛体格强壮、背部宽厚、肌肉发达；母牛体形匀称、性情温顺。

　　图源：中国农科院 华西牛种公牛、种母牛

　　1. 适应性“牛”

　　华西牛繁殖性能好，适应面广，既能适应我国的牧区、农区以及北方农牧交错带，也适应南方草山草坡地区。

　　2. 肉量产出体重“牛”

　　华西牛成年公牛体重达900公斤，成年母牛550公斤以上，屠宰率62.39%，净肉率53.95%，平均育肥期日增重达1.36公斤，主要生产性能达到国际先进水平。

　　3. 市场竞争力“牛 ”

　　据预计，到2025年，“华西牛”每年可提供进站采精公牛400头左右，我国肉牛自主供种率提升到70%。到2027年，每年提供优秀种公牛将达到500头以上，自主供种率将达到80%，实现核心种源自主可控。

　　按照当前遗传进展推算，“华西牛”再经过5-10年选育提升，其生长速度、产肉性能和屠宰性能等主要肉用指标将媲美美国、澳洲等顶级肉用西门塔尔牛核心群。“华西牛”优秀个体冻精可以对外出口，直接参与国际市场竞争。

　　43年科研长跑，关关难过关关过！

　　“华西牛”培育工作起始于1978年，2002年至2003年，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所牛遗传育种科技创新团队首席研究员李俊雅带领团队在云南、湖北、新疆等地调研后，目光最终停留在内蒙古乌拉盖草原。这里的牧民世世代代养牛和羊，牛群经过改良，是肉牛育种的理想基地。

　　图源：澎湃新闻 乌拉盖草原

　　1. 遗传进展慢？用基因组选择技术！

　　育种之初，李俊雅的团队就遇上了巨大难题。由于肉牛世代间隔长，繁殖效率低，且生产模式复杂，育种数据收集难度大，导致肉牛育种遗传进展缓慢。

　　图源：农民日报 研究人员正在进行牛肉脂肪酸含量测定

　　为此，李俊雅团队组建了我国第一个华西牛基因组选择参考群，率先将基因组选择技术应用到育种工作实践中。参考群内的全部个体既有表型数据如体高、体重等，又有基因型数据，通过参考群体可以评估后代个体的种用价值好坏，然后根据评估结果实现早期选种留种。

　　2. 基因芯片昂贵？多方支持！

　　基因芯片又称DNA芯片或生物芯片，能够对个体基因型进行测定。利用芯片分型的基因组信息，对个体进行准确的育种值估计，实现早期选种，是全基因组育种技术所依赖的重要工具。

　　“最令我难受的是2012年前后，我们的课题一分钱也没有，甚至到了要借钱干活的境地。”李俊雅说。在选育提高阶段，基因组选择技术所需的基因芯片需要从国外进口，而当时的进口芯片一头牛的测定费用就高达3000多元。李俊雅寻求企业、社会力量的多方支持。就这样，团队继续一边干活，一边努力争取更多的资金支持。

　　图源：农民日报 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所牛遗传育种科技创新团队主要成员

　　3. 课题结束意味着保种灭亡？打破“魔咒”！

　　育种界里有一句老话，“课题结束之时就是保种灭亡的开始。”肉牛新品种通过审定并不意味着育种的结束，能不能推广下去，能不能保持品质，是更需要解决的问题。

　　李俊雅及其团队把解决方案定为联合育种。最初，团队与15个养殖户建立了合作。2018年，成立了有22户成员的乌拉盖管理区博昊良种肉牛繁育专业合作社。到2022年，全国“华西牛”核心场户达41家，联合育种企业总数达60余家，形成了“全国一盘棋”华西牛联合育种模式，先进育种经验逐渐推广至全国。

　　图源：腾讯网 255头华西牛从乌拉盖管理区顺利启程，远赴山西

　　资料来源：农民日报、澎湃新闻、科技日报

　　整理：董小娴