Experimentell uppställning i föreliggande arbete. Den sekundära strållinjen RIBLL visas med motsvarande avståndsskala. I det nedre vänstra området, isomerutarmningen av 93m Mo är skissad tillsammans med det spontana sönderfallet av den långlivade isomeren. Inställningen för implantation och detektion visas i det övre högra området. Kredit:Physical Review Letters (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.242502
En "mörk" miljö skapades vid Radioactive Ion Beam Line i Lanzhou (RIBLL), Kina, för att leta efter en svag ljusblixt som bevis på isomerutarmning. En sådan utarmning krävs för att utnyttja kärnenergi som lagras i långlivade isomera tillstånd genom processen för nukleär excitation genom elektroninfångning (NEEC).
I detta oberoende experiment observerades dock inga tecken på isomerutarmning. Resultaten publicerades i Physical Review Letters den 17 juni, med NEEC-sannolikheten uppmätt till mindre än 2×10 -5 , vilket ställer tvivel om den första rapporterade experimentella observationen av NEEC 2018.
Flera miljoner elektronvolt kan lagras i en atomkärna. Därför anses långlivade isomerer med hög excitationsenergi vara idealiska energilagringsmaterial, med hög energitäthet, långa lagringsperioder och utmärkt stabilitet.
Att på konstgjord väg kontrollera energifrisättningsprocessen är dock en stor utmaning. Vetenskaplig konsensus förväntar sig att den snabba frisättningen av isomer energi uppnås genom isomerutarmning, det vill säga genom att excitera isomeren till ett angränsande exciterat tillstånd som sönderfaller till grundtillståndet omedelbart. Forskare har föreslagit flera metoder, bland vilka NEEC har väckt särskild uppmärksamhet.
Den första experimentella observationen av NEEC rapporterades 2018 med en uppmätt excitationssannolikhet på 1,0 (3) %, vilket är ungefär nio storleksordningar större än den teoretiska förväntningen. Senare påpekade forskare en möjlig överskattning på grund av kontaminering från den tunga gammabakgrunden. Denna kommentar och motsvarande svar framkallade en livlig debatt om giltigheten av den rapporterade NEEC-observationen, vilket krävde verifiering från en annan oberoende mätning. Debatten var inriktad på om forskarna tillräckligt övervägde effekten av den tunga gammabakgrunden.
För att undersöka isomerutarmningen på nytt använde forskare vid Institute of Modern Physics (IMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) och deras medarbetare en isomerstråle för att undvika kontaminering från den tunga gammabakgrunden. Experimentet utfördes på RIBLL, som är inrymt vid Heavy Ion Research Facility i Lanzhou.
"Vårt experiment var utformat för att fly från gammabakgrunden. I det tidigare arbetet sökte forskare efter de knappa speciella fotonerna i ett hårt ljus, som att söka en eldfluga i solsken. För en förfinad undersökning körde vi in den i mörkret", säger Guo Song, forskare vid IMP.
I det här experimentet, 93m Mo-rester producerades vid den primära målpositionen och transporterades till slutet av RIBLL för att studera isomerutarmning under jonernas bromsningsprocessen i en bakgrundsmiljö med låg gammastrålning.
Forskarna observerade inte isomerutarmning vid en så låg gammabakgrund. Excitationssannolikheten bestämdes vara mindre än 2×10 -5 , vilket är betydligt lägre än den tidigare redovisade sannolikheten och överensstämmer med teoretiska beräkningar.
Guo noterade att det fanns flera skillnader i uppsättningen mellan de två experimenten, men "gammabakgrunden är fortfarande den mest slående faktorn."
"Experimentet de rapporterar är bevisligen överlägset det tidigare arbetet genom att 93m Mo kärna som bildades i en fusionsförångningsreaktion separerades från den infallande strålen via traversering genom RIBLL-separatorn. Detta gör det möjligt att erhålla en lågbakgrundssignal som definitivt begränsade NEEC-frekvensen", sa en redaktör för Physical Review Letters .
Det är värt att notera att det är det första försöket att använda en isomerstråle i studier om NEEC. Den signifikant ökade experimentella känsligheten indikerar att det är ett lovande tillvägagångssätt för att studera isomerutarmning. + Utforska vidare
