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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）

当“地上的5G”遇上“天上的北斗” 这个万亿市场按下启动键******

　　工业和信息化部的最新数据显示，截至2022年9月末，我国5G基站总数已达222万个，占全国移动基站总数的20.7%，占全球5G基站总数的60%以上。

　　最新发布的《新时代的中国北斗》白皮书指出，中国的北斗系统已成为面向全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航与授时服务的重要新型基础设施，北斗已经是世界一流的卫星导航系统。

　　虽然最大的5G和一流的北斗，已经足够激动人心。但如果当“地上的5G”与“天上的北斗”握起手来，又将会展开一幅怎样的未来画卷呢？

　　“一个令产业兴奋、令百姓憧憬的万亿市场已经按下启动键。”国际欧亚科学院院士、北京邮电大学教授邓中亮在接受《中国经济周刊》采访时如是总结：天地一体、时空一体、通导一体的网络基础设施将会给人类带来巨大的经济和社会价值，中国应该也有能力走在全球前列。

　　5G+北斗是“天生一对”，让两大“大国重器”强强联手

　　我国先后建成全球最大的4G网络和5G网络，和4G相比，5G应用场景会有很大差别，但也面临着新的挑战。

　　例如在重点应用方向之一的工业互联网领域，要建成智慧矿山、智慧矿井，要实现公路网、铁路网的全覆盖，都需要保证室内、高山、深谷等遮蔽和半遮蔽空间的信号覆盖，且信号不易被干扰。而在智慧交通、无人驾驶等场景，会要求通信网络在满足通信需求的同时，不仅拥有高精度时空感知能力，能通信，也要能定位。

　　从建设北斗到应用北斗，从中国的北斗到世界的北斗，从天上的北斗到身边的北斗……能够实现室内的精准定位是中国北斗在技术上超越GPS等其他卫星导航系统的重要优势之一，这个在“最后一米”上的技术突破意义重大，也将会带来应用场景和产业发展上诸多新的可能性。

　　在邓中亮看来，可以将“5G+北斗”作为抓手，推动通信与导航的深度融合，实现能通信就能高精度定位。二者的融合可以满足全覆盖、高精度需求，相互赋能，彼此增强。

　　“5G是地上的网，北斗是天上的网，5G解决数据高速传输和卫星遮蔽区域高精度定位问题，北斗解决高精度授时和开阔空间高精度定位问题，5G+北斗的融合不仅可以相互赋能，还能够带来海量的高精度、高时效的地理大数据。”邓中亮说。

　　中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其也曾用“天生一对”来形容5G和北斗。“5G对时间和位置提出更高要求，而卫星导航系统能够提供更高精度的位置和时间信息，因此，5G和北斗卫星导航系统具有天然融合性。”他说。

　　实际上，早在2006年，科技部就启动了“羲和”计划，旨在构建天地一体的时空定位系统。作为“羲和”计划室内导航系统的主要负责人和学术带头人，邓中亮和团队通过多年攻关，目前已经形成几百项自主知识产权和一系列关键技术。

　　据邓中亮介绍，“羲和”计划有两个重要目标，一是提高卫星定位的性能和精度，令其服务能力越来越强；二是实现通信信号从室外到室内的定位全覆盖，复杂环境下也能保持服务能力。

　　“北斗+5G融合发展是必然的，这两项‘大国重器’强强联手，将惠及国防军事、智慧城市、自然资源、通信网络、交通、电力等各行各业，带来无限可能。”邓中亮说。

　　当地上的通信网络与天上的卫星网络实现“通导一体”，通俗地说，就是无论何时何地都有信号，告别“不在服务区”；还要能随时随地实现精准定位导航，哪怕是高山大海，哪怕车库深井，都能实现精准到米甚至亚米级别的导航。

　　通信与导航深度融合，“没那么简单”

　　基于“5G+北斗”的通信技术与精准时空技术的融合及应用，将是这些领域基础设施信息化、智能化升级改造不可或缺的重要基础设施。

　　当然，还有一个更为重要的要求，那就是要通过自主创新，不被人“卡脖子”，发展和建设好一个中国自主可控的、全空域、全时域、全频域、高精度、高可靠、高可用的时空体系。

　　邓中亮认为，北斗+5G融合可以从三个层面来理解。一是北斗可支撑5G网络安全高效运行。比如为5G提供高精度授时与同步、百万基站管理等服务，为5G网络应用提供精准的定位导航应用，开拓基于高精度时空基准的通信业务等。

　　二是5G可增强北斗导航服务能力。比如5G自身可实现优亚米级的定位能力，这意味着可与北斗形成信号覆盖互补，从而实现从室外到室内、从地面到地下无缝隙衔接与定位，支撑全空域全时域定位导航服务。而5G网络本身又可成为支撑位置服务业务的通信通道。

　　三是北斗+5G深度融合，将形成泛在、无缝、高精度、高可信的PNT（即Positing定位、Navigating导航、Timing授时）体系，横向无缝覆盖室内、纵向拓展到水下及深空，且能在复杂环境下提供高精度、连续稳定的时空信息服务，进而服务智慧城市、无人系统、万物互联等多个场景。

　　理论逻辑虽然很好理解，但真正实现通导融合却“没那么简单”，需要解决一系列技术难题。“比如，5G和北斗是不同的信号，每个信号都会有‘噪声’，要想实现和睦相处，既能各干各的事，还可以相互增强，并不容易。”邓中亮说。

　　邓中亮教授带领团队研制的“羲和”系统，提出了TC-OFFEND定位与通信融合的新型信号体制。依靠这种技术，有效节约了室内定位成本，把移动通信网变成了一张既能通信的网，又能高精度定位的网。

　　而且更为重要的是，这套系统并不需要新增大量的成本投资，比如通过“隐嵌信噪”技术解决不同的信号“噪声”问题，只需要一块小小的芯片就可以实现，新增的投入成本极低。

　　《中国经济周刊》首席摄影肖翊|摄

　　从技术到产业，万亿级市场按下启动键

　　当然，看到通导融合这一发展趋势的不只是中国。美国也很早就将发展定位导航授时一体的PNT体系上升至国家战略的地位，以弥补原有GPS系统的问题和不足。但除了技术上较量，通导融合“哪家强”，最终还是要在应用上见真章。

　　“我国建成覆盖4G网络，投资规模超过6000亿元，5G网络的投资规模更是超过了1.2万亿元，但也只能覆盖我国的人口密集区域。而北斗卫星实现全球覆盖投资规模约为600多亿元。我国的5G网络建设投资巨大，也需要在更多的应用场景下寻找更多的商业模式，从而让其为经济社会的发展创造更大的价值。”邓中亮介绍说。

　　但在邓中亮看来，实验室里的技术创新突破只是第一步，要想让“5G+北斗”产生更大的经济社会价值，需要社会各方面的通力合作，推动商业模式创新和产业化进程，共同挖掘。

　　《新时代的中国北斗》白皮书也指出，截至2021年，中国卫星导航与位置服务总体产业规模达到约4700亿元，年均复合增长率超过20%。中国北斗广泛应用于经济社会发展各行业各领域，进入交通、能源、农业、通信、气象、自然资源、生态环境、应急减灾等重点行业。中国北斗与大数据、物联网、人工智能等新兴技术深度融合，催生“北斗+”和“+北斗”新业态，支撑经济社会数字化转型和提质增效。

　　而多家第三方机构预测，按照目前北斗系统的产值增加速度，预计2025年其产业规模有望达到万亿元。来自高德地图的数据也显示，截至2022年11月，高德地图调用北斗卫星日定位量已超过2100亿次，且在定位时北斗的调用率已超越了GPS等其他卫星导航系统。

　　邓中亮表示，实际上，智慧物流、智慧医疗、智慧城市、智慧交通、工业互联网、智慧农业……北斗已经发挥着巨大的作用。以重点和焦点所在的工业互联网领域为例，这本身就是一个万亿级别的大市场，特别希望有更多有志之士将北斗和5G与人工智能、新兴技术等融合，发展出更多新兴产业，创造更多新的商业模式，为经济发展带来新的增长点。

　　已经有先行者尝到了甜头。以全国北斗卫星导航应用三大示范区域之一的湖南长沙为例。据长沙市人民政府副市长彭涛在“2022北斗规模应用高峰论坛”上透露，在长沙，北斗技术已成功应用到智能驾驶、驾考驾培、桥梁监测、野生动物追踪、水路安全、防灾减灾、司法、邮政运输、工程机械、公共安全等诸多领域。

　　长沙正在加快推动“北斗+5G”在智能网联汽车领域应用示范，通过5G网络融合北斗卫星导航系统定位技术，长沙的电动智能网联汽车能够对车辆进行高精度厘米级定位，为自动驾驶进行定位护航。目前，这套系统已在全国400多个城市上千个驾考场地中投入使用。驾考中，车辆是否压线、靠边停车是否在规定范围内，都能轻松判定。

　　“力争到2025年，长沙市北斗及相关产业规模突破500亿元，其中北斗核心产业规模突破200亿元，创建省级先进制造业集群，力争创建先进制造业集群。”彭涛说。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）