中国科学院近代物理研究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主要物理机制，在原子核能量可控释放研究中取得重要进展。相关成果于2月6日以“编辑推荐”的形式发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

原子核存在不同的能量状态，其中有一类特殊的激发态被科学家称为“同核异能态”，因其独特的结构而拥有很长的寿命。它们存储了大量能量，却难以自发释放，被视为极具潜力的高能量密度储能载体。如何按需、快速地触发其能量释放，是核电池、伽马射线激光等技术实现应用的核心挑战。

钼-93的同核异能态（钼-93m）被认为是研究原子核能量释放的理想对象。此前有研究认为，一种名为“电子俘获致核激发（NEEC）”的机制可能是触发钼-93m能量释放的高效途径，但该机制是否起主导作用一直存在理论和实验上的争议。

为了深入研究钼-93m的能量释放机制，研究团队基于兰州重离子研究装置（HIRFL）的放射性束流线（RIBLL1），进一步发展了低本底、高灵敏度的实验方法，成功实现了高纯度钼-93m束流的制备与测量。经过精密纯化后，钼-93m离子被注入到覆盖有铅箔或碳箔的探测器中。团队通过捕捉特征伽马射线，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几率，分别约为十万分之二与百万分之五。

测量结果与核-核非弹性散射的理论预测高度吻合, 但远高于当前材料阻停条件下电子俘获致核激发理论预期的水平，证明了钼-93m在固体材料中减速时的能量释放主要由离子间碰撞驱动。

该发现不仅澄清了钼-93m能量释放机制的争议，也为理解同核异能态在等离子体、天体环境乃至惯性约束聚变中的行为提供了可靠的实验数据。同时，该研究为未来核能存储与触发技术的探索指明了新方向，建议将实验路线转向等离子体环境或电子-离子束对撞，以期在这些新环境中成功观测到电子俘获致核激发。

本研究由中国科学院近代物理研究所主导完成，近代物理所丁兵副研究员为第一作者，近代物理所周小红研究员、郭松研究员、南开大学吴远彬教授为通讯作者。

该工作得到了国家自然科学基金、甘肃省重大科技专项、科技部国家重点研发计划等项目的支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/kbf5-6fcl

图1：左图为实验方案示意图。钼-93m离子在T0处产生，通过束线纯化、传输到T2处测量触发几率。束线上的飞行时间探测器（TOF）用于离子鉴别。右图为实验和理论结果的比较。（图/许世伟 丁兵）

图2：高纯锗伽马探测器阵列（图源/近代物理所）

(核物理中心   供稿)