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美國基礎科學突破性進展!新合成116號元素,120號新元素發現在望

2024-07-26科學

美國基礎科學領域可能又迎來了一個突破性進展。勞倫斯柏克萊國家實驗室7月24日宣布,他們已利用鈦粒子束首次合成了 116 號元素(Lv),為尋找第120號新元素邁出了至關重要的一步,合成120號元素的工作將於明年正式開始進行。

如果能夠發現第120號元素,這將是一個歷史性的時刻。目前元素周期表共有7行118個元素,120號元素將成為有史以來最重的原子,並且位於新的第八行,而且它位於理論上的「穩定島」,有可能衰變時間更長,有潛力進行更深入的研究。

合成新元素的方法是將較輕的粒子束,加速到光速的約十分之一,然後去轟擊重原子核,以克服帶正電荷的原子核之間的靜電排斥力,讓強核力發揮作用,將兩者融合在一起形成新元素。

這一過程極為復雜,極難控制,並且形成新元素的機率極低,還極其容易在極短的時間內衰變,所以還需要極為復雜、極其精密的儀器來分離檢測。美國和俄羅斯的實驗室合作,在上世紀末本世紀初相繼發現了多個新元素,目前已到了118號元素鿫(Og),其中和柏克萊實驗室有關的就有16個。

此前在合成元素周期表第7行最後一個元素118號鿫的時候,科學家們是用鈣-48(20個質子)去撞擊鐦-249(98個質子),迄今為止一共只合成了5個鿫原子。116號元素也僅合成了約30個原子,其中還包括鿫衰變形成的。

這意味著科學家們用已熟練掌握的鈣粒子束,去合成新元素已基本走到盡頭,要合成更重的元素必須另找出路。

那麽出路在哪裏呢?我們必須首先弄明白為什麽要用鐦。鐦也只能透過人工合成,但它是重元素中最穩定,同位素半衰期從十幾天到幾百年不等,而其他重元素都很短,並且生產難度大,產量也極少,因此鐦就成了生成更重元素的材料專業戶。

而鐦的質子數是98,這意味著要生產比118號更重的元素,就需要比鈣(20個質子)更重的粒子束,鈦(22個質子)粒子束也因此進入了科學家們的視野。然而更重的粒子更難控制,並且實操經驗也很少,因此柏克萊實驗室選擇先用它來合成更容易的116號,以驗證鈦粒子束合成重元素的可行性。

在這次實驗中,科學家們將鈦-50粒子束用88英寸回旋加速器加速到282Mev的能量,然後去撞擊鈈-244(94個質子),世界上第一次用鈦粒子束合成了,只是生產截面略低——你可以理解為合成的機率較小,22天才生產出了兩個原子,但重要的是證明了這種方法的可行性,為人工合成120號新元素邁出了最關鍵的一步。

柏克萊實驗室表示,他們將於明年開始正式進行合成120號元素的實驗,方法是用鈦-50粒子束去撞擊鐦-249,預計其生產截面更小,機率更低,合成時間可能會比116號元素長10倍,所以可能需要幾年時間,我們才能看到新元素的誕生。

那時候的元素周期表可能就是這個樣子了,不要罵娘,多背一個元素而已,119號元素目前也正在由日本和俄羅斯的團隊合成。121號及以後的元素,現有技術可能就基本無法合成了,因為半衰期預計在1微秒之內,連探測器都無法到達,合成了可能也無法檢測到。