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美国基础科学突破性进展!新合成116号元素,120号新元素发现在望

2024-07-26科学

美国基础科学领域可能又迎来了一个突破性进展。劳伦斯伯克利国家实验室7月24日宣布,他们已利用钛粒子束首次合成了 116 号元素(Lv),为寻找第120号新元素迈出了至关重要的一步,合成120号元素的工作将于明年正式开始进行。

如果能够发现第120号元素,这将是一个历史性的时刻。目前元素周期表共有7行118个元素,120号元素将成为有史以来最重的原子,并且位于新的第八行,而且它位于理论上的「稳定岛」,有可能衰变时间更长,有潜力进行更深入的研究。

合成新元素的方法是将较轻的粒子束,加速到光速的约十分之一,然后去轰击重原子核,以克服带正电荷的原子核之间的静电排斥力,让强核力发挥作用,将两者融合在一起形成新元素。

这一过程极为复杂,极难控制,并且形成新元素的几率极低,还极其容易在极短的时间内衰变,所以还需要极为复杂、极其精密的仪器来分离检测。美国和俄罗斯的实验室合作,在上世纪末本世纪初相继发现了多个新元素,目前已到了118号元素鿫(Og),其中和伯克利实验室有关的就有16个。

此前在合成元素周期表第7行最后一个元素118号鿫的时候,科学家们是用钙-48(20个质子)去撞击锎-249(98个质子),迄今为止一共只合成了5个鿫原子。116号元素也仅合成了约30个原子,其中还包括鿫衰变形成的。

这意味着科学家们用已熟练掌握的钙粒子束,去合成新元素已基本走到尽头,要合成更重的元素必须另找出路。

那么出路在哪里呢?我们必须首先弄明白为什么要用锎。锎也只能通过人工合成,但它是重元素中最稳定,同位素半衰期从十几天到几百年不等,而其他重元素都很短,并且生产难度大,产量也极少,因此锎就成了生成更重元素的材料专业户。

而锎的质子数是98,这意味着要生产比118号更重的元素,就需要比钙(20个质子)更重的粒子束,钛(22个质子)粒子束也因此进入了科学家们的视野。然而更重的粒子更难控制,并且实操经验也很少,因此伯克利实验室选择先用它来合成更容易的116号,以验证钛粒子束合成重元素的可行性。

在这次实验中,科学家们将钛-50粒子束用88英寸回旋加速器加速到282Mev的能量,然后去撞击钚-244(94个质子),世界上第一次用钛粒子束合成了,只是生产截面略低——你可以理解为合成的概率较小,22天才生产出了两个原子,但重要的是证明了这种方法的可行性,为人工合成120号新元素迈出了最关键的一步。

伯克利实验室表示,他们将于明年开始正式进行合成120号元素的实验,方法是用钛-50粒子束去撞击锎-249,预计其生产截面更小,几率更低,合成时间可能会比116号元素长10倍,所以可能需要几年时间,我们才能看到新元素的诞生。

那时候的元素周期表可能就是这个样子了,不要骂娘,多背一个元素而已,119号元素目前也正在由日本和俄罗斯的团队合成。121号及以后的元素,现有技术可能就基本无法合成了,因为半衰期预计在1微秒之内,连探测器都无法到达,合成了可能也无法检测到。