如果你想创造世界上下一个未被发现的元素,元素周期表上的119号元素,这里有一个可能的配方。服用几毫克的锫,这是一种稀有的放射性金属,只能在专门的核反应堆中制造。用一束钛离子轰击样品,其速度约为光速的十分之一。坚持一年左右,要有耐心。很有耐心的。撞击锫靶的钛离子每1018年万亿次(约为1年的束流时间),实验可能只会产生119号元素的一个原子。
在这种罕见的情况下,钛和锫的原子核会碰撞并融合,碰撞的速度超过了它们的电斥力,创造出地球上甚至宇宙中从未见过的东西。但是新的原子将在大约十分之一毫秒内分崩离析。衰变,它会吐出α-particlesγ-rays,触及硅探测器周围放置目标验证119号元素,飞快地,存在。
研究人员已经尝试了这个实验.2012年,德国的化学家花了几个月的时间来研究它,但最终一无所获。日本科学家曾尝试过光束和目标的其他组合,他们和俄罗斯的一个研究小组也曾寻找过120号元素,但运气不佳。
扩展元素周期表的努力还没有结束,但正在慢慢停止。自从俄罗斯化学家门捷列夫150年前发表他的元素周期表以来,研究人员一直在以平均每两到三年增加一种元素的速度往周期表中添加元素。在发现了所有足以自然存在的稳定元素后,研究人员开始创造他们自己的元素,现在已经达到118号元素oganesson。虽然他们仍然希望找到更多,他们一致认为,120号元素之外的冒险前景黯淡无光。“我们的面积达到收益递减的合成新元素,至少与我们现有的技术水平,“由盖茨说,工作在重元素化学在加州劳伦斯伯克利国家实验室。
因此,对元素周期表边缘的研究正在转移人们的注意力。科学家们不是去寻找新的元素,而是回去加深他们对超重元素的理解,粗略地说,就是那些原子序数超过100的元素,他们已经制造出来了。研究这些元素的化学性质可以表明,质量最大的元素是否遵循表的组织原则,根据化学反应的周期性重复模式,将具有类似行为的元素分组。虽然最重的元素衰变不到一眨眼的时间,研究人员仍然希望他们可能到达传说中的“稳定岛”:假设区域element-land有些超重元素的同位素的原子有相同数量的质子的原子核,但是不同的中子数,可能存在几分钟,几天甚至更长。
创建新元素在概念上非常简单,但在技术上非常困难且缓慢。但是研究原子在不到一秒内衰变的化学和核物理,将计算和实验工作都推到了极限。到目前为止所取得的结果已经对这些极端的化学周期性的概念提出了问题.85岁的俄罗斯核物理学家尤里·奥加内森(尤里领导)说:“超重元素的发现有时让我想起潘多拉盒子的打开。”“从盒子里扔出来的问题比发现更多的元素要复杂得多。”
罕见的水果
研究重磅炸弹的工作起源于20世纪40年代的战时科学。第一批非自然元素是在原子弹试验沉降物的放射性碎片中发现的;还有一些是在粒子加速器中制造的。从20世纪50年代到70年代,大部分研究要么在伯克利进行,要么在俄罗斯杜布纳的联合核研究所(JINR)进行——该机构由奥加内森领导——这是在冷战竞争的气氛中进行的。上世纪80年代,德国加入了竞争,达姆施塔特的一个研究所现在命名为亥姆霍兹重离子研究中心(GSI),它制造了107年到112年之间的所有元素。
助教超重元素部门的负责人Christoph Dullmann说,早期的竞争优势已经减弱:现在,研究人员经常相互交谈,并合作进行一些实验后。来创造了118个元素的荣誉,来自德国,美国和俄罗斯的团队获得了不同的荣誉,有时甚至是共同的荣誉,位于和歌的日本理研西乡加速器科学中心的一个日本团队被认为制造了113号元素。
在GSI从事元素合成工作40年的马提亚Schadel说,现代寻找超重元素的工作类似于小规模的粒子物理实验,需要具有不同科学专业知识的团队从大量碰撞数据中筛选出非常罕见的事件。他说:“在控制室里坐上几个小时,几天,甚至几周,仅仅是为了寻找期待已久的探测器发出的信号,就会变得非常无聊和累人。”“然而,观察第一件事可能是最令人兴奋和快乐的,也是一种巨大的解脱。”
Oganessian说:“合成人工元素一直是一项困难而艰苦的工作。”但是将元素周期表扩展到118年以上会消耗加速光束的输入法,而回报会递减。第117号元素以每周1个原子的数量获得,118号元素以每1个月原子的数量获得。没有理由相信119和120这两种未知元素的产量会增加瑞。典隆德大学的核物理学家Dirk鲁道夫说,如果研究人员能够增加原子束的强度或目标的厚度,这将会有所帮助,但是这两项任务在技术上都是非常具有挑战性的。
杜尔曼说,GSI目前已经停止了搜寻工作,因为在德国的这个设施中,超重量的研究正在被限制在一个加速器的建设过程中,这个加速器被称为反质子和离子研究设施,用于研究天体物理现象。与此同时,JINR的研究人员在2014年底”实际上停止了”对元素的搜索,Oganessian说。相反,在过去的五年里,他们专注于建造一个实验室,Oganessian称之为“超重元素工厂”,生产出数十或数百倍于已知元素的原子,有时被称为新同位素.Oganessian说,这个实验室可以同时容纳5个实验;生产114号和115号元素的两项为期50天的示威计划于4月开始。
伯克利的研究小组几年前就放弃了寻找元素。盖茨说:“人们经常讨论我们是否应该尝试制造一种新元素,但我认为,通过对目前已知的元素进行更详细的研究,可以更好地利用可用的光束时间。”理研所仍在寻找元素,但它也在巩固我们对现有元素的了解:该中心超重元素生产团队的负责人这个名为Hiromitsu傻瓜表示,他的团队将研究104105和106元素的化学性质。
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