探测118号元素——这是我们终结吗?


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材料牛注:加利福尼亚的重金属研究员Shaugnessy和俄罗斯的JINR实验室联合探索新元素,新元素的发现及产生需要可能会花费数十年的精力,最终他们的付出取得了回报,获得了为116号元素鉝的命名的荣誉;在新的核反应过程中,他们又发现了第117号元素,难道这就是终点了吗?JINR实验室在今年会推出一款更强大的回旋加速器,但有实验迹象表明,超过118的元素并不存在。

宇宙中大多数已知元素都是恒星爆炸中产生的,历经数年被人类发现。在十八、十九世纪中,化学家们很享受新元素的发现过程,这些元素就会被加入到周期表中。1898年,William Ramsay 、Morris Travers 、Neon 和 Xenon 分离出氪、氖和氙,建立的惰性气体元素将继续推动光、激光、摄影的发展。

但现在,这个元素分离过程需要在10亿美元的机器上的完成,创造一些可以在几秒内存在的元素。

加利福尼亚的劳伦斯国家实验室的重金属研究员Shaughnessy:“这非常需要耐心,也十分令人兴奋,但付出终究有回报,如何理解元素的产生,在某种程度上意味着探索宇宙是如何发展的。”

新篇章

2016年1月,四种新的元素已经由国际纯化学与应用化学联合会(IUPAC)确认,完成元素周期表的第七行。这是几十年来最重大的改革,导致世界上的教科书变得过时了。

其中三个元素的归功于Shaughnessy的团队及其合作伙伴,她的研究团队在最后的六次报告中提出了五次,并获得了116号元素鉝的命名的荣誉。这是20多年研究的回报。

元素在周期表中列出的原子数,它对应于其核中的质子数(带正电荷的粒子)。最重的天然元素是铀,有92个质子,超过它的超重元素,只能通过合成来实现。由于这些元素的质子质量导致其具有高度的不稳定性,可以产生核分裂。 创建超级重元素需要核聚变,融合在一起形成一个新的元素,这项研究由Shaughnessy团队及其合作伙伴俄罗斯的JINR实验室所掌握。

核试验

在这些不稳定元素的探索中,研究员利用回旋加速器中两个轻元素的撞击产生数十亿的微观粒子,寄希望于两个粒子之间融合,实验过程需要数个月。

每一种情况下,该团队使用元素的原子数,逐渐增加到预期数目。这个尚未命名的117号元素由钙原子发射束产生,含有20个质子,在锫层,含97个质子。

每当出现一个成功的融合,在到达探测器内衬硅传感器之前,新的元素将被送至一个分离器,过滤掉任何其他粒子。然后这些传感器发出电信号,科学家们尽快解码,然而通常在几秒内这些不稳定的元素会迅速衰减,大多数的信号意味着一无所获,只是代表背景粒子,或假事件。

Shaughnessy指出:“我们必须找到一种新元素的识别标志,如果我们幸运的话,在正确的时间、正确的地点,在两三次实验过程中就会获得相同的信号,这些信号很可能来自同一元素。”

在这一点上,合作是关键。俄罗斯和美国的团队会相互交换笔记和比较数据,目的是消除任何其他可能性,Shaughnessy补充到:“如果你得到了两个相同的结果,那么意味着你发现了新的东西”。

这就是终点了吗?
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生成一种超重元素可能花费数十年,然而也许几秒钟它就消失了。JINR实验室在今年会推出一款更强大的回旋加速器,新的加速器可能会增加一个原子一个星期的速度,但有实验迹象表明,超过118的元素不存在。

原文参考地址:The nuclear detective tracking down the world's last elements

感谢材料人编辑部糯米提供素材。

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