什么是“超重元素”?
超重元素这个术语相当模糊，没有统一的定义。然而，大多数科学家用它来描述原子核中质子数超过100个的元素。
如何制造超重元素?
这是(非常)基本的理论:取两个较轻的原子核，它们含有你想要制造的元素中的质子数，然后把它们加在一起。例如，为了制造moscovium(115个质子)，科学家们将钙(20个质子)和镅(95个质子)结合在一起。但是，正如您可能已经猜到的那样，在实践中，这并不是那么简单。
核聚变只发生在极端条件下，比如太阳核心。为了使原子核结合，我们必须克服每个原子核中带正电的质子之间的静电斥力。在实验室中，这意味着将其中一个原子核加速到非常高的能量——大约是光速的10%——并向另一个原子核(目标)发射。
大多数情况下，当弹丸击中目标时，碰撞的原子核立即分开，但偶尔(非常非常偶然)原子核会粘在一起。这是一个罕见的事件，随着元素的增加，它会变得越来越罕见。
这是因为原子核中将质子和中子束缚在一起的力是一种强大的，但距离非常短的相互作用(称为核力)，它与电磁力竞争。你试图往原子核里塞的质子和中子越多，电磁力的排斥效应就越有可能胜出，原子核就会被撕裂。
科学家们尝试不同的发射物和目标的组合，并不得不连续数月进行聚变实验，通常只能检测到一种新元素的几个原子，如果有的话。
即使碰撞产生了一种新的元素，它通常也会非常不稳定，以至于它会立即以或多或少随机的方式分裂——这个过程被称为裂变。富含中子的起始同位素可以防止这种情况发生。它们使新形成的原子核通过中子发射释放能量，从而有助于稳定原子核。
此外，增加几个额外的中子可以使新元素更接近稳定岛。因此，钙-48是超重元素猎人最喜欢的弹丸:它有28个中子和20个质子，异常富含中子。
那么制造超重元素需要什么工具呢?
你需要一个离子源，一个加速离子的回旋加速器，一个目标，一个分离器和一个探测器。的劳伦斯伯克利国家实验室美国的回旋加速器能产生大约10个质子14高电荷离子(如Ca10 +)，加速到30000公里/秒左右。
离子束离开回旋加速器，撞向一个快速旋转的目标盘。旋转圆盘很重要——如果没有它，高能粒子流将很快在目标上烧出一个洞。
在目标的后面，一个磁选机从弹束与目标之间数百万次碰撞产生的其他物质中筛出具有新元素质量的粒子。这种分离器的工作原理类似于质谱仪——磁场经过调整，只有质量电荷比达到预期的粒子才能通过。任何能通过分离器过滤的物质都会进入探测器。
在页面上方的视频中，劳伦斯伯克利国家实验室的科学家肯·格雷戈里奇和杰基·盖茨带你参观了他们的元素工厂。
但如果这些元素只存在不到一秒，科学家们怎么能确定他们探测到了它们呢?
元素可能不会存在很长时间，但当原子衰变时，它会以一种特有的模式衰变。大多数超重元素发射α粒子(氦核)。每次α衰变都会从原子核中移走两个质子和两个中子，留下一个较轻的原子核，这个原子核将经历另一次衰变，以此类推，形成该元素独有的衰变链。
然而，原子通常会衰变为已知元素的未知同位素，其衰变链未知。然后，研究人员必须合成这些同位素，观察它们的衰变链，并将它们与新的聚变实验数据相匹配。
当科学家们已经制造出一种新元素的至少几个原子时，他们就把他们的发现提交给国际纯粹与应用化学联合会(Iupac)。在Iupac正式确认这一说法之前，另一个实验室会重复这些实验。
我们能让超重元素更稳定吗?
大多数超重元素都非常不稳定，科学家们不太可能制造出能存在几分钟以上的超重元素。然而，自20世纪60年代以来，科学家们预测一些超重同位素的半衰期会比其他同位素长几个数量级。这是稳定之岛。
科学家们认为，原子核就像原子的电子壳层一样，是由具有不同能级的单个壳层组成的。一定数量的质子和中子会形成一个特别稳定的原子核;这些被称为神奇数字。一个同时拥有神奇数量的质子和中子的原子核具有双重魔力。
至于究竟什么样的数字具有魔力，我们所知甚少。不同的计算可以预测不同的数字。然而，有证据表明184是一个神奇的中子数。研究人员发现，越富中子的同位素，半衰期越长，尽管目前合成的最重的同位素，flerovium-289，离这个魔法数字还差9个中子。
元素周期表能有多大?
预测各不相同，但周期表的大小是有限制的。随着质子数量的增加，最内层的电子就越来越难以抵挡巨大的带正电的原子核的引力。当内层电子进入原子核时，原子就不存在了。
物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)预测，元素周期表将止于第137号元素。他的计算是基于带电粒子之间电磁相互作用的强度。然而，费曼的预测假设原子核是完美的球形，这并不一定是正确的。几十年前，科学家预测非常重的元素可能有扁圆形的原子核，这种扁豆形状的原子核可以容纳170个中子。
暂无评论