物理學家正「製造」超重元素：元素周期表第八周期，即將被打開

2020-04-26 博科園

物理學家對小原子核和大原子核之間碰撞的測量，將為製造新元素的探索提供信息，並可能導致涉及超重元素的新化學。兩個誘人的目標幾乎在實驗核物理學家的掌握之中，一種是闖入元素周期表的第八周期。到目前為止，科學家們已經製作了前七周期的所有元素，即從氫(一個質子)到氣體(118個質子)，因此，合成更重的元素將開闢新天地。

物理學家正「製造」超重元素：元素周期表第八周期，即將被打開

另一個目標是在超重核海中定位「穩定島」，超重元素含有的質子越多，通常會變得越不穩定。例如，鈮的最穩定同位素(113個質子)半衰期接近8秒，而Og的半衰期只有0.7毫秒。但理論家們認為，這種趨勢將會在Og以外的原子核上發生改變。物理學家推測，存在一種特別穩定的原子核，它具有質子和中子的幻數，具有「雙重幻數」。長壽命的超重元素將開啟一種新型化學，其中包括更長時間的反應。

物理學家正「製造」超重元素：元素周期表第八周期，即將被打開

為了實現這些目標，實驗者需要確定如何最大限度地增加產生超重原子核的機會，因為據估計，合成一個原子需要三個多月的時間。要做到這一點，需要知道由於核勢的吸引力，兩個原子核在接近對方時所經歷的排斥力。現在，日本理化學研究所西田加速器科學中心的田中泰基和同事們通過向大原子核(鈽和鈾)發射小原子核(氖、鎂和鈣)並測量它們的散布來測量這種排斥力。

物理學家正「製造」超重元素：元素周期表第八周期，即將被打開

發現，排斥屏障主要受形狀像橄欖球較大原子核的形變影響。與產生已知超重元素激發函數的比較表明，激發較小的原子核，使其接近變形的較大原子核側面，將是產生新超重原子核最有效的策略。如果這種趨勢對較重的原子核適用，那麼只需測量較大原子核的排斥勢壘，就可以確定較小原子核的最佳能量，這只需要大約一天的時間就能完成。從這項系統研究中，研究人員提出了一種新方法來估計合成新元素所需的最佳入射能量。

物理學家正「製造」超重元素：元素周期表第八周期，即將被打開

研究團隊計劃利用這一知識製造新的超重元素，短期內，將嘗試製造新元素，如119號元素或120號元素，一二十年後，或許能到達「穩定島」，但不確定它在哪裡。使用充氣反衝離子分離器進行測量，提取了這些系統的準彈性勢壘分布，並與耦合通道計算結果進行了比較。

結果表明，勢壘分布主要受氡系靶核形變的影響，也受入射核的振動或轉動激發以及俘獲前中子遷移過程的影響。通過實驗勢壘分布與蒸發殘渣截面的比較，熱熔合反應利用了微小碰撞的優勢，此時入射粒子沿新變形核的短軸靠近。

物理學家正「製造」超重元素：元素周期表第八周期，即將被打開

博科園｜研究/來自：日本理化學研究所

參考期刊《物理評論快報》

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  • 元素周期表新添4個元素 均為人工合成
    核心提示：國際純粹與應用化學聯合會宣布第113，115，117，118號元素存在，物理學家現在正嘗試製造第119號與120號元素，它們在理論上應該是可以通過現有技術製造出來的，但到現在為止還沒有人看到過它們。
  • 元素周期表中最貴的元素是什麼?
    鑥目前已知的元素達到了118種，元素周期表中的前七個周期已經剛好填滿。從1號氫元素到94號鈽元素都可以在地球上找到，而94號元素後面的元素都是人工合成的。元素周期表正所謂物以稀為貴，自然界中存在非常少的元素，或者需要依靠昂貴的人工方法製造出的人造元素都非常昂貴。
  • 元素周期表誕生150周年了,解讀元素的那些事兒……
    總背不下元素周期表？別著急，聽完這首歌你就會了（或者徹底忘了）作曲：陳柯宇　作詞：王祚　演唱：一大堆科學家視頻製作：觀視頻工作室—科技袁人150年前，門捷列夫發現了元素周期律並發表了元素周期表，成為打開物質世界奧秘之門的一把金鑰匙。
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    網際網路資料庫中的元素周期表有1000多個版本，包括元素稀缺表，有形似蛋糕、鐘錶、樂高和三行詩的周期表，還有一些更多的技術改編。數學家、音樂家Tom Lehrer將其加入到音樂裡（吉爾伯特和沙利文），還有義大利化學家、作家和奧斯威辛集中營倖存者Primo Levi還把它當作特殊的回憶錄（即「元素周期表」）的基礎。
  • 元素周期表又添新丁啦
    114號元素和116號元素現已正式獲得官方認可，成為元素周期表這個龐大家族中最具重量級的一員。但研究人員卻似乎從中獲得了某種啟示，他們距離製得可以穩定存在幾十年以上的超重元素又更近了一步，構建周期表中「穩定島」 (譯者註：20世紀60年代，核物理學家提出了「穩定島」假說，預言在第114號元素附近存在著超重原子核穩定區域，該區域內的原子能夠長時間存在。)的神話也很快就會變成現實。多年來，不斷地有一些科學證據表明這兩種新元素的存在，然而卻始終沒有獲得官方的認可。
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    科學家宣稱，他們通過設在俄羅斯杜布納的U400回旋加速器實驗設備，兩次將高速鈣－40離子加速，用來轟擊人造元素鉲－249，從而製造出3顆新原子。每顆新原子的原子核包含118個質子和179個中子。也就是說，這種新元素在元素周期表中的序號為118，原子量為297。
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    目前，元素周期表中的前七族元素（1~118號元素）已經補全，包括了地球上存在的所有元素；而超鈾元素的半衰期非常不穩定，絕大部分在自然界中不存在，只能由人工合成。元素周期律自從一百多年前，門捷列夫發現元素周期律以來，人們已經合成了許多自然界中不存在的元素，大大擴展了元素周期表的範圍。在2006年，美國國家實驗室合成了118號超重元素，補全了元素周期表中前七族元素的最後一環。