物理学家已经制造出了超重元素的新成员—— 一种原子核中有117个质子的原子。这个“庞然大物”位于元素周期表的外层,在这里,肿胀的原子核倾向于变得越来越不稳定。但是,117号元素的存在却给了科学家希望,他们正在接近发现传闻中的“稳定岛”,这里的原子核拥有所谓的神秘数目的质子和中子,使得其寿命长久。
比铀(拥有92个质子)沉重的元素在自然界中不常被发现,但它们被迫在实验室里“现身”。问题是:一个原子核越大,带正电荷的质子彼此间的斥力就越大,通常这使得它更不稳定或更具放射性。例如,元素117的半衰期大约是千分之50秒,这意味着在这段时间内,一半的该元素将衰减成一个更轻的元素。
2010年,一个美国—俄罗斯联合研究小组在俄罗斯联合核能研究所第一次制造出元素117。但该元素仍被认为是非官方的,尚未被正式接受,且未被国际理论与应用化学联合会(IUPAC)录入元素周期表。不过,德国达姆施塔特GSI亥姆霍兹重离子研究中心利用新实验成功证实了117号元素的存在,他们得出的其新外观信息将有助于该超重元素向正式加入元素周期表更进一步。
“跟首次发现相比,这次的发现是由一个不同的研究小组在不同的地方,利用不同的机器完成的。”领衔GSI 实验的Christoph Dullmann说,“我认为科学界将要改变对元素117的看法,它已经从宣布被观察到发展为如今的已经被证实。”
要制作元素117——其在周期表中的临时占位符为ununseptium,研究人员需要粉碎钙原子核(每个有20个质子),并用其轰击锫(每个原子有97个质子)。该实验非常困难的部分原因是锫本身就很难得到。“我们必须与世界上唯一能大量生产和分离锫的机构合作。”Dullmann说。
这个机构就是美国田纳西州橡树岭国家实验室,其核反应堆能够创造半衰期为330天的稀有元素。该设施花费了大约两年时间建立了足够大的锫储存量以用于实验。当积累到13毫克后,橡树岭国家实验室的科学家便将锫装船运到德国,以供该项目下一阶段使用。
在GSI,研究人员将钙离子加速到光速的10%,之后让它们撞向锫。如果钙和锫的原子核迎头撞上,这两个原子核偶尔会结合在一起,融合成一种质子总数为117的新元素。“我们每周大约获得1个原子。”Dullmann说。
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