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2024-07-26 13:28

120号元素现在可能触手可及,对它的搜寻可能会在明年开始

劳伦斯伯克利国家实验室的元素猎人已经成功地用钛-50制造了一种超重元素,为最早在明年寻找120号元素铺平了道路。

A scientist working on a piece of heavy duty machinery with stainless steel parts and lots of wires

杰克林·盖茨在劳伦斯伯克利国家实验室的伯克利充气分离器上,用88英寸的回旋加速器测试一种制造超重元素116——livermorium的新方法

新元素不再被发现。它们是由粒子加速器中的聚变反应产生的,将较轻元素的离子束加速到较重的目标上,希望原子核融合在一起产生较重的元素。这些寿命短、放射性高的同位素太不稳定,无法在地球上自然存在,而且经常在几秒钟内衰变,这意味着需要专门的检测设备。

目前,最受欢迎的技术是“热聚变”,即对富含中子的同位素进行加速,希望从新形成的原子核中丢弃多余的中子,以降低其激发能。最好的同位素是钙-48,它比最常见的同位素多出8个中子,被用来制造目前已知的5种最重的元素。然而,要想更进一步,就需要将钙-48发射到爱因斯坦和镄中,而这两种元素的数量不足以成为目标。钛-50是另一种选择,允许研究人员使用较轻的元素作为目标,但并不理想;它只有6个额外的中子,原子稳定性不如钙-48。在此之前,它从未被用来制造超重元素。

现在,劳伦斯伯克利国家实验室88英寸回旋加速器的团队已经展示了钛-50光束的工作原理,利用它向钚靶发射22天,产生了两个livermorium原子(116号元素)。该团队的成功被livermorium的衰变链所证实——新形成的原子核可以预见地降解成更轻的元素,包括寿命更长的114号元素,flerovium。该结果于周二在核结构2024会议上公布。

A diagram showing how a particle beam of titanium-50 targeting plutonium-244 could got through fusion to produce livermorium-294 which decays to Livermorium-290 or element 116

用钛-50制造116号元素livermorium。对这条合成116号元素的途径的验证表明,应该有可能合成以前从未见过的120号元素

该研究的主要作者杰克琳·盖茨说:“我们现在已经证明了我们可以做到这一点。”她是法国、瑞士、瑞典和英国科学家合作小组的成员。“我们希望,现在我们已经做好了基础工作,我们知道如何设置一切。这看起来不像是糟糕的物理。盖茨估计,“制造第120号元素要比制造第116号元素困难10到20倍”。

在开始尝试制作新元素之前,团队仍有一些工作要做。它需要大约45毫克的锎-249作为靶标,这些靶标将在美国橡树岭国家实验室生产。它还需要升级回旋加速器的目标区域,以应对额外的加州放射性,并修改其辐射计划,以确保工作人员的安全。然而,人们希望最早在2025年底开始尝试制造一种新元素。

A diagram showing how a particle beam of titanium-50 targeting californium-249 could got through fusion to produce Element 120

劳伦斯伯克利国家实验室的团队可能最早在明年开始寻找120号元素,现在钛-50的路线看起来是可行的

伯克利实验室并不是唯一尝试创造新元素的地方。目前,主要的竞争对手是日本的理化学研究所(Riken),该研究所也与橡树岭研究所(Oak Ridge)合作,希望利用钒离子制造119号元素。如果这两个团队中的任何一个成功了,他们的工作要得到国际纯粹与应用化学联合会的确认和新元素的批准还需要几年的时间。这将导致元素周期表的第八行开始,元素119可能属于第1族,元素120可能属于第2族。

我是一个科学冒险家,我去过90多个国家寻找最精彩的化学故事。我最初是一名药剂师,后来进入科学新闻行业,最终加入了《化学世界》的团队,并于2019年离职,从事科普书籍方面的职业。我的第一本《超重》入围了美国科学促进会(AAAS)颁发的“科学书籍卓越奖”(suburban Prize for Excellence in Science Books),第二本《赛车绿色》(Racing Green)被评为RAC年度赛车书籍。我拥有科学史博士学位,在英国法尔茅斯大学教授新闻学。查看完整档案

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