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稳定岛:117号元素的衰变成果与元素周期表

时间:2023-10-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:它于2010年在俄罗斯合成,由117号元素钿的α粒子衰变而成。对于这样一种超重元素来说,其半衰期堪称漫长,有些人认为这正是传说中“稳定岛”的存在证据。所谓“稳定岛”,是指理论上存在一些原子序数超大,大于目前已知所有元素的元素,它们的某些同位素相对稳定。根据推测,如果中子的幻数为184,可能产生更加稳定的元素。目前已知的118种元素共存在约3000种核素。因为世人也是如此:几乎不关心描述事实,只在乎创造形象和建立心灵联系。

稳定岛:117号元素的衰变成果与元素周期表

科学家们原本是将单个中子塞进原子核中,这时他们换了个方法,尝试将2个完全不同的原子核融合在一起。1955年,他们获得了首次成功,将新发现的锿与氦融合,制造出了101号元素钔(Md)。从20世纪60年代开始,这种方法的其他产物陆续问世。

只有115号元素镆(Mc)是用另一种方法产生的。它于2010年在俄罗斯合成,由117号元素钿(Ts)的α粒子衰变而成。显然,要发现镆必须具备两个条件:一是要先合成钿,二是合成的钿要有时间衰变。

目前,化学元素止于118号元素造字(Og)。有趣的是,玻尔在1922年就预言了造字存在的可能性。这是一个自然而优雅的结尾,因为它在第18族(也就是惰性气体)的最底部。如果它确实是最后的元素,一切就严丝合缝了。

然而,并不是所有人都相信元素已经穷尽了。美国物理学家费曼(R. Feynman)预言,元素可以合成到第137号,而西博格则接受超锕元素的序号达到153。芬兰化学家皮寇(P. Pyykkö)走得更远,他的扩展版周期表允许元素序号达到172。

化学家们既然发现可以用其他原子制造新的原子,为什么不继续寻找越来越重的新元素呢?部分原因在于,重元素的半衰期短得过分,而且制造起来非常困难,更何况成本极其昂贵。要用足够的武器级钚来制造一枚真正可用的炸弹(约6千克),成本将达到约3000万美元。在达到商用剂量的元素中,98号元素锎(Cf)是最重的,每克价格为6600万美元。而已知所有元素中最重的造字,其半衰期不到1毫秒,而且一共只有5个(或6个)原子被造出来过。

传说中的“稳定岛”

科学家们研究过的最重的金属是鈇,即114号元素。目前我们还不清楚,它的化学性质究竟更接近重金属,还是更接近气体。它非常容易挥发,而且不反应。科学家们迄今只观测过90个鈇原子,何况其半衰期只有2.6秒,等不到我们深入了解,它们就不存在了。或许存在一种半衰期“长达”19秒的同位素——鈇-290,但尚未得到证实。对于这样一种超重元素来说,其半衰期堪称漫长,有些人认为这正是传说中“稳定岛”的存在证据。所谓“稳定岛”,是指理论上存在一些原子序数超大,大于目前已知所有元素的元素,它们的某些同位素相对稳定。(www.xing528.com)

大多数超重元素的半衰期都极短,因为其质子太多,以至于彼此排斥。但一些科学家认为,可能存在质子和中子的“幻数”,当质子数或中子数为幻数,或两者均为幻数时,就形成了比较稳定的排列(就像电子排列成壳层和轨道一样,质子和中子在原子核内也有类似的排列)。由西博格提出的这个设想得到了证据支持,110号至114号元素比预想的更稳定,甚至118号元素的1毫秒半衰期也比预期要长。根据推测,如果中子的幻数为184,可能产生更加稳定的元素。如果更大的原子核确实是稳定的,那么自然界中甚至有可能出现原子序数更大的元素(尽管地球上可能并不存在)。

一个专家团队要花几年时间,才能制造出几个原子,而且它们在千分之一秒内就消失了。不过,当玻尔最初提出我们可能发现118号元素时,用来制造这几个原子的技术还完全是痴人说梦。谁又能说清,还会有什么新技术即将横空出世呢?波兰核物理学家纳扎雷维奇(W. Nazarewicz)提出,预计有大约7000种可能的“核素”(具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子)。此外的其他核素半衰期过短,永远不会形成。目前已知的118种元素共存在约3000种核素。

放射源能够以可预测的速率产生能量,不受环境影响,也不需借助其他化学物质,这使其成为航天器上佳的动力源。美国航空航天局发往冥王星进行勘察的“新地平线号”探测器,是由11千克二氧化钚的放射性衰变提供动力的

我们需要明白,谈及原子时,只能像在诗歌中那样使用语言。因为世人也是如此:几乎不关心描述事实,只在乎创造形象和建立心灵联系。

——玻尔,1920年

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