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阅读 3432 次 历史版本 1个 创建者:莱布尼 (2010/7/7 1:35:39)  最新编辑:莱布尼 (2010/7/7 1:35:44)
超重元素
拼音:chaozhong yuansu
英文:superheavy elements
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  超重元素,是排在元素周期表第105号元素之后的元素,在自然界中都很难出现,科学家们发现的一系列超重元素都是在实验室中合成的,它们往往在生成后极短时间内就衰变成原子量较小的其他元素。在实验室合成的极少数超重元素可能不会有什么日常用途,但超重元素合成的科学意义远远高于其实用意义。它能够帮助人们更多更深入地认识元素的起源,元素存在的极限等等。因为元素是构成的我们生存的这个世界的基本单元。
  

预言的提出

 
  20世纪20年代末发展起来的原子核壳层模型理论解释了周期表中具有2、8、20、28、50、82和 126等幻数的核的丰度较大和特别稳定等实验结果。1948年以来,美国物理学家M.G.迈尔等强调了质子数Z或中子数N为幻数的原子核的特别稳定性。1959年丹麦物理学家S.G.尼尔松等将尼尔松单粒子能级图外推到Z=126,显示出 Z=114的壳层效应。1960年前后瑞典物理学家S.A.E.约翰松在普遍液滴模型基础上,利用尼尔松轨道作了壳修正;他的计算证明,在N=184附近可能存在寿命足够长的核。1965~1966年迈尔等推广了液滴模型公式,并在核近似为球形时加以壳修正,从半经验质量公式出发,预言超重核稳定岛的存在。裂变势垒高达几兆电子伏。苏联物理学家B.M.斯特鲁宾斯基发展了壳修正法,提出Z=114为质子幻数。1969年尼尔松等全面系统地进行了计算和讨论,得出了Z=114、N=184的核298114为双幻数核,围绕它可能存在一个由成百个超重核组成的稳定岛,其中寿命最长的可达108年。1972年核物理学家 E.O.菲塞特等预测最稳定的超重核自发裂变半衰期可达 1015年。1976年丹麦核物理学家J.朗德鲁普等又进一步修正计算模型,预测最稳定的超重核自发裂变或α衰变半衰期约为1年。可见根据不同模型计算出来的超重核半衰期能相差几十个数量级。1977年美国核物理学家J.R.尼克斯等估计, 由于计算采用单粒子能级图以及计算模型等因素,使超重核自发裂变半衰期预测值的不确定因子达10±7~10±10。1986年联邦德国核化学家P.默勒等引进他们提出的壳修正,应用一个半经验关系式计算超重核的自发裂变或α衰变的半衰期仅为1~2秒,这一结果使得寻找超重元素的研究面临着十分困难的局面。
  

寻找途径

 
  自从60年代中超重元素理论预言提出后,实验工作者通过以下三种途径寻找它们:

  1.新建和改建一些重离子加速器,根据各种设想的重离子反应机理,使用更重的入射离子轰击重元素靶,进行人工合成超重元素。设计并已使用过的核反应有:



但实验结果都是否定的。

  2.用高空气球、宇宙飞船等运载工具,带着核乳胶和其他探测器寻找宇宙射线中可能存在的超重核。曾使用核乳胶叠和核乳胶、聚碳酸酯与醋酸纤维组成的混合叠等探测装置,升至约40公里高空进行探测,但未获得肯定结果。

  3.在地球和陨石物质以及月球样品中,用X射线荧光光谱分析法、质谱法以及各种核探测方法等寻找可能存在的长寿命的超重元素。已寻找的物质包括不同来源的陨石、月岩、月尘、金、铜、铂、铅、汞、钼、锌、镍等几百种矿物,金属冶炼厂的烟道灰、阳极泥,海底锰结核,以及数以千克计的纯铂、汞、铅、钨等样品。但结果都是否定的。
  

科学家合成第117号元素  


  俄美科学家成功合成了一种拥有117个质子的新元素,它可能就是科学家一直寻找的第117号元素(ununseptium),这将填补目前已被发现的第116号和118号元素之间缺失的“一环”。
 
  以俄罗斯杜布纳联合核研究所尤里·奥加涅相为学术带头人的国际科研小组,使用该研究所的粒子回旋加速器,用由20个质子和28个中子组成的钙48原子,轰击含有97个质子和152个中子的锫249原子,生成了6个拥有117个质子的新原子,其中的5个原子有176个中子,另一个原子有177个中子。
 
  杜布纳联合核研究所于2000年和2006年分别合成了第116号和迄今为止最重的第118号元素。第117号新元素成功合成后,从第112号至118号元素7种相邻新元素的产生都出自同门,这不能不说是人类科技史上一大奇观。
 
  该项科研成果也支持了理论界长期以来的假设:新合成的元素会越来越重,它们最终会变得更加稳定,其寿命也比迄今为止的人造元素更长,这将证实“稳定岛”的存在。第117号新元素的相关实验证实了这一观点。奥加涅相小组对新元素进行放射性衰变分析后认为:“为预测超重元素‘稳定岛’的存在提供了实验证据。”
 
  20世纪60年代,科学家提出了“稳定岛”理论。该理论认为,在质子数为114、中子数为184的区域附近存在一些衰变相对稳定的元素,这就是超重元素稳定岛。在这个“稳定岛”内的超重元素是相当稳定的,它们的半衰期甚至可能达到1015年。但到目前为止所生成的超重元素及其同位素的寿命都很短,大多在秒和毫秒的量级。
 
  据悉,该研究的各项工作分别在俄罗斯杜布纳联合核研究所、美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室、美国橡树岭国家实验室、范德堡大学、内华达大学完成。
 
  1869年问世的门捷列夫元素周期表是宇宙的基本规律之一,也为人类认识自然提供了一把刻度精准的尺子。紧握这把尺子,核物理学家于上世纪60年代提出了“稳定岛”理论。迄今为止,人类能够合成重元素,但却始终没有登上“稳定岛”。而“岛”上的无限风光正是科学的无限魅力,她将刷新人类物理学、化学、天体演化乃至宇宙观的所有基本“页面”。成功地合成117号元素,也许能够成为通往“稳定岛”的一座航标。  

美俄科学家合成118号超重元素

 
  美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室宣布,实验室科研人员与俄罗斯科学家合作,利用俄方的回旋加速器设备,成功合成了118号超重元素并观察到其存在。
400回旋加速器实验设备,用高速钙离子轰击处于旋转状态的锎,成功地得到了3个118号超重元素的原子。科学家们观察到了118号超重元素的原子“衰变链”过程,证实了这一新的超重元素的存在。

    这种超重元素只能持续存在极短的时间,约有0.9毫秒,之后即迅速衰变为原子量较小的其他元素。在实验过程中,科学家们发现,118号元素衰变产生了116号元素,之后又继续衰变为114号元素。

    至此,这个美俄科学家小组已经成功地合成过5种新元素,即113、114、115、116和118号元素。接下来,科学家们还将尝试寻找更大原子量的元素。

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