第117号元素诞生记 2010年4月7日，一条关于俄美科学家首次合成第117号元素的重磅科技新闻瞬间传遍全球。该项科研成果不仅填补了第116号和118号元素之间缺失的“一环”，也为预测超重元素“稳定岛”的存在提供了实验证据，是基础科学研究的一大突破。4月9日，本报记者独家采访了领导合成新元素的俄罗斯科学院院士尤里·奥加涅相。这位满头银发的老人嘴角浮起的笑意，仿佛是其回忆自己孩子诞生的写照。 每一个新元素的合成都是一次艰难的“分娩” 或许我们可以将这位领导合成6种新元素的老人称为“新元素之母”，因为每一个新元素的合成都是一次艰难的“分娩”。“这项工作非常艰难，但充满魅力”，77岁奥加涅相这样评价自己的工作。这位老人领导合成了门捷列夫元素周期表上的第112号、113号、114号、115号、116号、117号元素以及迄今已知最重的第118号元素。 谈起自己工作的意义，他很淡然地将其定义为“发现新的原子材料”。只不过这次第117号元素的诞生是俄美科学家联姻的产物。除俄罗斯杜布纳联合核研究所外，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、内华达大学等机构也参加了这项实验。 尽管这个研究项目汇聚了诸多世界知名科研机构，但合成新元素绝非易事。自然界中不存在原子数超过92的元素。原子数超过92的重元素，只能在核反应堆中制备；原子数超过100的重元素，则只能通过离子加速器，用轰击重离子靶的方式获得。在加速器中发“弹”射“靶”，“弹”“靶”交合，才能孕育出新元素。 轰击250天才得到每克价值超过千万美元的锫 奥加涅相介绍说，第117号新元素的诞生也经历了这样一个备“弹”制“靶”、交合孕育的艰难过程。以实验所需的锫249为例。有意思的是，这种原子数为97的锫元素也是一种人工合成金属。1949年12月，科学家在美国加州大学伯克利分校的回旋粒子加速器中用高能α粒子流轰击镅241，得到了半衰期为4.6 小时的锫243，为纪念合成地点伯克利分校而命名为锫（Bk，即Berkelium）。由于锫元素非经核反应堆而不可得，故俄罗斯媒体称其为世间最昂贵的金属，每克价值超过千万美元。 为了获得此次实验所需的锫，美国橡树岭国家实验室在目前世界上功能最强大的高通量同位素反应堆（HFIR）中，用中子流轰击锔与镅制成靶。经过漫长的250天轰击，2008年12月方才得到22.2毫克的锫249。2009年6月，第117号元素合成实验项目启动后，作为项目参与方的美国橡树岭国家实验室将制备好的22.2毫克锫249提供给实验小组使用。该实验室理论物理学家维托尔德在实验成功后曾感慨：“每个步骤都是经过精心规划的，如果没有使用锫做靶目标，合成这种元素将非常困难。” “螺蛳壳里做道场”——打造锫靶 然而，合成锫249还只是千里之行的第一步。科学家们还需要将22.2毫克锫249打造成可供钙48原子进行精确轰击的靶标——锫靶。要知道，锫的密度是每立方米14790千克，区区22.2毫克的体积能有多大呢？0.0015立方厘米！大约相当于我们平时喝咖啡时所用的小块方糖的千分之一。 如何将这连呼吸都会被吹跑的锫金属尘埃打造成精确打击的靶标呢？ 另外一家世界著名研究机构此时登场。距离莫斯科830公里的季米特洛夫格勒在苏联时期是一座秘密科研城，世界著名的俄罗斯原子反应堆研究所就位于这里。原子反应堆研究所拥有多座世界先进反应堆，包括可以制备出超铀元素的高通量堆。他们承担了“螺蛳壳里做道场”的任务——打造锫靶。 22.2毫克锫249送到这里后，科学家们用厚度为1.5微米的钛箔为载体，通过设备将翩若微尘的锫249涂在钛箔上，加工成直径20厘米的轮状物。至此，传说中的锫靶就算制成了。世界两个核大国的顶尖科学家携手磨一剑，打造了一个比蝉翼更薄，比鸿毛更轻的锫靶！ 相对贵不可言的锫靶，每克价值20万美元的钙“弹”就经济适用得多了。这种钙48“弹”由俄罗斯杜布纳联合核研究所独家制备。钙48是一种非常稳定的钙同位素，其半衰期长达6×1018年。也就是说，如果按照目前科学家推算的地球的寿命为100亿年计算，这种钙48元素的半衰期比地球的寿命还要长60亿倍。性能如此稳定的“炮弹”，恐怕世界上绝无仅有。 钙“弹”上膛 锫“靶”竖好 弹和靶准备好了，战役即将打响。 2009年7月27日夜间，莫斯科郊外的杜布纳小城，随着钙弹与锫靶被放入У－400回旋加速器，一场元素合成大战拉开帷幕。锫249的半衰期为320天，而战役开始时锫249已经制备完成半年之久。也就是说，这场战役必须在剩下的半年之内结束，否则将会随着锫249半衰期的到来而前功尽弃。在У－400回旋加速器中，用钙48制成的炮弹在功率高达25兆电子伏特回旋加速器的助推下，将数以万亿计粒子组成的钙离子束射向涂有锫粉的轮状靶。被射中的锫靶快速滚动，但其上的锫原子仍难逃被射中的命运。锫靶在钙离子束的轰击下难以自持，逐渐分裂出一些原子、基本粒子以及破碎的原子核。这些被轰击下来的“碎片”中，有的就有可能成为某种新元素的原子核。为了区分这些“碎片”，锫靶后面安装有一个充气分离器装置。而在这一系列装置末端，还有一个关键器件——专用探测器。这个专用探测器就是发现新元素的“星探”。只要新元素一现身，专用探测器就会立即将喜讯报告给值守У－400回旋加速器的科学家。 2009年8月20日是117号新元素的生日 从2009年7月27日夜间开始，科学家们就开始了漫长的等待。但新元素究竟是什么时候诞生的呢？ 采访中奥加涅相院士向本报记者独家透露了117号新元素的生日：2009年8月20日上午9时30分。他称，就是那天上午У－400回旋加速器的探测器发现了首个117号元素的原子核，这也就意味着117号新元素终于降生了。科学家们在整个实验过程中共记录了新元素6个连续的衰变链，共获得两种拥有117个质子的同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子。两种新元素的同位素在2009年获得后并没有立即对外公布。科学家对获得的实验成果进行了大量的分析和证明，直到今年4月7日，杜伯纳联合核研究所所长辛萨基杨院士才公布了117号新元素诞生的消息。目前，俄罗斯科学家暂将117号元素非正式命名为Ununseptium。 尽管新元素的合成已举世闻名，但以严谨著称的奥加涅相院士强调，实验的成功并不意味着新元素已获得科学界的承认。要想正式进入门捷列夫元素周期表，还需要在另一实验室成功重复此次实验，并获得相同结果。比如，114号元素于1998年12月在杜布纳合成后，直到2009年9月才最终获得证实和认可。 “117号元素的认定不需要太久”，奥加涅夫对此并不担心。只是当记者问到117号元素的未来应用时，这位年逾古稀的老人眼中才闪现出一丝别样的神采：“我们研究出了这种新元素，但可能无法确知它将会被用于何处。或许未来的科学家会发现它具有广阔的应用前景，但对于我来说，它的未来将是一个谜，我想，这也就是科学发现的魅力吧。” （科技日报莫斯科4月9日电） 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/0d36475d01768e9951e79b89680203d8ce2f6a38.html