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标题: [转载] 超级元素 [打印本页]

作者: xzhao2 时间: 2009-10-19 18:49 标题: [转载] 超级元素

超级元素

　　作者：焦述铭

　　一些科幻小说中写道，外星人拥有用原子序数上千的元素制造的核武器，这
种核武器中的超级元素具有异常的的特性，裂变时释放的能量远远超过了地球上
的以92号元素铀为原料的原子弹，能量足以毁灭整个太阳系。那么这些超级元素
真的存在吗，元素周期表的终点在哪里，会延续到上千吗？
　　世界上第一张真正的元素周期表出自于1869年俄罗斯化学家门捷列夫之手，
这张元素周期表囊括了当时已经发现的63种元素，在随后的几十年里，越来越多
的新元素被发现，门捷列夫也在不断的完善着自己的杰作，将新发现的元素添加
进去。1907年门捷列夫不幸离开人世，在庞大的送葬队伍中人们举着一张巨大的
元素周期表，以一种特别的方式来纪念这位伟大的科学家，此时这张表上已经有
了92号铀以前的大部分元素。1925年，随着75号元素铼的发现，周期表上只剩下
43号、61号、85号、87号四个空格了。
　　20世纪30年代，美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器而获得了诺贝尔物理
学奖。意大利化学家塞格雷和佩列尔对这件“新武器”很感兴趣，他们通过加速
器用高速质子撞击42号元素钼，结果他们很幸运，钼原子的原子核与一个质子结
合，42个质子变成了43个质子，43号元素成功地诞生了。后来两人将43号元素命
名为锝，在希腊字中意为“人工的”，因为这是第一个在实验室里制造出来的元
素。后来，85号元素砹也像锝一样，诞生在了回旋加速器中83号元素鉍的原子与
α粒子（含有两个质子与两个中子的核）的撞击之下。另外两个元素则是在铀裂
变的产物中被科学家捕捉到。
　　到此，前92号元素已经全部被人类发现，可是另一个事实却困扰着人们，铀
自从19世纪七十年代被发现，已经保持了原子序数最大元素的纪录近七十年，那
么92号是元素周期表的终点吗？人们尝试在实验室里制造更大的原子核。1940年，
美国加州大学伯克利分校科学家用中子轰击铀，铀发生β-衰变，原子核中增加
了一个质子，获得了93号镎，而镎接着又经过一个衰变的过程从而转化成94号钚，
随后几年，95号-98号元素也先后使用类似的方法而产生。在1952年，美国科学
家又从原子弹爆炸的碎片里发现了99号和100号元素。
　　此后，新元素的合成的过程变得更加复杂，得到一种元素往往需要多个环节，
科学家们要尝试使用各种不同的原子核互相碰撞，合成过程对设备的要求也越来
越高。近几十年来，探索新元素的舞台上演着“三国演义”，美国伯克利国家实
验室、德国重离子研究中心、俄罗斯杜布纳研究所几乎垄断着所有新元素的发现，
其他国家研究者由于缺乏强大的加速器和探测器，只能跟随其后，合成一些同位
素。在50年代至70年代，新元素合成领域也成了美苏争霸的一个战场，美国伯克
利国家实验室和俄罗斯杜布纳研究所交替着发现新元素，将元素周期表推进到了
106号，在竞赛中美国略占上风。不过这些新发现的元素的半衰期都很短，存活
时间从几小时下降到小于1秒。德国重离子研究中心在1975年建成了重离子直线
加速器(UNILAC)和重余核鉴别设备SHIP,从1981年到1996年,先后合成了107至112
号元素，取代了美国和苏联在这一领域的领先地位。美国的伯克利国家实验室不
甘心长时间的落后地位，在1999年时几位学者宣布发现了116号和118号元素，但
后来德国、法国、日本等国重复实验时却发现这是个骗局，几位学者急于求成的
心态使伯克利实验室蒙羞不已。德国的重离子研究中心在发现了112号元素后，
进展也停了下来。在21世纪的几年里，俄罗斯杜布纳研究所重新夺回这一领域霸
主地位，先后宣布合成了 113,114,115,116和118号新元素。不过，人们吸取了
伯克利实验室事件的教训，对于俄方的成果采取了更加谨慎的态度来确认。目前
在元素周期表上正式确认的元素只到112号。
　　在各国科学家在庞大的加速器里碰撞产生新元素的同时，人们也不断在理论
上尝试预测元素周期表的终点。一些科学家认为原子核里的质子都携带着正电荷，
在强大的库仑排斥力之下仍然能紧紧地聚集在一起成为原子核，依靠的是大自然
中四种基本力（强力、弱力、电磁力、万有引力）之一的强力的吸引，但是当原
子核中的质子越来越多，只在超短距离内才能发挥作用的强力会逐渐失去威力，
当质子达到一定数目是，库仑力强大的排斥作用会使原子核无法形成，最初的估
计是元素至多为106号，但是德国107号元素的发现推翻了这一预测。后来，又有
人将元素最大值调整到了120。
　　按照这一理论，原子数越大，元素的存活时间将越短，直至根本无法存活。
但是又有人提出，事情不完全是这样的，1969 年起，很多学者研究发现，原子
核内质子或中子数目为2、8、14、20、28、50、82、114、126、128 等（科学家
们把这些数称为“幻数”）的原子核比较稳定，而质子数和中子数都为幻数的
原子核更稳定。这些特别稳定的元素和周围的元素被称作“稳定岛”，也就是说，
或许115号到125号元素寿命都很短，128以后的几个元素寿命也很短，但是126、
127、128三个元素的寿命却很长，仿佛是在众多稍纵即逝的元素海洋中屹立着的
孤岛。关于这样的超重稳定岛有多少个、它们都在那里、他们的半衰期到底有多
长，各界的意见还不一。有人曾大胆预测，在远离现有的所有元素的遥远之处有
一个很大的超重元素岛，探索超重稳定元素就如同探索浩瀚的宇宙一样，不断延
续着元素周期表的同时也在拓宽着人们的视野。
　　而实验的结果有时令超重稳定岛支持者欣喜不已，有时又令他们的希望落空。
例如德国发现的109号元素的半衰期为5微秒，多于107号元素的2微秒，证明了并
非元素越大就越不稳定；而俄罗斯发现的114号稳定岛元素为30秒，虽然远超过
了几微秒的元素，但是与很多人预测的半衰期几十、几百甚至上亿年还有很大差
距，不过也有观点认为发现的只是质子数为幻数的原子，中子数也是114“双幻
数”同位素的寿命一定会更加长。
　　如果原子数超过150、500甚至1000的稳定超重元素真的存在，它们应该不只
会在实验室的机器里露面，在大自然里也应该可以寻觅到踪迹，研究者曾经探测
过地下深层和海底岩石、来自太空的陨石、月球岩石，但都没有发现过超重元素，
如果地球上不存在，宇宙其他星球、其他星系上是否存在呢？按照现有的理论，
元素周期表上铁之前的20几个元素是由恒星内的核聚变产生的，在宇宙中含量相
对比较大，其中核聚变的原料氢的含量占了宇宙的大部分。26号以后的元素只有
在超新星爆发时才会产生，超重元素的形成的机会也比较少。但是谁又能预测到，
或许有朝一日，在宇宙的某个深处或者在人类制造的新型加速器里，超级元素会
被发现或者发明呢？

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