人工合成的十種奇特元素

楊孝文

近日，德國科學家宣布，他們?nèi)斯ず铣傻牡?12號化學元素已得到國際純粹與應用化學聯(lián)合會的正式承認。不久之后，這一超重元素將獲得正式命名，從而使化學元素的大家族又添新丁。

物質(zhì)世界是由多種元素構(gòu)成的，有些元素是本來就存在的，而有些元素則是由科學家在實驗室里人工合成的。合成新元素是一個既復雜又費時的過程，112號元素從最初被發(fā)現(xiàn)，到最終成為元素周期袁里的一員，前后用了13年時間。在這段時間里，科學家甚至合成了排序更靠后的元素：第113號、114號、115號、116號和118號元素。但是要驗證這些元素，可能還需要很多年。下面是迄今為止科學家在實驗室里人工合成的十種最奇特的元素。

锝(原子序號柏)

19世紀，“元素周期表之父”門捷列夫遇到一個難題，他發(fā)現(xiàn)鉬和釕之間缺少了第43號元素。門捷列夫根據(jù)這個元素在元素周期表里的位置，預測了它所具有的性質(zhì)，但在他的有生之年并沒有看到該元素的出現(xiàn)。1937年，意大利物理學家卡洛-佩里埃和米里奧·塞格雷在用氘轟擊鉬的時候，最終證實這種元素確實存在。目前，锝-99是核醫(yī)學領(lǐng)域普遍使用的一種成像同位素。圖為第一個锝-99的發(fā)生器。

钷(原子序號61)

钷是元素周期表里的另一個“隆胎”，它被穩(wěn)定元素環(huán)繞，自身卻沒有一個穩(wěn)定同位素。1941年，美國研究人員在用核能轟擊釹和鐠的時候，研究結(jié)果顯示出61號元素的性質(zhì)。然而，20世紀40年代的技術(shù)還不能把這種稀有金屬從化合物中完全提取出來，因此又用了很多年，他們的發(fā)現(xiàn)才得到證實。因為是利用核能發(fā)現(xiàn)了這種元素，钷的發(fā)現(xiàn)者就根據(jù)從天上盜取火種給人類的神話人物普羅米修斯的名字給它命名。仙女座星系的恒星里發(fā)現(xiàn)有钷。

镎和钚(原子序號93和94)

镎和钚緊緊排在鈾后，位于元素周期表中第93位和第94位。1940年，美國科學家利用中子轟擊鈾產(chǎn)生镎。接著，通過一個稱為B衰變的過程，鈴又變成了钚。所謂p衰變，是指原子核自發(fā)地放射出b粒子或俘獲一個軌道電子而發(fā)生的轉(zhuǎn)變。次年，科學家分離出最為重要的钚同位素——钚一239。第二次世界大戰(zhàn)中投放到日本長崎的原子彈“胖子”的核裂變材料主要就是钚，239。圖中的這臺60英寸回旋加速器當時是世界上功能最強大的原子加速囂，镎和钚都是由其發(fā)現(xiàn)的。

鍛(原子序號100)

鐨的發(fā)現(xiàn)純屬偶然。它是在1952年美國首次氫彈試驗的殘骸中被發(fā)現(xiàn)的，并以美國核研究先驅(qū)恩里克·費米的名字命名。科學家發(fā)現(xiàn)的鐨同位素——鐨-255是由鈾-238吸收17個中子再經(jīng)歷8次B衰變而得到的。如果想要在實驗室而不是核試驗場里制造出鐨，那么必須要發(fā)生一連串核反應和核衰變。

镅(原子庠號95)

1944年，美國格倫·西博格研究小組，用中子轟擊钚239，生成钚-240，接著是钚-241；B衰變將其中一個中子變成了質(zhì)子，由此，他們合成了第95號元素——镅。镅的命名來自于“美洲”一詞。今天，我們可以在很多煙塵探測器中發(fā)現(xiàn)镅的蹤跡。

锏(原子序號98)

同鐨和其他元素一樣，锎也是在1952年氫彈試驗的殘骸中被發(fā)現(xiàn)的。但是，這種元素不需要引爆氫彈也能產(chǎn)生。1950年，美國格倫·西博格的研究小組通過用氦轟擊鋦生成锎，245。用途最廣的锎同位素是锎一252，它能夠以驚人的速度噴射中子，這使得锎一252變得極為危險，但與此同時，它的用途又非常大，如用于鑒別金屬、檢測金屬疲勞現(xiàn)象、啟動核反應堆、探測地雷等。圖為1960年美國加州大學伯克利分校兩名科學家通過裂變電離室對锏進行實驗。

镥(原子序號100)

在研制出功能更為強大的粒子加速器以后，科學家開始尋找合成超重元素的新方法。1974年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家通過超重離子直線加速器(如圖)，用氧一18離子轟擊锎-249，生成第106號元素。一個俄羅斯小組稱，他們也在同時發(fā)現(xiàn)了該元素，是用鉻轟擊鉛而成。美國研究小組最終還，是獲得了發(fā)現(xiàn)新元素的榮譽，并以格倫·西博格的名字為其命名。

達(原子序號110)

盡管人造元素都不穩(wěn)定，但有一些的半衰期足夠在實驗室以外的領(lǐng)域大展拳腳。1994年，位于德國達姆施塔特的重離子研究中心的研究人員在西格德·霍夫曼教授的率領(lǐng)下，花了整整一周時間，用鎳離子持續(xù)轟擊鉛靶，生成了一個鏈-269的原子。鏈-269的半衰期為0.17毫秒。國際理論化學和應用化學聯(lián)合會2001年確認了這個德國研究小組的發(fā)現(xiàn)。圖為鏈的電子圖。

?(原子序號112)

1996年，德國重離子研究中心的西格德·霍夫曼教授領(lǐng)導一個研究小組，在粒子加速器中用鋅離子轟擊鉛靶，首次成功合成了第112號元素的一個原子。2002年重復相同的實驗又制造出一個原子。此后，日本的一個研究小組也于2004年“復制”了這一過程，從而證實了新元素的發(fā)現(xiàn)。由于產(chǎn)生的原子立即發(fā)生衰變，所以，科學家只能通過研究衰變釋放的能量，了解該元素及其性質(zhì)。如圖，科學家通過用鋅離子轟擊這個輪狀鉛靶而合成出第112號元素。

責任編輯龐云