日報記(ji)者 齊芳 日報通訊員(yuan) 尹經敏

　　古人認為，號新元素是元素物質世界最簡單的組成部分。近現代科學則給了化學元素精確的號新定義：具有相同的核電荷數（核內質子數）的一類原子的總稱。到目前為止，元素人類已經發現了118種元素，號新最后的元素百姓彩票紅26種（從92號元(yuan)素(su)(su)往后），都是(shi)號新人(ren)工合成的。如今，元(yuan)素(su)(su)合成第119號新元(yuan)素(su)(su)的號新競爭，已經悄然展開(kai)。元(yuan)素(su)(su)

蘭州重(zhong)離子加(jia)速(su)器冷卻儲存環(huan)實驗環(huan)。號(hao)新袁海博攝(she)/圖片(pian)

　　元素周期表，有窮盡嗎

　　氫、氦、鋰、鈹、硼……這就是元素周期表。在這張表格中，元素按照周期律排列，它們的性質，隨著元素原子序數（即原子核外電子數或核電荷數）的增加，呈周期性變化。元素周期律的發現，是化學學科發展中的重要里程碑，讓化學擺脫了單一元素或物質的發現，逐漸形成系統。百姓彩票最新網址而(er)元(yuan)素周期律的(de)影響也(ye)不僅(jin)僅(jin)局限在化(hua)學(xue)領域(yu)，它成(cheng)為科學(xue)研究的(de)重要基(ji)礎，極大(da)地改(gai)變(bian)了科學(xue)的(de)面貌(mao)。

　　關于元(yuan)素周(zhou)(zhou)期律(lv)(lv)的發(fa)現，有(you)這樣一個故事。19世紀進入了(le)科技大爆發(fa)時代，很(hen)多元(yuan)素相繼被發(fa)現。但這些發(fa)現是零散的。包括俄國化(hua)學(xue)家門捷列夫(fu)在(zai)內(nei)的化(hua)學(xue)家們(men)一直在(zai)思考，元(yuan)素性質有(you)沒有(you)規律(lv)(lv)？它們(men)是有(you)內(nei)在(zai)的聯系(xi)(xi)，還(huan)是僅僅是大自然偶爾為之、不成體系(xi)(xi)？門捷列夫(fu)日思夜想(xiang)，甚至因為用腦過度，經常發(fa)生眩暈。功夫(fu)不負有(you)心人。1869年，在(zai)他35歲(sui)的某一天，因疲(pi)勞入睡(shui)的他，在(zai)夢(meng)中，看(kan)到(dao)了(le)一張表格(ge)，元(yuan)素們(men)在(zai)這張表格(ge)上整齊排列。門捷列夫(fu)從(cong)夢(meng)中驚(jing)醒，就此發(fa)現了(le)元(yuan)素周(zhou)(zhou)期律(lv)(lv)。

　　這個帶有戲劇色彩的故事，如今很難再考證其真偽，或許僅僅是后人為激勵廣大學子穿鑿附會的。但這并不妨礙元素周期律成為科學史上最偉大的發現之一。門捷列夫在前人工作的基礎上，批判繼承、百姓彩票怎么買創(chuang)新發展，經過異常艱苦的研究，將看似復(fu)雜并毫無關(guan)聯(lian)的元素發現，變得(de)系統而有規律。

　　根(gen)據這一(yi)(yi)(yi)定律，門捷(jie)(jie)(jie)列(lie)夫(fu)編制出第一(yi)(yi)(yi)張元(yuan)(yuan)素(su)(su)周期表，已經被發現(xian)的(de)(de)(de)(de)63種元(yuan)(yuan)素(su)(su)，都在(zai)這張表格中。還有(you)的(de)(de)(de)(de)尚未被發現(xian)，但(dan)它們(men)一(yi)(yi)(yi)定存在(zai)。比如(ru)，門捷(jie)(jie)(jie)列(lie)夫(fu)預言了鈧、鎵等元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)，并描述(shu)了它們(men)的(de)(de)(de)(de)性質。他還認為，有(you)些元(yuan)(yuan)素(su)(su)原(yuan)子量的(de)(de)(de)(de)測(ce)量是錯(cuo)誤的(de)(de)(de)(de)，一(yi)(yi)(yi)旦(dan)被糾(jiu)正，它們(men)一(yi)(yi)(yi)定會符合元(yuan)(yuan)素(su)(su)周期律。比如(ru)金元(yuan)(yuan)素(su)(su)。當時人們(men)認為金的(de)(de)(de)(de)原(yuan)子量是196.2，應該排(pai)在(zai)鋨、銥、鉑(bo)之前，但(dan)這與元(yuan)(yuan)素(su)(su)周期律相悖。門捷(jie)(jie)(jie)列(lie)夫(fu)認為，這幾種元(yuan)(yuan)素(su)(su)原(yuan)子量的(de)(de)(de)(de)測(ce)量可能是錯(cuo)誤的(de)(de)(de)(de)，金應該排(pai)在(zai)它們(men)之后(hou)。重測(ce)之后(hou)，果然(ran)證實了門捷(jie)(jie)(jie)列(lie)夫(fu)是正確的(de)(de)(de)(de)。

　　在之后的100多年間，元素(su)周期(qi)律指導著人們發現新(xin)元素(su)、新(xin)材料，不(bu)斷(duan)探(tan)索物(wu)質(zhi)世界的奧秘(mi)。如今(jin)，人類(lei)一(yi)(yi)(yi)共發現了118種元素(su)，元素(su)周期(qi)表(biao)正表(biao)中正好(hao)形成7個完(wan)整的周期(qi)，16個族(zu)——每一(yi)(yi)(yi)行(xing)，稱為一(yi)(yi)(yi)個周期(qi)；每一(yi)(yi)(yi)列(lie)，稱為一(yi)(yi)(yi)個族(zu)。這張表(biao)格中蘊(yun)藏(zang)著很多規(gui)律，例如，同一(yi)(yi)(yi)周期(qi)內，從左(zuo)到右，元素(su)金屬(shu)性(xing)逐漸減弱(ruo)，非(fei)金屬(shu)性(xing)逐漸增(zeng)強。同一(yi)(yi)(yi)族(zu)內，從上到下，金屬(shu)性(xing)逐漸增(zeng)強，非(fei)金屬(shu)性(xing)逐漸減弱(ruo)。

　　中國科學院(yuan)近代(dai)物(wu)理研究所（以下簡稱(cheng)“近代(dai)物(wu)理所”）研究員(yuan)張志遠介紹(shao)：“自然界中存在的(de)最重的(de)元(yuan)素(su)(su)是(shi)原子序數為92號的(de)鈾元(yuan)素(su)(su)，比鈾元(yuan)素(su)(su)更重的(de)元(yuan)素(su)(su)的(de)首次發現(xian)都是(shi)通過人(ren)工方法實現(xian)的(de)。也(ye)就是(shi)說(shuo)，第(di)7周期中的(de)絕大部分元(yuan)素(su)(su)，都是(shi)人(ren)工合成(cheng)的(de)。”

　　那么(me)，元(yuan)素(su)周期表有(you)(you)沒(mei)有(you)(you)盡(jin)頭(tou)？全球科學(xue)家都想(xiang)得到答(da)案。張志遠說：“118號之后有(you)(you)沒(mei)有(you)(you)119號？元(yuan)素(su)周期表還能不能續下去？追(zhui)尋問題的(de)答(da)案，不僅(jin)是對現有(you)(you)科學(xue)理(li)論的(de)重(zhong)要檢驗，而且每一種新元(yuan)素(su)的(de)發現，都能帶來科學(xue)的(de)進步(bu)、行業的(de)提升，在發現新元(yuan)素(su)過程中發展的(de)各(ge)種技術和方(fang)法(fa)，也有(you)(you)很廣闊的(de)應用前景，比如(ru)同位(wei)素(su)藥物、放射性(xing)燃(ran)料(liao)的(de)處理(li)等(deng)。”

　　發現新核素，中國沖在了前面

　　在說(shuo)合成新元素(su)之前(qian)，我們先(xian)來說(shuo)說(shuo)合成新核素(su)。

　　元素(su)(su)，是具(ju)有(you)相同(tong)核(he)電(dian)荷數，即相同(tong)質(zhi)子(zi)(zi)(zi)數的(de)(de)(de)同(tong)一(yi)類原子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)總稱(cheng)。核(he)素(su)(su)，是具(ju)有(you)一(yi)定數目(mu)質(zhi)子(zi)(zi)(zi)和一(yi)定數目(mu)中(zhong)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)一(yi)種原子(zi)(zi)(zi)。一(yi)種元素(su)(su)可有(you)多(duo)種核(he)素(su)(su)，同(tong)一(yi)元素(su)(su)的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)核(he)素(su)(su)，也就是質(zhi)子(zi)(zi)(zi)數相同(tong)但中(zhong)子(zi)(zi)(zi)數不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)原子(zi)(zi)(zi)，互稱(cheng)為(wei)同(tong)位(wei)素(su)(su)。

　　目(mu)前(qian)，自然(ran)界中天然(ran)存在280多種核(he)素，人工合成(cheng)的(de)(de)(de)則有3300多種核(he)素。而根據(ju)相關理論預(yu)言，人類能夠認識的(de)(de)(de)核(he)素可能達(da)到(dao)8000到(dao)10000種。研究(jiu)這些核(he)素的(de)(de)(de)衰(shuai)變(bian)性(xing)質(zhi)、探索核(he)素存在的(de)(de)(de)極限，不僅具(ju)有重要的(de)(de)(de)科學(xue)意義，也可以應用到(dao)生活的(de)(de)(de)各個方面(mian)。比如，目(mu)前(qian)很“火”的(de)(de)(de)同位素藥物，用的(de)(de)(de)方法，就(jiu)是合成(cheng)新核(he)素的(de)(de)(de)方法。

　　而發(fa)(fa)現新核(he)素，也可(ke)以看成是發(fa)(fa)現新元(yuan)素前的“儲備”和(he)“預(yu)演”。

　　由于條件(jian)的限制(zhi)，我(wo)國的核(he)(he)素(su)合成研究開展較晚，但在20世紀末實現突破后，在以(yi)后近30年的時間里取得了(le)很(hen)大(da)的進展。根據(ju)相關統計，我(wo)國已經合成了(le)40種新核(he)(he)素(su)，近代物理所合成了(le)其中的38種，排(pai)在全球11位。

　　近(jin)代物理所可謂我(wo)國(guo)(guo)發(fa)(fa)現(xian)新(xin)(xin)核(he)素(su)的中堅力(li)量(liang)。20世紀90年(nian)代初，研(yan)究所利用(yong)當時相對簡單的條件，開始了(le)(le)(le)新(xin)(xin)核(he)素(su)的合成研(yan)究，發(fa)(fa)展了(le)(le)(le)氦噴嘴傳(chuan)輸(shu)，采(cai)用(yong)帶(dai)（轉(zhuan)輪(lun)）傳(chuan)輸(shu)技術，“跑兔(tu)”裝置及(ji)化(hua)學分離的方(fang)法，利用(yong)國(guo)(guo)內能夠提供的中子(zi)、質子(zi)、重離子(zi)等束(shu)流，發(fa)(fa)現(xian)了(le)(le)(le)新(xin)(xin)核(he)素(su)208Hg，隨后陸續發(fa)(fa)現(xian)了(le)(le)(le)185Hf、186Hf、209Hg、237Th、238Th、175Er、197Os等核(he)素(su)，1996年(nian)合成了(le)(le)(le)我(wo)國(guo)(guo)首個(ge)超(chao)鈾新(xin)(xin)核(he)素(su)235Am，2000年(nian)合成了(le)(le)(le)首個(ge)超(chao)重新(xin)(xin)核(he)素(su)259Db，使我(wo)國(guo)(guo)的新(xin)(xin)核(he)素(su)合成達到了(le)(le)(le)超(chao)重核(he)區。

　　到了(le)這里，合成(cheng)(cheng)新(xin)核(he)(he)素(su)又進入了(le)瓶頸——氦噴嘴、化學分(fen)離等方法限制(zhi)了(le)研(yan)究(jiu)核(he)(he)素(su)半(ban)衰(shuai)期的(de)下限。近代(dai)物理所(suo)開始發展新(xin)“武(wu)器”，研(yan)究(jiu)人(ren)員研(yan)制(zhi)了(le)充氣反沖核(he)(he)譜儀，并于2015年(nian)成(cheng)(cheng)功觀(guan)測(ce)(ce)到新(xin)核(he)(he)素(su)205Ac。截(jie)至目前，利用這個儀器，共觀(guan)測(ce)(ce)到14種新(xin)核(he)(he)素(su)，其(qi)中(zhong)合成(cheng)(cheng)的(de)新(xin)核(he)(he)素(su)222Np其(qi)半(ban)衰(shuai)期達到了(le)300多納秒，幾乎(hu)達到該裝(zhuang)置研(yan)究(jiu)的(de)極限；通過(guo)(guo)測(ce)(ce)量合成(cheng)(cheng)的(de)214U、216U新(xin)核(he)(he)素(su)性(xing)質(zhi)(zhi)，結合鈾缺(que)中(zhong)子(zi)(zi)核(he)(he)素(su)的(de)已(yi)知(zhi)數(shu)(shu)據發現(xian)(xian)了(le)α粒子(zi)(zi)結團效應反常(chang)增強(qiang)現(xian)(xian)象；通過(guo)(guo)系統研(yan)究(jiu)合成(cheng)(cheng)的(de)219Np和220Np等新(xin)核(he)(he)素(su)的(de)性(xing)質(zhi)(zhi)發現(xian)(xian)中(zhong)子(zi)(zi)數(shu)(shu)為126中(zhong)子(zi)(zi)殼效應對極端缺(que)中(zhong)子(zi)(zi)镎同(tong)位素(su)的(de)影響依然存在，同(tong)時確定(ding)了(le)镎元素(su)的(de)質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)滴線位置，這是目前已(yi)知(zhi)質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)滴線的(de)最重(zhong)元素(su)；合成(cheng)(cheng)的(de)新(xin)核(he)(he)素(su)160Os及156W的(de)衰(shuai)變性(xing)質(zhi)(zhi)表明(ming)，該區域阿爾(er)法衰(shuai)變概率存在減小的(de)現(xian)(xian)象，說明(ming)質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)數(shu)(shu)為82、中(zhong)子(zi)(zi)數(shu)(shu)也為82的(de)雙幻核(he)(he)164Pb可能存在一定(ding)的(de)穩定(ding)性(xing)。這些研(yan)究(jiu)都得到了(le)國際學術界的(de)高度關(guan)注。

　　那么，問題來了(le)，新核(he)素研究我(wo)們已經沖到了(le)前面，新元素研究呢(ni)？

　　合成新元素，119號已在準備

　　92號鈾元素(su)之后(hou)，人(ren)類窮盡科技手段(duan)，合成了26種新(xin)元素(su)。

　　其中，原子序數大(da)于103的(de)(de)元(yuan)素被(bei)稱為(wei)超重(zhong)元(yuan)素。113號到118號超重(zhong)元(yuan)素是在(zai)2016年前后，分別由日本、俄羅斯、美國等國家(jia)的(de)(de)科(ke)學家(jia)發現并(bing)命名(ming)的(de)(de)。這(zhe)些(xie)新元(yuan)素的(de)(de)發現大(da)多是在(zai)加速器(qi)或(huo)借助(zhu)核反應堆來完(wan)成的(de)(de)。

　　科學家們(men)利用加(jia)速器產生(sheng)高(gao)能(neng)量離子束，轟(hong)擊特定(ding)的(de)(de)靶(ba)材，發生(sheng)核反應，產生(sheng)新(xin)元素。不得不說，其中多(duo)少有些運(yun)氣的(de)(de)成(cheng)分。但決定(ding)性的(de)(de)因素，還是加(jia)速器的(de)(de)能(neng)量和(he)束流強度等指標。這些新(xin)元素的(de)(de)半衰期非常短(duan)，通俗地(di)講(jiang)，它們(men)不可能(neng)長時間存在于(yu)地(di)球(qiu)自然環境中，因此(ci)，需要(yao)通過反復多(duo)次實驗，獲得足(zu)夠(gou)多(duo)的(de)(de)事例(li)，才能(neng)進(jin)行(xing)鑒(jian)定(ding)和(he)測量。

　　但在(zai)這之(zhi)后，發現的(de)腳步停滯了。張(zhang)志遠(yuan)說(shuo)：“119號(hao)元(yuan)素(su)意(yi)味著，要讓原(yuan)子核里面有119個質子，要合成(cheng)(cheng)這樣(yang)的(de)原(yuan)子核非常困難(nan)。原(yuan)來的(de)合成(cheng)(cheng)技術不再適用了，必須尋找新的(de)實驗路線(xian)才(cai)有可(ke)能合成(cheng)(cheng)119號(hao)元(yuan)素(su)。”

　　合成新元(yuan)(yuan)素，需要(yao)新的(de)產生方(fang)法，實驗條件(jian)更需要(yao)提升(sheng)。研(yan)究(jiu)者們認為(wei)，進一(yi)步(bu)提高束流強度可(ke)能是目前(qian)(qian)(qian)最有效的(de)解決(jue)途徑(jing)。當前(qian)(qian)(qian)，德國(guo)、美(mei)國(guo)正(zheng)建設(she)大(da)科學工程(cheng)，俄羅斯(si)已經建成超(chao)(chao)重(zhong)工廠，日本也進一(yi)步(bu)提升(sheng)了其加速器(qi)性能，以期(qi)首先實現(xian)突破，合成119號元(yuan)(yuan)素。有人評論，超(chao)(chao)重(zhong)核研(yan)究(jiu)處于(yu)突破的(de)前(qian)(qian)(qian)夜。

　　機會(hui)平等地對待每一個國(guo)家，我國(guo)也做(zuo)好了準備。

　　在(zai)我國(guo)，關于(yu)(yu)新元(yuan)素合成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)理論及(ji)實驗研(yan)究(jiu)(jiu)已(yi)具備(bei)了一定(ding)的(de)(de)(de)基礎(chu)，實驗裝(zhuang)備(bei)也正(zheng)在(zai)更(geng)新換代(dai)。2019年5月(yue)，近代(dai)物理所開始研(yan)制中國(guo)超重(zhong)元(yuan)素研(yan)究(jiu)(jiu)加(jia)(jia)速器(qi)(qi)裝(zhuang)置，將(jiang)原有(you)的(de)(de)(de)質子直線加(jia)(jia)速器(qi)(qi)改造升級為重(zhong)離子加(jia)(jia)速器(qi)(qi)。裝(zhuang)置于(yu)(yu)2022年2月(yue)建(jian)成(cheng)(cheng)(cheng)，已(yi)成(cheng)(cheng)(cheng)功實現(xian)了14.8粒子微安流(liu)強(qiang)、224兆電子伏能量的(de)(de)(de)氬(ya)-40束流(liu)穩(wen)定(ding)運行，目前已(yi)經穩(wen)定(ding)運行了10000多個(ge)小時，成(cheng)(cheng)(cheng)為國(guo)際上技術(shu)領先的(de)(de)(de)新元(yuan)素研(yan)究(jiu)(jiu)利器(qi)(qi)。2023年11月(yue)，利用這臺裝(zhuang)置，研(yan)究(jiu)(jiu)人員成(cheng)(cheng)(cheng)功驗證(zheng)了115號元(yuan)素的(de)(de)(de)合成(cheng)(cheng)(cheng)。

　　近代物理所所長、孫志宇研(yan)究員(yuan)介紹：“這讓研(yan)究的(de)(de)效率有了極(ji)大(da)的(de)(de)提(ti)升。比如(ru)說(shuo)我(wo)要合成115號元(yuan)素，在1個粒子微(wei)安的(de)(de)束流(liu)條件下，一天大(da)概可以得到(dao)1個115號元(yuan)素的(de)(de)粒子。但是如(ru)果有10個粒子微(wei)安的(de)(de)束流(liu)，那么同(tong)樣一天就可以得到(dao)10個粒子，那樣在相同(tong)的(de)(de)時間(jian)內，科研(yan)人(ren)員(yuan)就可以做更精細的(de)(de)研(yan)究或(huo)者可以得到(dao)一些產生概率更低的(de)(de)元(yuan)素。”

　　中國超重(zhong)元素(su)研究加速器(qi)裝置正在(zai)更(geng)新換代，將進一步提升束流強度，幾年后可提供(gong)新元素(su)合成(cheng)的(de)最佳束流條件。孫志(zhi)宇說(shuo)：“通過改造，我(wo)們已經能夠提供(gong)3粒(li)子(zi)微(wei)(wei)安(an)以上的(de)重(zhong)離(li)(li)子(zi)束流，近期(qi)可提供(gong)大于(yu)10粒(li)子(zi)微(wei)(wei)安(an)的(de)Z≤28離(li)(li)子(zi)束流，并同時建成(cheng)了(le)新的(de)充(chong)氣反沖譜(pu)儀，效率(lv)可在(zai)40%以上，已經具備了(le)與國際先進實驗室在(zai)新元素(su)合成(cheng)方面進行(xing)競爭的(de)能力。”

　　119號元素(su)的神秘面紗，或許就將(jiang)在這里揭開！

　　《日報》（2024年05月(yue)09日?16版）