117号元素引导科学家接近“稳定岛”

德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心的线性加速器可以将钙离子加速到光速的10%，产生元素117。

照片来源:奥托/GSI亥姆霍兹重离子研究中心

物理学家创造了超重元素的一个新成员——原子核中有117个质子的原子。这个“怪物”位于元素周期表的外层，那里膨胀的原子核变得越来越不稳定。然而，元素117的存在给科学家们带来了希望，他们接近于发现传说中的“稳定岛”，在那里原子核拥有所谓的神秘数量的质子和中子，使其寿命更长。

比铀重的元素(有92个质子)在自然界中并不常见，但它们*在实验室中“出现”。问题是原子核越大，带正电的质子之间的排斥力就越大，这通常会使它更不稳定或更具放射性。例如，元素117的半衰期约为千分之五十秒，这意味着元素的一半将在此期间衰变为更轻的元素。

2010年，美国-俄罗斯联合研究小组在俄罗斯联合核能研究所首次生产了元素117。然而，这种元素仍然被认为是非官方的，没有被正式接受，也没有被国际理论和应用化学联合会列入元素周期表。然而，达姆施塔特的GSI亥姆霍兹重离子研究中心通过新的实验成功地证实了117号元素的存在。它们新的外观信息将有助于超重元素进一步加入元素周期表。

“与第一次发现相比，这次发现是由不同地方的不同研究小组用不同的机器完成的。”领导GSI实验的克里斯托弗·杜尔曼说，“我认为科学界将改变对元素117的看法，它已经从宣布发展到今天被证实。”

为了制造元素117，其在周期表中的临时占位符是不合适的，研究人员需要打碎钙核(每个有20个质子)并轰击铁锹(每个有97个质子)。实验非常困难的部分原因是铲子本身很难获得。"我们必须与世界上唯一能批量生产和分离铲子的组织合作."多尔曼说。

这个机构是田纳西州的橡树岭国家实验室。它的核反应堆可以产生半衰期为330天的稀有元素。该设施花了大约两年时间来建立足够的实验用铲子库。在积累了13毫克之后，橡树岭国家实验室的科学家们将铲子运到德国进行下一阶段的项目。

在GSI，研究人员将钙离子加速到光速的10%，然后让它们撞击铲子。如果钙和锨的原子核正面碰撞，这两个原子核偶尔会结合形成一个总共有117个质子的新元素。"我们一周得到大约一个原子。"多尔曼说。

科学家没有直接观察元素117。相反，他们寻找发射出的α粒子的放射性衰变产物——一个有两个质子和两个中子的氦核。"重核能的α衰变产生115号元素，这个元素也将经历α衰变."5月1日发表在《物理评论快报》上的一篇相关论文的第一作者，GSI的贾姆巴·库雅格巴塔尔说。

在这个衰变链中经过更多的步骤后，其中一个核产物是同位素铷266，它的原子核有103个质子和163个中子。以前已知的铷同位素中子数量少，稳定性差。然而，这种新元素的半衰期长达11小时，这使得它成为迄今已知寿命最长、重量最重的同位素。“也许我们已经到达了‘稳定岛’的岸边。”杜尔曼说道。

但是没有人能确定这个岛在哪里，甚至它是否存在。相关理论表明，除了已知的，下一个神秘的数字可能是108、110或114个质子和184个中子。据计算，这些组合将有助于特殊的性质，使他们的原子能比类似的物质生存时间更长。“116号、117号和118号元素的所有现有数据都证明，生命周期增加了近184个中子。”“这是令人鼓舞的，”没有参与这项研究的橡树岭国家实验室理论物理学家维托尔德·纳扎勒维奇说。

超重的魔核可能有有趣的形状来确保稳定性，比如所谓的中间有洞的气泡结构。“但这些从未被发现，但这一领域的发展正接近泡沫的边缘。”纳扎勒维奇说。

如果“稳定岛”确实存在，那么它的原子核能维持多久就没有限制了。它们将被证明足够稳定，可以在自然界中找到。许多搜索都是基于这些超重元素的存在。也许它们是由许多强大的宇宙事件形成的，比如两颗中子星的融合。尽管尚未被发现，科学家们仍然希望“稳定岛”就在眼前。

近年来，科学家合成了一系列超重元素。元素114和116已经正式成为元素周期表的新成员。元素周期表包含92种天然存在的元素，从原子序数1的氢到原子序数92的铀。每个元素都是由原子核中的质子数来定义的。然而，序列号在92之后的重元素在自然界中很难稳定存在。序列号在104之后的元素称为超重元素，它们的寿命更短。迄今为止，所有超重元素都是人工合成的。(张张)

中国科学新闻(2014-05-14第三版国际版)