鈦束實驗實現突破後科學界有可能發現第120號元素
伯克利實驗室的科學家利用鈦束製造出了116 號元素的原子。這不僅代表了一種製造超稀有元素的新方法,而且也是一種概念證明,證明他們有可能很快就會製造出尚未發現的元素120,這種元素可能是穩定的。
元素週期表根據元素的原子序(即每個元素原子核中質子的數量)排列元素。雖然表中前94 種元素都存在於自然界中,但比它們更重的元素只能在實驗室中透過將現有元素融合在一起而產生。
從紙上看,這聽起來比較簡單:如果你想要一種特定原子序數的元素,只要將另外兩種質子總數相同的元素融合在一起即可。例如,要製造出擁有118 個質子的奧甘子元素,科學家通常會將一束鈣(擁有20 個質子)射向一個由锎(擁有98 個質子)所構成的目標。
超重元素112 至118 最初就是這樣合成的。預計元素週期表的邊緣之外還會有更多的元素,但不幸的是,锎是可以用作靶子的最重的元素–接下來的元素都太不穩定了。
因此,如果不能改變目標,那就改變彈體。這就是伯克利實驗室團隊現在所做的,透過將射束從鈣提升到擁有22 個質子的鈦,獲得額外的兩個質子。不過,這樣做並不像聽起來那麼容易。
首先,這個過程需要鈦-50,這是一種稀有同位素,只佔地球上天然鈦總量的5%左右。然後,將鈦-50放入一個專門的烤箱中加熱,將溫度升高到近3000 °F(1649 °C),使鈦蒸發。離子源產生帶電鈦等離子體,然後將其操縱成光束,並發射到目標上。
這是第一次在類似實驗中使用鈦束,因此為了測試它是否有效,研究小組將其發射到一個由鈽製成的目標上,鈽有94 個質子。這樣就產生了116 號元素,即”鉝”。果然,研究團隊檢測到了這種難以捉摸的元素,儘管非常罕見:在22 天的實驗中只產生了兩個原子。
描述伯克利實驗室團隊如何在實驗中生產出尚未發現的120 號元素的插圖珍妮-努斯/伯克利實驗室
有了這個概念驗證,研究小組現在計劃利用鈦光束來尋找假設的元素120。這可以透過向锎靶發射鈦來實現–不過預計這種情況會更加罕見。
伯克利實驗室核科學部主任雷納-克魯肯(Reiner Kruecken)說:”我們認為,製造120 所需的時間大約是116 的10 倍。這並不容易,但現在看來是可行的。”
據預測,如果120號元素被發現,它將是一種鹼土金屬(或稱為”Unbinilium”),並將與同樣未被發現的119號元素一起,排在元素週期表目前空著的第八行。
但最令人興奮的是,元素120 很有可能位於”穩定島”上。超重元素的半衰期通常很短,也就是說,它們在幾毫秒內就會衰變,這使得它們很難被研究,而且基本上不可能用於任何實際用途。但是,據預測,這些元素的某些同位素可能具有恰到好處的中子數,可以平衡整個過程,使其穩定數分鐘甚至數天。如果是這樣的話,120 號元素可能會成為相當長一段時間內創造出的最有用的新元素。
研究人員最早可以在2025 年開始進行實驗,不過要生產出任何120 號元素的原子可能還需要幾年的時間。
這項研究已提交給《物理評論快報》雜誌。