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你知道神秘的“119號”元素嗎?1869年,俄國科學家門捷列夫發現了元素周期律,按照這個周期律,當時已經發現的金、銀、銅、鐵、氧等63種元素可以排列成一張元素周期表,表中每一個行稱為一個周期,每一列稱為一個族,同一族的元素有相同的性質。隨著科學的發展,目前人類已經發現了118種元素。元素周期表上也有了七個完整的周期。全世界的科學家都希望能發現第119號元素,開啟一個新的元素周期,中國科學家也在努力。
探尋神秘的“119號”元素
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記者:這么多年搞科學研究,中國科學家目前的研究方向到底在這個表的什么位置呢?
中國科學院近代物理研究所研究員 張志遠:元素周期表上的元素,最重的元素到了118號元素。118號元素合成以后,大家都想去合成第119號元素。這118個元素剛好把元素周期表的7個周期全部填滿,那我們未來可能合成的第119號元素,它就應該排在元素周期表的第8周期。所以這也是我們做超重元素研究的一個核心的科學目標,去合成下一個新元素。
據介紹,在元素周期表中,原子序數大于103的元素被稱為超重元素,113號到118號超重元素是在2016年前后,由日本、俄羅斯、美國等國家的科學家發現并命名的。哪個國家的實驗室最先發現新元素,那么這個國家或實驗室就有權對這個新元素進行命名。目前全球科研實力較強的國家都在開展新元素的探索和研究,不過由于技術上的限制,使得這個新元素的誕生仍然是個謎。
中國科學院近代物理研究所研究員 張志遠:要讓它原子核里面有119個質子,要合成這樣的原子核非常困難。這個新元素的產生方法發生了變化,沿著原來從114到118號元素合成的這個技術路線到119號不再適用了。我們需要去尋找新的實驗路線才能去做119號元素合成的這個實驗。
我國獲重要技術飛躍 助力探尋新元素
元素周期表排名靠后的絕大部分元素都具備一定的放射性,因此這些元素的穩定性比較差,極個別元素甚至只能存在非常短的時間,所以這些元素在地球的自然環境中不可能存在,只能通過實驗室人工合成出來,科學家相信未知的第119號元素同樣如此。全世界的科學家都在努力希望能在實驗室合成這個元素。最近,中國科學院近代物理研究所在超重元素研究加速器裝置上取得了重要技術飛躍,為我國率先實現新元素的合成打下了良好的基礎。
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總臺央視記者 褚爾嘉:這臺大型的科研裝備就是中國科學院近代物理研究所的中國超重元素研究加速器裝置。它擁有一個非常長的直線加速器,長度達到50多米。自從2022年這套裝置整體建成出束以來,目前已經穩定運行了10000多個小時。
新元素“探尋利器”:超重元素研究加速器
據介紹,2019年中國科學院近代物理研究所開始將原有的質子直線加速器改造升級為重離子加速器,讓它成為超重元素研究的專用加速器。經過近3年的改造,如今這套裝置已經成為國際上技術領先的新元素研究利器,并成功實現了14.8粒子微安流強、224兆電子伏能量的氬40束流穩定運行。
中國科學院近代物理研究所所長 孫志宇:比如說我要合成115號元素,在1個粒子微安的束流條件下,我一天大概可以得到1個115號元素的粒子。但是如果我有10個粒子微安的束流,那么同樣我一天就可以得到10個粒子,那樣在相同的時間內,我就可以做更精細的研究或者可以得到一些產生概率更低的元素。
新一代新元素“探尋利器”正在建設中
為了早日實現合成新元素的科學目標,我國新一代技術指標更強的國家重大科技基礎設施——強流重離子加速器也正在建設中,預計2025年左右完工。到時我國將再添新元素“探尋利器”。
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強流重離子加速器裝置已經于2018年在廣東惠州開工建設,這一大科學裝置將為我國相關領域的科學研究提供國際上脈沖流強最高的重離子束流和精度最高的核質量環形譜儀,為我國核物理和核天體物理基礎研究創造國際一流的實驗條件。
中國科學院近代物理研究所研究員 張志遠:未來的話,在惠州這個強流重離子加速器上,它的束流強度比我們現在的超重元素加速器裝置還要高。如果我們在這臺新裝置上去做新元素的合成實驗,那么可能更容易去縮短束流時間,更有利于我們去觀測到整個事件。
新元素有什么用處?
各國科研人員花費大量時間精力去探索的新元素到底有什么用處?會對人類產生哪些影響呢?
歷史表明每個新元素都“非常有用”
專家介紹,基礎研究的一個特點就是在做它之前,誰都不知道有什么用,但是一旦做成了,也許有很大的應用價值。新元素研究就是這樣一個研究領域,誕生之前,誰都難以判斷它未來一定會在哪個領域產生影響,但是從以往的經驗來看,每個元素的發現都會對人類生產生活產生巨大影響。
中國科學院近代物理研究所研究員 張志遠:從我們核物理的研究來講,理論預言,在最重的這些元素里面,存在一批壽命相對比較長的原子核。如果我們在實驗上能夠合成了這些壽命比較長的原子核,那么它未來的用處也許可以作為核燃料,也許可以作為放射性醫學的一些原材料。
中國科學院近代物理研究所所長 孫志宇:我們的自然界都是由各種各樣的元素構成的,我們自然界中到底存在多少種元素是一個自然而然產生的問題。尋找發現新的元素,尋找它存在的極限,對于我們現有的科學理論是一個重要的檢驗。同時在這個過程中,發展的各種技術和方法也有很廣闊的應用前景。對于一些同位素的藥物,對于一些放射性乏(燃)料的后處理等等,都是一個非常基礎的必要條件。