元素周期表第八周期,即将被打开:物理学家正“制造”超重元素!

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元素周期表第八周期,即将被打开:物理学家正“制造”超重元素!

物理学家对小原子核和大原子核之间碰撞的测量,将为制造新元素的探索提供信息,并可能导致涉及超重元素的新化学。两个诱人的目标几乎在实验核物理学家的掌握之中,一种是闯入元素周期表的第八周期。到目前为止,科学家们已经制作了前七周期的所有元素,即从氢(一个质子)到气体(118个质子),因此,合成更重的元素将开辟新天地。

另一个目标是在超重核海中定位“稳定岛”,超重元素含有的质子越多,通常会变得越不稳定。例如,铌的最稳定同位素(113个质子)半衰期接近8秒,而Og的半衰期只有0.7毫秒。但理论家们认为,这种趋势将会在Og以外的原子核上发生改变。物理学家推测,存在一种特别稳定的原子核,它具有质子和中子的幻数,具有“双重幻数”。长寿命的超重元素将开启一种新型化学,其中包括更长时间的反应。

为了实现这些目标,实验者需要确定如何最大限度地增加产生超重原子核的机会,因为据估计,合成一个原子需要三个多月的时间。要做到这一点,需要知道由于核势的吸引力,两个原子核在接近对方时所经历的排斥力。现在,日本理化学研究所西田加速器科学中心的田中泰基和同事们通过向大原子核(钚和铀)发射小原子核(氖、镁和钙)并测量它们的散布来测量这种排斥力。

发现,排斥屏障主要受形状像橄榄球较大原子核的形变影响。与产生已知超重元素激发函数的比较表明,激发较小的原子核,使其接近变形的较大原子核侧面,将是产生新超重原子核最有效的策略。如果这种趋势对较重的原子核适用,那么只需测量较大原子核的排斥势垒,就可以确定较小原子核的最佳能量,这只需要大约一天的时间就能完成。从这项系统研究中,研究人员提出了一种新方法来估计合成新元素所需的最佳入射能量。

研究团队计划利用这一知识制造新的超重元素,短期内,将尝试制造新元素,如119号元素或120号元素,一二十年后,或许能到达“稳定岛”,但不确定它在哪里。使用充气反冲离子分离器进行测量,提取了这些系统的准弹性势垒分布,并与耦合通道计算结果进行了比较。

结果表明,势垒分布主要受氡系靶核形变的影响,也受入射核的振动或转动激发以及俘获前中子迁移过程的影响。通过实验势垒分布与蒸发残渣截面的比较,热熔合反应利用了微小碰撞的优势,此时入射粒子沿新变形核的短轴靠近。

博科园|研究/来自:日本理化学研究所

参考期刊《物理评论快报》

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