根據廣西師大研究小組的工作以及中科院理論物理所趙恩廣研究員的報告整理而成。
超重元素的合成是核物理界的前沿問(wèn)題之一。我們知道自然界里面最重的原子核為鈾，其原子序數Z=92，大于92號的原子核全是人工合成的。顯然的問(wèn)題就是最重的原子核是多大？有沒(méi)有上限？這些原子核的化學(xué)性質(zhì)如何，還是按照我們已知的元素周期表的規律往下接著(zhù)排嗎？這些新的原子核對人類(lèi)究竟有什么用？很多問(wèn)題都是需要科學(xué)家來(lái)回答。
首先我們看一下核素圖。我們知道原子核是由質(zhì)子和中子組成的。如果我們把原子核按橫坐標是中子數，縱坐標是質(zhì)子數排起來(lái)，就形成核素圖。核素圖上黑色的點(diǎn)形成的那條長(cháng)線(xiàn)就是beta穩定線(xiàn)，線(xiàn)上的原子核都比較穩定。而中子數過(guò)多或者過(guò)少，原子核都不穩定，兩邊的極限就是滴線(xiàn)。而右上角Z=114附近根據理論預言存在著(zhù)一批較穩定的原子核，這些核就是我們今天討論的超重核。如果我們將原子核的穩定性按高度來(lái)排，就是右下角的那個(gè)示意圖。左邊一個(gè)長(cháng)長(cháng)的山脈可以看成是大陸，周?chē)际且黄！Ｍ疑戏阶呖梢钥吹接幸粋�(gè)海峽，過(guò)了海峽就是超鈾元素區，之后又一個(gè)海峽，再過(guò)去就是人們正在努力尋找的超重島。談到超重核的用處，現在還很難說(shuō)，就像“一個(gè)剛出生的嬰兒有什么用？”一樣。這塊兒只是簡(jiǎn)單的分析一下：超鈾區元素的合成以及應用可以說(shuō)是人類(lèi)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，核武器以及核電站的出現。那么超重元素的合成以及應用究竟會(huì )給人類(lèi)帶來(lái)多少影響還很難說(shuō)，估計也會(huì )有很大的影響。
下面再簡(jiǎn)單聊一下目前超重核的合成途徑。目前國際上有幾個(gè)比較大的研究單位可以開(kāi)展超重核合成實(shí)驗，1）德國的GSI, 他們合成了107號-112號元素，譬如目前已經(jīng)命名的111號元素Rg，就是紀念德國科學(xué)家倫琴而命名的。2）俄羅斯的Dubna, 他們采用48Ca轟擊超鈾區原子核，現在合成到了118號元素，但是他們所合成的超重核在鑒別方面還存在一定的困難，需要其他實(shí)驗室進(jìn)一步的重復驗證；3）美國的伯克利研究所，也是很有實(shí)力的一個(gè)研究所。107號元素之前的那些新核素很多都是該研究所合成出來(lái)的。但是在1999年左右他們研究所聲稱(chēng)合成出來(lái)118號元素，最后表明是學(xué)術(shù)造假，從此該研究所名聲狼藉；4）日本的Riken, 合成出來(lái)的113號元素；5）法國的Ganil，也比較有實(shí)力；6）我們國家的中國科學(xué)院近代物理研究所（蘭州），合成出來(lái)105號和107號元素的兩個(gè)新的核素。目前超重核合成的主要途徑是重離子熔合反應，就是一個(gè)較輕的原子核轟擊一個(gè)重的原子核，通過(guò)熔合形成更重的原子核。這個(gè)熔合過(guò)程看似簡(jiǎn)單，其實(shí)非常復雜，核物理學(xué)家研究了很多年也還是有很多地方不清楚。理論工作者一個(gè)主要的目的就是弄清楚這個(gè)過(guò)程，為實(shí)驗提供參考。由于這一類(lèi)實(shí)驗非常耗時(shí)也非常耗錢(qián)，舉兩個(gè)例子，譬如Dubna合成的超重核都是采用48Ca這個(gè)核，1克48Ca的造價(jià)大約是20萬(wàn)美金。另外由于超重核形成截面非常小，加速器需要開(kāi)很長(cháng)時(shí)間才能逮著(zhù)幾個(gè)原子。日本為合成113號元素加速器開(kāi)了大約半年時(shí)間，有效束流88天。而蘭州近物所新建的重離子儲存環(huán)的的運行費用大約是每小時(shí)2萬(wàn)元人民幣。可見(jiàn)合成一個(gè)原子需要的成本是很高的，而如果加速器能量設置有稍許的不合適，則很難合成超重核，所以理論指導非常重要。下面這個(gè)圖是改進(jìn)的量子分子動(dòng)力學(xué)模擬48Ca轟擊鉛靶的密度時(shí)間演化圖。從這個(gè)圖我們可以大致了解熔合過(guò)程需要的時(shí)間，熔合反應機制等。這方面的工作正在開(kāi)展。相關(guān)介紹請看
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