中新網(wǎng)北京8月6日電 (記者 孫自法)眾所周知,元素周期表現(xiàn)已填滿七個周期,其中,從1號氫元素到92號鈾元素,是自然界存在的元素,比鈾元素更重的元素從93號镎元素開始,都是通過人工方法合成的。其中,原子序數(shù)大于103號為超重元素。
目前,人類發(fā)現(xiàn)和合成的元素已達(dá)到118種。不過,自2010年俄羅斯和美國科研團(tuán)隊成功合作合成117號元素?之后,新元素合成再未取得新的突破性進(jìn)展。元素周期表何時上新119號、開啟第八個周期?這一科學(xué)問題在全世界備受關(guān)注與期待。
記者在中國科學(xué)院近代物理研究所(簡稱近代物理所)采訪獲悉,基于該所已穩(wěn)定運行的大科學(xué)裝置蘭州重離子加速器和超重元素研究加速器裝置,以及已合成38種新核素的多年科研突破與技術(shù)積累,中國科學(xué)家現(xiàn)已具備與國際同行在新元素合成方面進(jìn)行競爭的能力,目前正在新元素合成賽道上比肩沖刺,希望不久的將來能圓夢新元素合成,實現(xiàn)元素周期表上中國命名元素零的突破。
為什么要合成119號元素
科學(xué)家們?yōu)槭裁匆剿鳌⒑铣尚略??近代物理所所長孫志宇研究員表示,自然界由各種各樣元素構(gòu)成,尋找發(fā)現(xiàn)新的元素及其存在的極限,對于現(xiàn)有科學(xué)理論是一個重要的檢驗?;谶@個科學(xué)探索研究過程發(fā)展的各種技術(shù)和方法,也有很廣闊的應(yīng)用前景,包括同位素藥物研發(fā)、一些放射性乏(燃)料后處理等,都是一個非常重要的基礎(chǔ)。
近代物理所黨委書記、副所長胡正國研究員介紹蘭州重離子加速器集群建設(shè)情況。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝近代物理所黨委書記、副所長胡正國研究員指出,發(fā)現(xiàn)和合成新元素,特別是新元素合成面臨科學(xué)和技術(shù)的巨大挑戰(zhàn),開展這項研究工作,體現(xiàn)出科技強國科技發(fā)展的水平和能力。
在近代物理所超重核與核結(jié)構(gòu)室副主任張志遠(yuǎn)研究員看來,根據(jù)核物理研究理論預(yù)言,在超重元素里面,存在一批壽命相對比較長的原子核。如果在實驗上能夠合成這些壽命比較長的原子核,那么它未來用處很多,包括作為核燃料、放射性醫(yī)學(xué)原材料等。所以這也是做超重元素研究的一個核心的科學(xué)目標(biāo),去合成下一個新元素。
目前,全球科研實力較強的國家包括中國在內(nèi),都在開展新元素合成的探索和研究,但由于技術(shù)上的限制,使得119號這個新元素的誕生存在巨大挑戰(zhàn),各國都有機(jī)會尋找到它,“花落誰家”尚不可預(yù)計。
中國合成新元素有何基礎(chǔ)
中國已經(jīng)站到119號等新元素合成的賽道上,在這方面有何基礎(chǔ)與經(jīng)驗積累?
近代物理所所長孫志宇研究員介紹該所新核素合成研究進(jìn)展。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝孫志宇表示,由于條件限制,中國核素合成研究開展較晚,但在20世紀(jì)末實現(xiàn)突破后,短短30年左右時間里已取得極大進(jìn)展,在新核素合成研究領(lǐng)域研發(fā)出一系列技術(shù)與方法,到現(xiàn)在近代物理所已合成38種新核素。
中國在新核素合成方面取得成功和突破,既為人類認(rèn)識核素做出貢獻(xiàn),也為新元素合成積累經(jīng)驗和奠定基礎(chǔ)。
與此同時,近代物理所長期開展新元素合成相關(guān)跟蹤研究,并為新元素合成進(jìn)行了大量的實驗及理論準(zhǔn)備,其中,2022年蘭州重離子加速器中超重元素研究專用加速器改造完成,2023年11月成功驗證性合成了115號元素,在理論及實驗研究上為新元素合成奠定了一定基礎(chǔ)。
新元素合成處于什么狀態(tài)
談到新元素、新核素合成的難度,近代物理研究所的科學(xué)家們打比方稱,如果說自然界元素發(fā)現(xiàn)是攀登珠穆朗瑪峰的話,新核素合成相當(dāng)于在近地軌道建設(shè)空間站;此前合成新元素相當(dāng)于登陸月球,119號及未來新元素合成則相當(dāng)于登上火星乃至更遙遠(yuǎn)的深空探測。
近代物理所超重核與核結(jié)構(gòu)室副主任張志遠(yuǎn)科普介紹新核素及新元素合成情況。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝張志遠(yuǎn)指出,目前,新元素的產(chǎn)生方法已發(fā)生變化,沿著原來從114到118號元素合成的這個技術(shù)路線到119號已經(jīng)不再適用,需要去尋找新的技術(shù)路線才能去做119號元素合成的這個實驗。新方法、新技術(shù)路線需要實驗條件進(jìn)一步提升,而提高實驗裝置束流強度可能是目前最有效的解決途徑。
工欲善其事,必先利其器。胡正國表示,圍繞重離子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)新元素合成等重大科學(xué)問題和國家重大需求,近代物理所組建的重離子科學(xué)與技術(shù)重點實驗室已于2023年1月獲批啟動建設(shè),原子核性質(zhì)研究及新元素合成是該實驗室重要方向之一,重大任務(wù)包括119號等新元素合成。
同時,蘭州重離子加速器升級建造超重元素研究專用裝置,包括超重元素研究專用加速器、超重元素研究專用譜儀,旨在為新元素合成工作創(chuàng)造最好實驗條件。其中,超重元素研究專用加速器自2022年整體建成出束以來,目前已穩(wěn)定運行1萬多個小時,已成為國際上技術(shù)領(lǐng)先的新元素研究利器之一。
為早日實現(xiàn)合成新元素的科學(xué)目標(biāo),中國新一代技術(shù)指標(biāo)更強的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——強流重離子加速器也正在廣東惠州緊鑼密鼓建設(shè)之中。該大科學(xué)裝置由近代物理所承擔(dān)建設(shè)和運行管理,預(yù)計2025年左右完工,建成后將提升束流強度,為新元素合成提供最佳束流條件。
與中國積極推進(jìn)新元素合成研究同步,當(dāng)前多個國家正建設(shè)相關(guān)大科學(xué)工程和工廠等,全世界的科學(xué)家都在為合成119號元素而努力,希望首先實現(xiàn)突破。
至于119號新元素合成研究目前處于什么狀態(tài)?是否已經(jīng)到了“臨門一腳”?孫志宇以科學(xué)家特有的嚴(yán)謹(jǐn)回應(yīng)稱,超重核研究處于突破的前夜,各國機(jī)遇平等,中外科研機(jī)構(gòu)和科學(xué)家們正在新元素合成的賽道上齊頭并進(jìn),希望不久的將來,能夠?qū)崿F(xiàn)合成119號元素的夢想。(完)