由橡树岭国家实验室制作
在ORNL生产的目标材料的帮助下，已经发现了九种超重元素
一些科学家认为元素周期表可能延伸到原子序数153的元素
信用:杰米·贾尼加/ ORNL，美国
S
处
能源之王 这是元素——科学家们一致认为元素周期表是不完整的
当涉及到揭示元素周期表中尚未被发现的部分时，能源部橡树岭国家实验室正在做一些繁重的工作
独特的设备、拥有特殊技能和专业知识的人员以及传奇的历史相结合，使得实验室在超重元素发现方面处于领先地位
但是我们为什么要关心元素周期表的扩展呢？ 理解原子 科学家为什么想要发现新元素，这比他们是如何做到的更容易解释
提示:这都是关于原子的
“当全世界的科学家都在探索元素周期表时，其实是在探索核物理:原子是由什么组成的？”ORNL放射性同位素科学技术部目标设计、分析和鉴定小组组长核工程师苏珊·霍格说
“我们可以预测元素周期表中大多数元素的化学行为，但在周期表的某些区域，我们无法预测其行为
" 从新元素的发现中，科学家了解了更多关于现有元素的信息——具体来说，它们在元素周期表中的位置是否正确？元素是根据它们的原子序数——原子核中质子的数量——放在桌子上的
科学家推断，这个数字决定了一种元素的化学性质
目前的元素周期表假设具有相同化学性质的元素被组合在一起；因此，您可以通过元素在表的“周期”中的位置来确定元素的属性
" 霍格尔说:“一旦我们超越了目前发现的元素周期表的部分，我们就不确定这些元素的化学行为会是什么。”
“如果我们能发现这一点，这将有助于我们理解这些元素为什么以某种方式表现
关于原子的基本性质，这告诉了我们什么？" 新的、更重的元素的发现不仅会改变桌子的外观，而且有一天会改变元素在桌子上的排列方式
“现在，这张桌子看起来又漂亮又完整，”核工程师朱莉·伊佐德说，她是ORNL放射性同位素生产和运营部门的负责人
“但下一步是当我们开始能够进行化学反应，真正了解从化学角度来看，一切是否都在它应该在的地方
超重元素的化学成分真的和那些柱子里的化学成分一样吗？对我来说，了解这个问题的答案会很有意思
" 伊佐德是2010年帮助发现117号元素的ORNL团队成员之一，该元素因ORNL、田纳西大学和范德比尔特大学的角色而得名
最近发现的元素，它现在是元素周期表中第二重的元素，仅次于2002年发现的奥加内森，并以俄罗斯核物理学家尤里·奥加内森的名字命名，他领导了118号元素和其他元素的发现
这两种元素都可能属于“稳定岛”，这是元素周期表的理论部分，可以解释为什么一些超重元素更稳定，而83号元素以外的其他已知元素铋的稳定性下降
新元素的发现可以证实稳定岛的存在
在元素周期表上，这些超重元素，也被称为反式锕系元素，紧跟着锕系元素——从89到103的15种金属化学元素，它们具有放射性，在衰变时释放能量
核物理学家格伦·西博格对锕系元素进行了分组和命名，他认为元素周期表可能高达原子序数153的元素
铀和钍是最早发现的锕系元素，也是地球上最丰富的元素，最初用于核武器和核反应堆
如今，它们和其他锕系元素——也包括锕、钚和镎——在能源、医学、国家安全、太空探索和研究中发挥着不同的作用
对于某些锕系元素来说，ORNL是世界上唯一制造它们的地方
只在ORNL ORNL的锕系元素生产使得该实验室在寻找超级英雄中至关重要
现在，ORNL和其他美国
S
各机构正与日本最大的综合研究机构Riken和俄罗斯杜布纳的国际联合核研究所合作，开展寻找119和120号元素的联合实验项目
美国能源部同位素计划资助ORNL生产这些锕系元素，并将它们贡献给国际超重元素团体，以促进科学发展
埃佐德说:“我们只是世界上两个能够制造锕系元素目标材料的地方之一，而这些材料是进行超重元素发现所必需的。”
“为了实现这些发现，需要国际合作
一个组织、一个国家目前无法单独做到这些
" 曾经，科学家在自然界中寻找新元素
如今，通过将较重的元素放在目标上，然后使用束流加速器以每秒万亿次或更多的速度向目标发射较轻元素的射弹，在实验室中创造了新的元素
把两种元素之间的质子数加在一起，总数可能是一种新元素的数量
它可能只出现几分之一秒，但科学家可以观察到它衰变为什么，并反过来验证它的存在
但是获得创造新元素所需的元素并不容易
它们稀有、昂贵且具有高度放射性，半衰期短
制造它们的过程需要几个月的辐照、衰变、副产品分离和纯化，所有这些都是由一个经验丰富的团队在专门为处理高放射性材料而建造的独特设施中完成的
所有这些努力只产生了很小的一部分——但足以让一个目标进入光束之下
霍格说:“有了放射化学工程开发中心，我们就有了物理处理这些物质的设施，这些物质会释放出大量辐射。”
“几十年来，我们一直与核物理界紧密合作
自2000年以来，ORNL为每一个超重元素的发现提供了材料:元素114到118
" 霍格说，新发现元素的同位素半衰期如此之短——有时只存在几分之一秒——以至于它们还没有任何实际用途
她说:“但就他们能教给我们的核物理知识而言，有数不清的好处。”
“这真的是一个巨大的未知数
" 它们短暂的半衰期并不意味着它们永远不会有用
以镅为例
当它在1944年被发现时，短暂的半衰期似乎排除了任何效用
它花了几十年的时间来利用它最著名的用途之一:最常见的家用烟雾探测器
“锕系元素在元素周期表中是独一无二的，”化学家萨姆·施瑞尔说，他在ORNL的放射科学和技术部门专门从事锕系元素的研究和开发
“它们的化学成分丰富但不可预测，这使得它们的研究非常有趣
发现这些元素有多有用，无论是医疗应用还是国家安全，都是令人兴奋的
" 着眼于未来 在ORNL进行的一些研究包括制造能够更好地承受元素周期表中原子序数较高的较重元素(如钛、钒和铬)轰击的靶
光束越重，它在目标上就越硬，两种元素融合形成新元素的概率就越低
实验室的另一个重点是寻找制造大量需求同位素的方法——例如，用于启动核反应堆的锎-252
“Cf-252是一个很好的中子源，因为它的半衰期很短，但它的数量并不多，”ORNL放射化学家谢莉·凡斯莱夫说
“幸运的是，与其他放射性元素相比，制造相同放射源所需的Cf-252材料更少
Cf-252释放出大量中子衰变，与α粒子相比，中子更难屏蔽
我们在REDC有能力——高温细胞和较小的洞穴——我们可以大量使用它
" VanCleve的工作在处理遗留的Cf-252源方面发挥了作用，在这些源中，大部分Cf-252已经衰变为锔-248
她的团队将长寿的锎和锔子向内生长分离出来，用于制造靶
那些长寿的锎靶被用于超重元素研究
凡斯莱夫说:“这里生产的材料非常纯净。”
“它经历了太多不同的分离
客户非常欣赏我们提供给他们的材料的质量
" VanCleve参与了用于发现tennessine的berkelium的最终纯化
她说:“这非常令人兴奋，但当你想到必须参与其中的所有不同的人时，就会感到羞愧。”
“我只扮演了很小的一部分
材料首先在热室中分离，然后被送到阿尔法实验室
在材料运离现场之前，我做了最后的清理工作
" 研究人员、热电池技术人员、分析化学家、ORNL高通量同位素反应堆(能源部科学办公室的一个用户设施)的操作员、保持反应堆和研究设施正常运行的工作人员，以及需要同位素进行改变世界的研究的客户，都会产生同位素
“一切皆有可能；重要的是它的好奇心，”VanCleve说
“这就是我们合作的客户的伟大之处:他们的好奇心，他们继续研究和继续前进的愿望
他们是非常热情的人，和他们一起工作很有趣
我知道每个客户都需要我们最好的质量来完成他们的研究，这也是我们努力提供的
" 霍格的团队正在HFIR研究生产同位素的新设计和新方法，希望为美国能源部同位素计划增加这些短寿命同位素的可用性，该计划管理同位素生产工作，通过国家同位素开发中心使同位素可用于研究和工业
她说:“我们的项目是在20世纪60-70年代开发的，生产锎，我们总是以同样的方式做事情。”
“这是一个惊人的故事，我们如何从一场武器运动中提取副产品，并将其转化为放射性同位素，在世界各地用于工业和研究目的
在50年的优秀传统中，我们学到了很多
让我兴奋的是，在以某种方式做了50年的事情后，我们可以突然彻底改变我们做这种生产活动的方式
" 霍格发现，一旦同位素离开ORNL，看看它们是如何被使用的是很有意义的
霍格说:“有时候当你是一名研究人员时，你会做大量的理论工作——你会做一个计算，这就是它停止的地方。”
“看到你所做的工作真的让你能看到一些实物，真的很令人兴奋
我们偶尔会收到海外和其他地方的人的来信，感谢我们向他们提供这些材料
能够支持别人的工作让你很开心
" 随着锕系元素产量的每一次提高，科学家们对它们的性质有了更多的了解
Schrell说:“继续了解锕系元素的基础科学，将有助于深入了解它们的医学应用、它们在环境中的行为，以及我们如何利用它们的独特性质来开发我们尚未发现的新应用。”
“ORNL的锕系元素科学有着悠久而丰富的历史，我们希望继续发扬光大
在ORNL，我们处于有利地位，可以开展跨部门的多学科锕系元素科学研究，以推进锕系元素科学，培养下一代科学家和工程师
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
