来自 科技之门 2019-10-04 00:54 的文章
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氪98原子核同不经常间存在两种形态,双重吸引力

原子核存在两种形状共存的现象。如A型的原子核在其中子数增加向B型变化时,一些原子核会同时呈现A型和B型,这种现象称为“形状共存”。不同形状同时存在是仅发生在原子核的量子现象,这种原子核较为稀少。形状共存对于观察原子核内部的对称性变化非常重要。发现和研究形状共存原子核是原子核研究的重要课题之一。

怎么做个新元素?

(绅士西格玛/译)制造超重元素的基本理论就是,将两个预先选择好的原子核结合到一起,让它们加起来正好能包含你所希望制造的超重元素质子数。比如说,为了制造含有115个质子的新元素“moscovium”,科学家们就把钙(20个质子)与镅(95个质子)结合到了一起。但是——可能你已经猜到了——实际过程可没那么简单。

图片 1杜布纳联合原子核研究所(俄罗斯)的科学家在同步加速器器前工作,这是捕获超重元素的关键设备之一。图片来自:Joint Institute for Nuclear Research

核聚变仅发生在极端条件下,例如在太阳的核心。为了让原子核结合,我们不得不克服原子核之间因为带正电的质子而产生的静电斥力。在实验室中,这意味着我们要让其中一个原子核加速到相当高的能量(大约10%的光速),然后让它轰击另一个原子核(靶原子核)。

当加速过的原子核撞击靶原子核,大多数时候它们会立刻分开,但极少数时候(非常,非常偶尔),两个原子核会聚合到一起。这是个小概率事件,而且要造的元素越大,融合起来越困难。

这是因为,能对抗电磁力、将原子核里的质子和中子拉到一起的力(强核力)虽然强大,但它的作用距离却很短。你尝试塞进一个原子核的质子和中子越多,就越有可能是电磁力的排斥作用胜出,使得原子核被撕裂。

科学家尝试变换各种“子弹”和“靶子”原子的组合,并对它们进行连续好几个月的融合试验,但最终能检测到的新元素往往只有寥寥数个原子——假如确实有的话。

即使碰撞创造出了新元素,它通常也非常不稳定,一瞬间就会裂变。富含中子的起始同位素能够阻止这一进程的发生。它们能够帮助稳定新生成的元素,让原子核通过中子发射的方式散发能量。

图片 2

之前的研究表明,在中子数达到60时,质子数38的锶与质子数40的锆原子核的形状发生剧烈变化,但质子数为36的氪原子核未出现明显变化。此次,研究小组利用RIBF观察中子数超过60的氪98和氪100原子核,通过将观测伽马射线获得的原子核激发态能级与理论计算进行对比,他们发现,氪98原子核中有长椭球形和扁椭球形混合共存的现象。

我们能造出更稳定的元素吗?

大多数超重元素非常不稳定,科学家们连造出能坚持几分钟的超重元素都不太可能。不过自从1960年代开始,科学家们就预测,一些超重元素同位素会有比其他同类大出好几个数量级的半衰期,这就是所谓的“稳定岛”。

科学家认为,原子核也像核外的电子一样,由不同能级的“壳层”组成。特定数量的质子和中子将形成一个特别稳定的原子核,这样的特定数目被称为“幻数”。一个同时拥有幻数质子和幻数中子的原子核就是“双幻核”。

图片 3与其他设备相比,检测器是个头较小的部分。

究竟都有哪些数字是“幻数”?现在对此所知还不是很多,不同的计算方式会得出不同的结果。不过,有证据表明184是一个中子的幻数。正在研究114号元素

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