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(gè)周期，其中，從1號(hào)氫元素到92號(hào)鈾元素，是自然界存在的元素，比鈾元素更重的元素從93號(hào)镎元素開始，都是通過(guò)人工方法合成的。其中，原子序數(shù)大于103號(hào)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(guò)，自2010年俄羅斯和美國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功合作合成117號(hào)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(shí)上新119號(hào)、開啟第八個(gè)周期？這一科學(xué)問(wèn)題在全世界備受關(guān)注與期待。
記者在中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所(簡(jiǎn)稱近代物理所)采訪獲悉，基于該所已穩(wěn)定運(yùn)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(guó)科學(xué)家現(xiàn)已具備與國(guó)際同行在新元素合成方面進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)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(lái)能圓夢(mèng)新元素合成，實(shí)現(xiàn)元素周期表上中國(guó)命名元素零的突破。
為什么要合成119號(hào)元素
科學(xué)家們?yōu)槭裁匆剿鳌⒑铣尚略兀拷锢硭L(zhǎng)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(duì)于現(xiàn)有科學(xué)理論是一個(gè)重要的檢驗(yàn)。基于這個(gè)科學(xué)探索研究過(guò)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(gè)非常重要的基礎(chǔ)。
近代物理所黨委書記、副所長(zhǎng)胡正國(guó)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(zhǎng)胡正國(guó)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(xiàng)研究工作，體現(xiàn)出科技強(qiáng)國(guó)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(lái)，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(duì)比較長(zhǎng)的原子核。如果在實(shí)驗(yàn)上能夠合成這些壽命比較長(zhǎng)的原子核，那么它未來(lái)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(gè)核心的科學(xué)目標(biāo)，去合成下一個(gè)新元素。
目前，全球科研實(shí)力較強(qiáng)的國(guó)家包括中國(guó)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(hào)這個(gè)新元素的誕生存在巨大挑戰(zhàn)，各國(guó)都有機(jī)會(huì)尋找到它，“花落誰(shuí)家”尚不可預(yù)計(jì)。
中國(guó)合成新元素有何基礎(chǔ)
中國(guó)已經(jīng)站到119號(hào)等新元素合成的賽道上，在這方面有何基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)積累？
近代物理所所長(zhǎng)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(guó)核素合成研究開展較晚，但在20世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)突破后，短短30年左右時(shí)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(guó)在新核素合成方面取得成功和突破，既為人類認(rèn)識(shí)核素做出貢獻(xiàn)，也為新元素合成積累經(jīng)驗(yàn)和奠定基礎(chǔ)。
與此同時(shí)，近代物理所長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(yàn)證性合成了115號(hào)元素，在理論及實(shí)驗(yàn)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(shuō)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(hào)及未來(lái)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(cè)。
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(lái)從114到118號(hào)元素合成的這個(gè)技術(shù)路線到119號(hào)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(hào)元素合成的這個(gè)實(shí)驗(yàn)。新方法、新技術(shù)路線需要實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)一步提升，而提高實(shí)驗(yàn)裝置束流強(qiáng)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(guó)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(wèn)題和國(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已于2023年1月獲批啟動(dòng)建設(shè)，原子核性質(zhì)研究及新元素合成是該實(shí)驗(yàn)室重要方向之一，重大任務(wù)包括119號(hào)等新元素合成。
同時(shí)，蘭州重離子加速器升級(jí)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(shí)驗(yàn)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(lái)，目前已穩(wěn)定運(yùn)行1萬(wàn)多個(gè)小時(shí)，已成為國(guó)際上技術(shù)領(lǐng)先的新元素研究利器之一。
為早日實(shí)現(xiàn)合成新元素的科學(xué)目標(biāo)，中國(guó)新一代技術(shù)指標(biāo)更強(qiáng)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——強(qiáng)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(yùn)行管理，預(yù)計(jì)2025年左右完工，建成后將提升束流強(qiáng)度，為新元素合成提供最佳束流條件。
與中國(guó)積極推進(jìn)新元素合成研究同步，當(dāng)前多個(gè)國(guó)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(hào)元素而努力，希望首先實(shí)現(xiàn)突破。
至于119號(hào)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(guó)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(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)合成119號(hào)元素的夢(mèng)想。(完)