俄羅斯與比利時(shí)物理(lǐ)學家合作(zuò)觀測超重原子核結構
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發布時(shí)間:2017-03-20
俄羅斯與歐洲的物理(lǐ)學家借助重型激光炮觀測超重核,首次接觸到(dào)超重核的物理(lǐ)屬性。超重元素在自(zì)然狀态中并不存在,人工(gōng)合成的數量也(yě)極少,而且超重元素原子核極易崩解,存在時(shí)間往往隻有十分之一秒,因此人類對(duì)其結構了(le)解極其有限。
近年來(lái),核物理(lǐ)學家合成出數十個無法在自(zì)然狀态下(xià)存在、具有超高(gāo)原子量的新元素,其中許多是在俄羅斯科學院杜布納聯合核子研究所内完成的,114号元素flerovium(Fl)和(hé)118号元素oganesson(Og)就以俄羅斯科學家命名的,105号元素則以杜布納命名,115号元素以莫斯科州命名。
俄羅斯科學家合成新元素時(shí)發現(xiàn)了(le)“穩定島”,觀測到(dào)位于門(mén)捷列夫元素周期表原子質量和(hé)序數特殊區(qū)域的元素不會(huì)輕易發生衰變。科學家們推測有超重元素存在,它們能(néng)夠保持穩定狀态數天以至數百萬年。目前人類還沒有掌握超重元素原子核的結構以及質子和(hé)中子的排列規律,對(duì)“穩定島”的認識仍處于黑暗中的摸索階段,通過了(le)解新元素來(lái)研究它們的物理(lǐ)化學屬性。
比利時(shí)科學家與莫斯科大(dà)學、聖彼得堡核物理(lǐ)研究所的同行們找到(dào)一種方法,用(yòng)超強功率激光器和(hé)類似噴氣發動機的特殊裝置在合成出超重元素瞬間透視(shì)原子核。超重元素原子可驅動發動機,将它們與惰性氣體混合,壓縮成窄的氣體束,以超過聲音(yīn)的速度穿過激光束照射的暗箱,激光束擊中原子分離出電子後,原子會(huì)變成更易操控及更易響應激光束焙燒的離子,在光和(hé)原子的相互作(zuò)用(yòng)下(xià),光譜上(shàng)會(huì)呈現(xiàn)出原子核内部的結構信息,從(cóng)而使得人們能(néng)夠窺探原子核内部的秘密。
科學家們利用(yòng)無法在自(zì)然狀态中存在的兩種同位素錒214和(hé)錒215,在穩定的銅原子63上(shàng)進行檢驗,試圖揭示元素周期表中錒89的原子結構特性,發現(xiàn)這(zhè)兩種同位素存在的時(shí)間極短,第一個衰變期是8秒,另一個隻有0.17秒。
實驗證明(míng)是成功的,用(yòng)激光轟擊方法獲得的結論與1950年和(hé)1960年合成出同位素錒及研究所得的數據吻合,借助電腦(nǎo)運算(suàn)也(yě)進一步證實了(le)對(duì)錒214和(hé)錒215原子結構特性的描述。
類似設備對(duì)研究重元素、搜尋“穩定島”以及解答(dá)困擾物理(lǐ)和(hé)化學界“門(mén)捷列夫元素周期表終點在哪裏”的難題都有幫助。目前這(zhè)種方法可适用(yòng)至105号元素,如果進一步提高(gāo)原子運動速度,适用(yòng)範圍還會(huì)提高(gāo)。