高速粒子對撞產生新元素的機制是什麼?

時間 2021-06-03 13:58:33

1樓:

.........淚流滿面.....

在知乎上關注核物理這麼久終於看到乙個專業內的問題了....

這要是不答我對不起老師對不起同學對不起我自己.....

冷靜冷靜冷靜....認真回答題主的問題。

題主背過元素週期表吧:一氫二氦三鋰四鈹五硼六碳.....題主應該知道,每種原子都有乙個特定的序數,比方說鈾是92號元素,碳元素是第六號元素等等。那麼這個原子序數是由什麼決定的?

從核物理的角度講,是由原子核的內的質子數決定的。鈾元素的原子核內有92個質子,所以它的原子序數就是92。

知道了這一點,那就簡單了,只要改變原子核內的質子個數,就可以把一種元素變成另一種元素,比方說α衰變或者β衰變之類的核衰變,都會改變原子核的質子數,從而把一種元素變成另外一種元素。

人工合成新元素也是同乙個道理,其核心思想就是改變原子核內的質子數從而生成新的元素。比方說,用中子束流照射一種原子核,束流中的中子可能就會與原子核發生核反應,形成乙個新的復合核。雖然這只改變了中子數,並未改變質子數,但別忘了,我們有β衰變。

新形成的原子核有時會因為β衰變而減少乙個中子增加乙個質子,從而改變了自身的質子數,變成另一種元素,這種反應機制,就是中子俘獲。

利用這種機制我們已經可以合成一些新元素了,但是它也有它的缺陷:一次β衰變只能增加或減少乙個質子,自然界中存在的原子序數最大的元素是94號元素鈽,採用這種方法只能生成95號元素,如果我想合成113號元素怎麼辦?中子俘獲法就不頂用了。

那缺啥補啥唄,不是缺質子嗎,94+19=113,找一種元素有19個質子,讓它和鈽發生核反應,生成的原子核不就有113個質子了嗎?

查元素週期表,第19號元素是鉀,弄一些鉀,讓它變成離子再用加速器加速撞擊鈽原子核,不就可以生成113號元素了嗎?

科學家們的思路與此類似,不過上面只是紙上談兵,現實中的實驗要考慮很多實際問題,最簡單的:鈽在自然界中的含量極其微小,要想用鈽實驗就得人工合成鈽,這就得花錢了。另一方面,原子核反應的發生是乙個機率的問題,有的反應發生機率大,有的反應發生機率小,我花大價錢合成了鈽並在實驗中使用了它,結果因為反應機率太小沒能成功合成新元素,那不就虧本了嗎?

在考慮了各種因素之後,從2023年9月開始,日本理化所的科學家們決定使用鋅+鉍的方案來合成新元素,請注意,鋅是30號元素,鉍是83號元素,兩者之和正好是113。經過長達79天的試驗後,他們終於在實驗中看到了乙個疑似113號元素事例。之後就是漫長的等待,因為還需要更多的實驗來進一步驗證他們的結果。

在經過了長達10年的等待後,科學家們終於確認,RIKEN的科學家們在2023年確實合成了113號元素。來之不易的榮譽啊。

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