科学家们通过使用钛-50束成功制造出超重元素116，取得了突破性进展，标志着向可能创造出最重的元素120迈出了重要一步。
能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员在识别118种已知元素中的16种中发挥了重要作用。如今，他们已完成了一项关键初步步骤，这可能导致元素120的创造。
今天，由伯克利实验室重元素组领导的国际研究团队宣布，成功使用钛束创造出超重元素116。这一成就报告于2024年核结构会议，标志着在生产元素120之路上的关键进展。研究结果将很快发布在《物理评论快报》期刊，并在arXiv在线库中发布。
该团队在88英寸回旋加速器的22天运行中，成功生成了两个元素116的原子，命名为利弗莫里。虽然创造元素120将是一项更为非凡的成就，因为其稀有性，但团队在元素116上的进展为未来几年的元素120创造奠定了基础。
如果合成元素120，它将成为已知最重的原子，位于周期表第八行，接近“稳定岛”。该岛是指一组具有独特特性的超重元素的理论集群。与之前发现的迅速解体的超重元素不同，元素120如果具有适当的质子和中子平衡，可能会表现出增强的稳定性，从而为扩展研究机会提供可能。探索这些极端元素为原子行为提供了有价值的见解，验证核物理模型，并揭示原子核的边界。
制造超重元素
创造超重元素的过程涉及碰撞两个较轻的元素，以产生具有所需数量质子的原子。尽管这一概念在理论上看起来简单，但实际执行非常复杂。原子的融合可能需要大量的相互作用，并且在选择用于粒子束或靶材的元素方面有所限制。
科学家们仔细选择适合的同位素作为束和靶材，选择质子数相同，但中子数不同的元素变体。合适同位素的选择对于实验的成功至关重要。例如，为了瞄准元素120，研究人员必须使用由22个质子组成的钛原子束，而不是传统选择的20个质子的钙-48。
88英寸回旋加速器的专家采用的创新方法涉及确认长时间生产高强度钛-50束的成功，以合成元素116—到目前为止在伯克利实验室创造的最重的元素。
此前，元素114至118仅使用具有特殊“魔法”配置的钙-48束生成，这种配置有利于有效与靶核融合。在科学界，使用“非魔法”钛-50束成功创造稳定岛附近的超重元素曾是一个猜测。
使用钛束成功生产元素116的成就展示了这一生产方法的有效性，并为追求合成元素120建立了道路。这些努力与核科学咨询委员会2023年核科学长期计划中概述的愿景相一致。
工程成就
生成强烈的钛同位素束涉及重大技术挑战。复杂的过程始于在高温炉中气化一种特殊的钛-50同位素，这是一种自然钛的小部分稀有形式。随后步骤涉及在VENUS中进行电离过程，VENUS是一个先进的离子源，配备超导磁体，旨在限制等离子体并操控带电的钛离子。
生产高电流钛束需要细致的规划，以对抗由于钛与各种气体反应所引发的潜在稳定性问题。团队创新的感应炉技术，保持长时间的恒定温度，确保钛原子的稳定输出，指向VENUS中的等离子体。
精心调校的钛束，每秒约产生6万亿个离子，与靶材料（元素116的钚和元素120的加利福尼亚）相互作用，导致核聚变。对束的能量水平的精确控制对于促进成功融合而不引发靶核的过度干扰至关重要。
在合成超重元素之后，伯克利填气分离器中的专用探测器，如SHREC（超重重排探测器）被用于捕捉有关能量释放、粒子位置和衰变过程的重要数据。这些探测器在核对元素116及其后续衰变产物的创造方面发挥了关键作用。
在88英寸回旋加速器，开始创建元素120的准备工作正在进行，包括奥克里奇国家实验室的合作者配置加利福尼亚-249靶材。随着实验设置的成熟，研究人员预计在2025年开始这一雄心勃勃的工作。
探索原子结构和周期表的边界仍是科学探究的驱动力。尽管迄今发现的超重元素的短暂特性，追求元素120在推动我们对核物理的理解和揭示这些稀有元素的潜在应用方面仍然具有前景。
这一突破性研究的合作涵盖了多个机构的贡献，包括伯克利实验室、隆德大学、阿贡国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、圣何塞州立大学、斯特拉斯堡大学、利物浦大学、俄勒冈州立大学、德克萨斯A&M大学、加州大学伯克利分校、奥克里奇国家实验室、曼彻斯特大学、苏黎世联邦理工大学和保罗谢尔国际研究所。
