近日，在美国伊利诺伊州举行的“核结构2024”会议上，研究人员展示了一种制造超重元素——120号元素的新方法，这将是迄今为止最重的元素。

美国劳伦斯·伯克利国家实验室的研究人员7月23日宣布，他们首次利用钛束制造出一种已知的超重元素，即116号元素。在升级实验室的设备后，该团队计划使用类似的技术尝试制造120号元素。迄今为止，人类制造出的最重元素是于2002年首次合成的118号元素。

如果科学家成功合成119号和120号元素，元素周期表将增加第八行。图片来源：Dinendra Haria/SOPA Images/LightRocket via Getty

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日本理研西田加速器科学中心超重元素研究团队负责人Hiromitsu Haba表示，这项研究“真正具有开创性”。“事实证明，寻找118号元素以外的超重元素是一个巨大挑战。”他说，“实验数据将大大提高现有理论计算的准确性，并将极大推动人类发现119号和120号元素。”

超重元素在地球上不是自然存在的，但科学家认为它们可能会出现在恒星中。它们具有高放射性，通过核裂变迅速分解，几乎没有直接实际应用的前景。但通过制造新元素，科学家加深了对宇宙如何运行的理解，并填补了原子核行为及其极限的理论模型。

劳伦斯·伯克利国家实验室重元素团队负责人Jacklyn Gates说，化学家对下一组元素特别兴奋，因为它们将落在元素周期表新的一行。119号或120号元素将是第八个“周期”记录下的第一个元素。在这一行中，研究人员希望找到具有迄今未见过的电子构型或轨道的原子。

Gates表示，化学家对观察g轨道的潜力感到高兴，这将提供“一套全新的轨道来研究和探索化学”。

为了制造新元素，研究人员使用粒子加速器将离子束与固体靶中的原子碰撞，希望引发核反应，使原子核聚变，产生拥有更多质子和中子的元素。但现有的原材料正在失去动力。

最近发现的一组超重元素，即114号到118号元素，都是用钙-48束轰击由锕系元素构成的靶标而产生的。钙-48束有20个质子和28个中子。钙的这种同位素特别稳定，因此成为促进必要的核聚变反应的理想选择。

然而，钙只能把研究人员带到元素周期表的外围。研究人员试图用比钙-48束更重的光束，如钛和铬的同位素，制造超重元素。但出于某种原因，他们什么也没看到。

这次，研究人员选定了钛。为了确定钛-50束可以用来制造超重元素，Gates团队制造了鉝-290，这是一种以前只用钙束产生的同位素。

“钛束真的很难做出来。”Gates说，钛的熔点接近1700摄氏度，是钙的两倍多。“为了制造钛束，必须将它加热到足以让离子蒸发的程度，而且把它放在距离必须冷却到液氦温度的东西几英寸的地方。”

研究团队使用劳伦斯·伯克利国家实验室的88英寸回旋加速器设备加速钛束，并将其发射到钚制成的靶标上。

俄罗斯联合核子研究所弗雷洛夫核反应实验室负责人Yuri Oganessian表示，Gates团队提供的数据是“通往新元素的必经之路”。

2023年10月，联合核子研究所在一份新闻稿中表示，其科学家利用铬束和铀靶产生了一种以前从未见过的鉝同位素，这表明铬束可以制造出120号元素。Oganessian说，在将研究结果提交给期刊之前，研究团队正努力收集更多的数据。

Gates表示，团队下一步是用钛装置重复合成鉝，以缩小最佳实验参数。然后，研究人员计划与美国橡树岭国家实验室的科学家合作，产生一个锎靶用于实验，目的是制造120号元素。

Gates估计，一旦实验启动，研究人员将需要100至200天的运行时间，用钛束轰击锎，才能产生120号元素。实际上，这需要两到三年的时间。

“现在我们只能说，合成120号元素并非没有希望。”Oganessian估计这大约需要6年的连续运行时间，更多的预备实验将帮助科学家学会如何缩短这一时间。