科学家解开氢弹元素：发现了“爱因斯坦”的秘-核科学与工程

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科学家解开氢弹元素：发现了“爱因斯坦”的秘

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爆炸彻底蒸发了埃尼威托克环礁，并产生了3英里(约4.8公里)宽的蘑菇云。穿着防护服的工作人员从邻近的岛屿收集放射性尘埃材料，并将其送回加州的伯克利实验室(现在的劳伦斯伯克利国家实验室)进行分析。在那里，由美国核物理学家阿伯特·吉奥索（Albert Ghiorso）领导的曼哈顿计划研究小组仅分离出一个包含99个质子和99个电子的全新元素的200个原子。

格莱赫说：“当元素达到一定大小时，原子核变得非常大，以至于它会解体，它会释放出中子或质子和电子，然后衰变为较低的元素态。”

随着放射性元素的衰变，它们会释放出一系列亚原子粒子，这些亚原子粒子以阿尔法粒子、贝塔粒子、伽马射线和其他辐射的形式出现。一些类型的辐射相对无害，而另一些则会对人体细胞和DNA造成损害。

在元素周期表上，“爱因斯坦”与其他非常重的放射性元素，如锎和锫一起，占据了第99号原子。一些放射性元素，特别是铀，在地壳中有相当数量的存在(为百万分之2.8，地下的铀比金子还多)。但即使是更重的元素，包括“爱因斯坦”，也只能通过爆炸氢弹或在反应堆中撞击亚原子粒子来人为制造。

大而不稳定

在实验室(这里的实验室指的是高度专业化的核反应堆)中合成像“爱因斯坦”这样的重放射性元素的困难之一是，大型元素开始迅速衰变。

1952年11月1日，一队为美国军方工作的美国科学家打开了一个代号为“艾薇·迈克”（Ivy Mike）的奇怪的三层建筑的开关。这是世界上第一颗氢弹，一种新型核武器，其威力是投在日本的原子弹的700倍。

这就是为什么最近一个科学家团队成功地保存了一个短命的“爱因斯坦”样本，有足够时间来测量这种超稀有元素的一些化学性质，这项研究成果在化学界引起了众多化学家的兴奋。

格莱赫说：“当你创造出越来越大的元素和同位素时，让它们存在足够长的时间，来观察它们就变得越来越困难。”

由劳伦斯伯克利国家实验室的丽贝卡·阿伯格尔(Rebecca Arbergel)领导的科学家们耐心地等待着田纳西州橡树岭国家实验室生产的一小份锿-254样品。该样本的重量为250毫微克或2500亿分之一克，半衰期为276天。2020年COVID-19（新冠肺炎）大流行爆发时，这项研究被搁置了数月，在此期间，每30天就有7%的样本退化。

小规模的重大突破

是什么使一种元素具有放射性？约瑟夫·格莱赫（Joseph Glajch）解释道：“在元素周期表底部的锿和它的邻居们的例子中，关键在于它们原子的大小。”他是一个药学化学家，广泛研究用于医学成像的其他放射性元素。

但同位素不会永远存在。它们各自都有不同的“半衰期”，即物质一半衰变为新同位素或更低元素的估计时间。锿-253的半衰期只有20.5天。另一方面，铀238是自然界中最常见的铀同位素，其半衰期为44.6亿年。

伯克利实验室的科学家(左起)詹妮弗·沃科（Jennifer Wacker）、莱蒂西亚·阿诺德-桑切斯（Leticia Arnedo-Sanchez）、可瑞依·卡特（Korey Carter）和凯瑟琳·希尔德（Katherine Shield）在Rebecca Abergel化学实验室的通风柜下研究放射性的“爱因斯坦”样品。

这次核试验发生在南太平洋马绍尔群岛一个名叫埃尼威托克的小环礁上。当艾薇·迈克被引爆时，它释放了1040万吨的爆炸威力，大约相当于1040万支TNT炸药。相比之下，投在广岛的原子弹只产生了1.5万吨(1.5万根TNT炸药)。

短暂的“保质期”

1955年，研究人员向全世界宣布了他们首次发现了锿元素（Es），并以他们的科学英雄“爱因斯坦”的名字为其命名。

阿伯格尔的突破来自于一个分子“爪”的创造，它可以将一个单个的锿-254原子固定在适当的位置，足够长时间来测量诸如分子键的长度和它发出光的波长等东西。这两种测量方法对于理解“爱因斯坦”和它的重表兄弟如何可能被用于癌症治疗等方面至关重要。

随着放射性元素的衰变，它们也会形成不同的同位素，其原子量也不同。一种元素的原子量是通过将原子核中的中子数与质子数相加来计算的。例如，1952年在南太平洋收集到的“爱因斯坦”是一种叫做锿-253的同位素，它有99个质子和154个中子。

文章来源：《核科学与工程》网址: http://www.hkxygc.cn/zonghexinwen/2022/0526/376.html