加速器猛烈地将铁离子投射到另一金属元素铋的薄层上,十天里,铋靶受到了十多亿个离子的撞击,于是突然间,在只有几分之一秒的时间内,出现了一些十分明确的信号,它标志着射到靶上的一个原子核已与另一个靶原子核合并了。
这种现象只出现过一次,那是在西德达姆拖塔特拥有称为Unilae加速器的GSI原子核实验室里,时间是8月29日下午4:10分。该实验室的研究人员认为他们观察到了一个新元素——第109号元素的诞生。GSI实验室的研究人员彼 · 阿姆布鲁斯特(P. Armbruster)对《科学新闻》杂志说:“我们要强调的是,这是我们自己对于一起重大事件的解释”。至于制成109号新元素这件事能否在科学界得到普遍地承认,他说:“还有待于观察。”
最近在英国剑桥举行的“中子及其应用:中子50周年纪念”的纪念会上及上星期在东兰辛密执安州大学举行的“关于核 - 核碰撞的国际会议”上都发表了他们的初步报告,这些报告已引起了一些积极的反响。曾与他人共同发现10种人造超铀元素——这些元素具有比铀高的原子序数(质子数)的伯克利加利福尼亚大学格伦 · 西博格(Glenn Seaborg)教授说:“我认为这件事是非常令人惊叹的,并且可能是正确的。”该大学的另一位研究人员阿 · 迦尔翰(A. Ghiorso)说:“我认为,它是很奇妙的,有百分之九十九的把握可以肯定阿姆布鲁斯特和他的同事们已经发现了一种新元素。我参加过12种新元素的合成,这是一种极妙的工作。我羡慕他们,如果它是由我做的,该有多好啊!”
这种创造新元素的迫切欲望,实际上起源于1869年。当时,俄国化学家门捷列夫提出可按特定的次序将当时已发现的元素排列起来,尽管这种排列秩序以后还要加以修正,但它为预言未知元素的性质提供了第一个模式。其后及至20世纪30年代,许多研究人员试验用某一种原子核去轰击另一种原子核来创生这些未知元素。终于在1940年合成了93号元素。由于在周期表中它正好列于92号元素铀的后面,就像海王星就在天王星外层一样,所以它被命名为镎(NP),以后科学家们又在此元素序列上添加了许多新的成员,如钚、镅、锔、锫等等。现在,105号以前的元素都已被确定了,第106号和107号元素也已合成,但这些新元素究竟是谁先创生的,尚有争议,所以至今未命名。
阿姆布鲁斯特和他的同事们跳过了108号元素而致力于109号元素的合成,因为他们知道后者较易“证实”。阿姆布鲁斯特解释道,在重元素产生之后,它们立即以下列二种方式之一进行裂解:自发分裂,或者靠发射一种X粒子发生衰变,它实质上是一个氢核即二个质子和二个中子。启发分裂发生衰变的重元素的创生难以证实,因为裂变产物的质量,电荷和原子量——为确切地鉴定厚子核反应的母产物所必需的信息——至今还难以测量。另一方面,测量X衰变期间所释放的能量则较简单,因这个能量的大小恰恰可以明确表明母复合物。由于普通的原子核知识让人们认为,108号元素应是自发分裂衰变,109号元素应是X衰变,所以阿姆布鲁斯特及其同事们选择的创生109号元素为研究课题。
他们用58铁元素轰击209铋元素(数字表示该元素原子核中质子和中子数的总和)。在10天的实验中,GSI实验室研究人员观察到在某种核反应产物形成后,释放出11,100,000电子伏特的α衰变,这种衰变仅仅存在了5毫秒,时间的滞后和释放的能量标志着可能生成了某个元素的周位素,它含有266个中子和质子换言之,阿辦布鲁斯特和他的同事们认为一个铁58原子的原子核与了个铋209原子核熔合生成了109 267,并且热熔合成的原子立即蒸发掉一个中子而形成元素109 266。
其后产生迅速的发射衰变过程,这个新元素发射一个X粒子形成107262。阿姆布鲁斯特及其同事们相信,不久以后,另一次α衰减将会使107 262裂解成105 258,然后产生一次β衰变(一带电的原子核粒子的释放),使105变为104,依次自发地分裂下去。阿姆布鲁斯特说:为创生该元素,调动了由11个研究人员组成的小组,花了10天时间进行轰击实验,而仅在几秒内该元素就消逝了。
继109号元素明显合成之后,阿姆布鲁斯特和同事们现在又在考虑研究超重元素了。它们是一些具有核粒子总数在300左右或更大的元素,至今还未发现。阿姆布鲁斯特和他的GSI的研究者们这星期正与迦尔翰、西博格及同事协作,开始用钙48轰击锔248,试图产生这样一个超重元素。尽管这种研究几乎没有直接的实际用途,但迦尔翰说:“它具有一种内在的魅力,让你不断研究下去”。
迦尔翰说:“它从未使我感到厌烦过。”
[Science News,19 S2年10月2日]