由于星体的成长而形成的元素
我们周围的物质都是由元素组成的。既有像金和银那样仅由一种元素形成的物质，也有像盐和水那样由两种元素化合而成的物质。此外，还有像岩石那样由几种元素化合或混合而成的物质。地球上的物质多得不可胜数，但形成这些物质的元素种类，却还不到100种。那么，构成物质的基础——元素又是在哪里，以什么方式形成的呢？
大家知道，物质是原子的集合体。因此，元素的区别在于原子各不相同。原子是由带负电荷的电子环绕着带正电荷的原子核而组成的，而原子核又是由带正电荷的质子（氢原子核）和不带电荷的中子紧密结合而成的。质子数Z与环绕着原子核的电子数相等，称为原子序数。元素的种类由Z所决定。此外，Z与中子数N的和叫做质量数A。有的原子核，虽然Z相同，但A并不相同，这就是同位素。原子质量的99.9%以上，就是原子核的质量，但是，由于同位素的存在，在相同的元素中也会混入重量不同的原子。例如，在氢中含有A为1的氢、A为2的氘以及A为3的氚。其中，天然存在的是氢和氘。
因此，探索元素的诞生，也就是了解原子核的形成的过程。大约在150亿年前，与“大爆炸”同时诞生的宇宙，纯粹是能量的集团。一般认为，在日益膨胀的这个集团中，不久就产生了基本粒子，一秒钟以后就形成了质子、中子和电子。继续膨胀的这些气体，不久就局部地聚集而成星体。
最初，由氢形成的星体释放出能量而收缩，然后中心部分的温度上升，氢“燃烧”起来（核聚变），进而形成了氦。中心部分的氢一消失，能量的供应也随之减少，星体再度收缩，中心部分的温度又上升。这一次，氦也开始燃烧起来，从而生成了碳和氧等物质。这样，在星体的内部，核聚变反应屡次产生，并且供给能量而构成重元素。
但是，这样生成的元素是到铁为止的。因为A在60左右时的原子核最为稳定，在达到这一质量以前，原子核一发生聚变就能够释放出能量，但是，如果比这一质量更重，而且没有从外界获得能量，就不可能进行聚变而形成新的原子核。
不过，在宇宙中，也可以采用其他方法形成原子核。由于在星体中还产生了许多中子，所以原子核可以吸收这些中子而变得重起来。如果原子核吸收的中子过多，就会放射出β射线（电子），发生β衰变，使中子变成质子。每当减少一个中子，就会增力一个质子。当中子发生量少的时候，就在吸收中子 - β衰变 - 吸收中子的过程中形成重原子核。另—方面，如果中子发生量非常多，就会继续吸收中子。前者称为S过程，后者称为γ过程。在S过程中可以形成铋以前的元素。而在γ过程中还可以形成更重的原子核。一般认为，γ过程是在原子弹爆炸和超新星体爆炸的时候发生的。
幻数元素中稳定的同位素
如果把元素按原子序数进行排列，就会发现在某一周期中性质极其相似的元素。这称为元素周期律，据此排列的元素表就是周期表。周期表是探求未知元素的指南。这就是说，应用周期表可以推测未知元素的性质，以便确定怎样进行研究才好。
由周期表可知，从氢到铀的所有元素都是在自然界中发现的。虽然大部分元素始终保持不变，但随着时间的推移，也有一部分元素会变成其他元素。这是因为，这种原子核发出放射线而变成其他种类的原子核。无论哪一种元素，都可以采用人工方法形成放射性的同位素。
在放射性同位素所发出的放射线中，有α射线（氦原子核）、β射线和α射线（电磁波），也有在自发的核裂变中产生的中子。在发出α射线时，这个原子核的Z就减少2，A减少4。这称为α衰变。大部分很重的元素会引起α衰变或自发性核裂变，从而变成更轻的元素，其理由如下：
虽然质子和中子相互之间都受到强大的引力（核力）的作用，结合而成原子核，但是，在各个质子之间还有电的斥力在发生作用。假设在原子核中存在如同液滴那样的表面张力，并使表面缩小。而且，中子数和质子数的差（N - Z）越小，就越稳定。一般地说，在Z较大的原子核中，为了减少质子之间的斥力，由于N比Z大，所以表面和（N - Z）变大。因此，整个原子核变得不稳定，从而引起了α衰变和自发性核裂变。
在星体中生成元素的情况下，通过S过程只能形成铋，这是因为吸收中子而形成重原子核以前就导致了α衰变。反之，在γ过程中，由于大量吸收中子，一下子就能形成重的原子核，所以在这过程中没有变成轻元素，而是形成了超重元素。
那么，元素能够存在到怎样的限度呢？在γ过程中生成的重原子核，不能说马上也会变成其他原子核。即使不久就会发生衰变，也需要相当长的半衰期，并形成比周围的物质更为稳定的原子核。
那么，元素能够存在到怎样的限度呢？在γ过程中生成的重原子核，不能说马上也会变成其他原子核。即使不久就会发生衰变，也需要相当长的半衰期，并形成比周围的物质更为稳定的原子核。
如果原子核的Z和N数是特殊的，那么，这个原子核就特别稳定。这也可以说是原子核的周期律，这些数字是2、8、20、28、50、82、126等等，称为幻数。在Z是幻数的元素时，稳定的同位素比其他元素更多。即使是超重原子核，如果Z和N为幻数，半衰期也会变得很长，这就可能作为超重元素而被发现。
因此，从各方面反复地进行理论研究，弄清楚原子序数为114.126.164的原子核是比较稳定的。如果这种推论是正确的，就可以把在某处存在着的第164号附近的元素，看作最重的元素。但是，目前许多人认为，确认第114号或第126号元素是先决条件。此外，星体进化的结果是，内部的能量停止产生了，重力所引起的凝集正在发展。如果星体大，这种凝缩就会开始破坏星体中的原子核，而且会引起这种反应：电子被质子所吸收而变成中子。结果，在星体内部就会出现和原子核中相同的中子密集的状态。这就是中子星，也可以说是巨大的原子核。
不是天然发现的超重元素
天然产生的最重元素是铀。但是，在宇宙中肯定可以形成更重的元素。人们正在一些地方进行“探宝”，以便发现超重元素。另外，如果在星体中能够生成更重的元素，那么，在地球上也许可以生产出来，使用加速器制造超重元素的尝试正在继续进行。
铀是天然产生的。在铀中占99.7%的同位素铀238（A=238）约有45亿年的半衰期。这一数字与地球的年龄大致相等。这意味着，地球生成时存在的铀238的数量，大约有一半至今还存在着。同样，因为在铀中含有75%的铀235的半衰期是7亿年，所以地球诞生时约有64分之一的铀235还残存着。比铀更重的元素也是放射性元素，半衰期大概长达好几亿年（事实上，按某种理论计算，第114号元素的半衰期是10亿年），大概在地球的某处存在着。关于在哪里探查的问题，可以使用周期律表从化学性质方面来解决。第114号元素类似于铅（学名为重铅），第126号元素类似于锕系元素。第164号元素是和第114号元素相同系列的。
因此，在铅和含铅的矿石中，也许含有重铅。人们正在应用化学处理以及测定超重元素引起自发性核裂变时发出的中子等手段探求重铅，但目前还没有发现。如果是半衰期为10亿年的元素，在1克中含有10-13（10兆分之1）一一10-14（100兆分之一）的分量，据说用上述方法就可以检测出来。
如果在超新星体爆炸等过程中形成超重元素，那么，也许可能由陨石把这种元素运载到地球上来。因此，人们还对陨石进行同样的分析，但是目前还没有发现存在超重元素的征兆。
至于超重元素的半衰期，曾进行各种计算，有人认为，其数值是10万年左右。因此，在自然界中之所以尚未发现超重元素，也许是由于它的半衰期太短，因此全都变成了轻元素。
剩下的办法是采用人工方法进行生产的尝试。在宇宙中，主要是通过吸收多重中子来形成超重元素的。因此，中子的强度必须比普通的原子炉大10兆倍。在地球上，是不能形成这样强有力的中子源的。那么，怎么办才好呢？
用加速器制造超重元素
我们知道，过去是使用加速器，把各种离子加速到高能级，使原子核发生碰撞，以便制造新的原子核。如果人工地使两个原子核碰撞和聚变，就可以形成更重的原子核。最先用这种方法合成出比铀更重的元素是美国加利福尼亚大学的西博格等人。
第93号元素镎、第94号元素钚，可以通过用中子照射铀的方法来构成，但是，第95号元素镅、第96号元素锔、第97号元素锫和第98号元素锎，都是用巴克莱研究所的回旋加速器制成的，第99号元素锿和第100号元素镄是用强中子照射铀时在生成物中发现的。第101号元素钔、第102号元素诺和第103号元素铹也是用加速器制成的。
据报告，锘是首先由瑞典诺贝尔研究所合成而获得成功的。其后，发现这种实验中有错误，后来，巴克莱研究所和苏联的原子核研究所分别成功地制成了锘。第103号以前的元素名称，都得到国际原子量委员会的承认。后来，苏联原子研究所公布说，他们成功地合成了第104号元素、第105号元素和第107号元素。他们采用的方法是使钛和铬等的离子加速而与秘碰撞，使这两种原子发生聚变，进而制成更大的原子核。最近，西德的重离子加速器研究所（GSI）公布说，它成功地合成出第107号元素和第109号元素。其方法用重离子线型加速器分别使铬（z=24）和铁（z=26）的离子分别与铋（z=83）的原子核碰撞。这时，要尽可能使碰撞变慢，这样就可以使铬和铋，铁和铋分别形成整体，构成Z为107和Z为109的原子核。在这种原子核反应中，放出一个中子。这样生成的超重元素的原子核，就可以用速度分离器从同时生成的其他许多元素中分离出来，通过测量α衰变中发出的α射线，确认新元素的存在。此外，还有使铀与铀碰撞的尝试，但还不能确认能够形成超重元素的原子核。
（《科学朝日》，1983年1月号）