元素合成的超级武器！看看人工合成元素的关键是什么→

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由中国科协科学技术传播中心出品，中央广播电视总台影视剧纪录片中心等单位联合制作播出的系列科学纪录片《打开宇宙之门》近期在 CCTV-9 上映。

本片聚焦一系列我国自主研发的大科学装置，对我国重大科技基础设施进行了科学解读，展示了我国重大科技基础设施建设所取得的成就及这些超级装备所孕育的重要科研成果。

让我们一起来看看有哪些大科学装置吧！

你知道宇宙世界是怎么组成的吗？构成我们身体的元素来自哪里？如何合成 119 号元素？

你相信吗？构成我们身体的元素，部分来自大约 138 亿年前的宇宙大爆炸，大爆炸瞬间产生了大量的氢、氦以及少量的锂元素。之后，随着恒星的出现，氢元素和氦元素在恒星内部通过原子核聚变生成了铁元素之前的所有元素。在之后的上百亿年中，通过中低质量恒星核燃烧、超新星爆炸和中子星合并形成了铁之后的其他元素。这所有的元素组成了我们色彩斑斓的宇宙世界。

但是，很多元素在宇宙中也许存在，地球上却未必能找到。事实上，我们熟知的元素周期表上 92 号铀之后的元素，都是由科学家人工合成的。

在中国西北的重要城市，兰州，卧藏着一条科技巨龙——兰州重离子加速器。它是元素合成的超级武器。

人工合成元素的关键是用一种元素的原子核作为“炮弹”来轰击另一种元素的原子核，当两个原子核发生熔合后，就产生了新的元素，新元素的质子数就是之前两种元素质子数之(zhī)和。比如，用原子序数为 5 的硼原子核轰击原子序数 98 的锎原子核，会得到 103 号元素铹。

目前人类发现或合成的元素共 118 种，科学家下一(yī)个(gè)目(mù)标(biāo)是(shì)合(hé)成(chéng) 119 号(hào)元(yuán)素(sù)。

中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)近(jìn)代(dài)物(wù)理(lǐ)研(yán)究(jiū)所(suǒ)研(yán)究(jiū)员(yuán)张(zhāng)志(zhì)远(yuǎn)说(shuō)，118 号(hào)元(yuán)素(sù)是(shì)用(yòng)钙(gài) 48 这(zhè)种(zhǒng)“炮(pào)弹(dàn)”去(qù)轰(hōng)击(jī) 98 号(hào)元(yuán)素(sù)锎(kāi)，从(cóng)而(ér)合(hé)成(chéng)的(de)。要(yào)做(zuò) 119 号(hào)元(yuán)素(sù)的(de)话(huà)，无(wú)非(fēi)就(jiù)是(shì)把(bǎ)锎(kāi)元(yuán)素(sù)换(huàn)成(chéng)它(tā)的(de)下(xià)一(yī)个(gè)元(yuán)素(sù)，就(jiù)是(shì) 99 号(hào)元(yuán)素(sù)。

然(rán)而(ér)全世(shì)界(jiè) 99 号(hào)元(yuán)素(sù)锿(āi)的(de)产(chǎn)量只有微克量级，无法做成靶材，解决的办法之一是变换炮弹原子核和靶原子核的组合。

变换炮弹原子核和靶原子核的组合，随之而来的问题(tí)是(shì)：两(liǎng)个(gè)重(zhòng)的(de)原(yuán)子(zi)核(hé)之(zhī)间(jiān)存(cún)在(zài)的(de)排(pái)斥(chì)力(lì)会(huì)大(dà)大(dà)加(jiā)强(qiáng)，两(liǎng)个(gè)原(yuán)子(zi)核(hé)熔(róng)合(hé)的(de)可(kě)能(néng)性(xìng)也(yě)会(huì)大(dà)大(dà)降(jiàng)低(dī)。因(yīn)此(cǐ)，只(zhǐ)有(yǒu)尽(jǐn)可能地用轻的炮弹(dàn)原(yuán)子(zi)核(hé)去(qù)轰(hōng)击(jī)重(zhòng)的(de)靶(bǎ)原(yuán)子(zi)核(hé)，才(cái)有(yǒu)可(kě)能(néng)合(hé)成(chéng) 119 号(hào)元(yuán)素(sù)。

为(wèi)了(le)提(tí)高(gāo)新(xīn)元(yuán)素(sù)合(hé)成(chéng)的(de)概(gài)率(lǜ)，还(hái)需(xū)要(yào)进(jìn)一(yī)步(bù)提(tí)高(gāo)炮(pào)弹(dàn)粒(lì)子(zi)束(shù)流(liú)在(zài)单(dān)位(wèi)时(shí)间(jiān)的(de)数(shù)量(liàng)，也(yě)就(jiù)是(shì)束流强度。为此，科研人员建成了一台专用于超重元素研究的加速器，为冲击合成新元素提供了良好的实验条件。

张志远说：“我们将束流粒子加速到接近光速的十分之一，让它去轰击另外一个原子核。”

重离子加速器的离子源是整个装(zhuāng)置的起点，被加(jiā)速(sù)的(de)炮弹原子核进(jìn)入(rù)加(jiā)速(sù)器(qì)隧道。

这些金属靶材，它们的厚度(dù)只(zhǐ)有(yǒu)几(jǐ)微(wēi)米(mǐ)，炮(pào)弹(dàn)原(yuán)子(zi)核(hé)形(xíng)成(chéng)的(de)束(shù)流(liú)打(dǎ)在(zài)金(jīn)属(shǔ)材(cái)料(liào)上(shàng)，发(fā)生(shēng)核(hé)反(fǎn)应(yīng)，熔(róng)合(hé)成(chéng)为(wèi)新(xīn)的(de)原(yuán)子(zi)核(hé)。

合(hé)成(chéng)的(de)新(xīn)原(yuán)子(zi)核(hé)进(jìn)入(rù)到(dào)探(tàn)测(cè)系(xì)统(tǒng)，会发生一系列的衰变，最终被探测器探测到。

一旦被成功鉴别，就标志着超重元素被成功合成。

目前这台超重元素研究加速器已稳定运行超过 10000 小时，合成 119 号元素虽然难，但其研究已看到了黎明前的曙光。

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来源丨中国科协之声

责编丨符思佳

审校丨徐来、林林