稳定岛是一个神奇的地方,元素的重同位素在这里停留的时间足够长,可以研究和使用。这个“岛”位于放射性同位素的海洋中,放射性同位素迅速衰变为子核,科学家很难证明这种元素的存在,更不用说将同位素用于实际应用了。
格伦·T·西堡(Glenn T.Seaborg)在20世纪60年代末创造了“稳定之岛”一词。利用核壳层模型,他提出用最佳数量的质子和中子填充给定壳层的能级将使每个核子的结合能最大化,从而使特定同位素的半衰期比没有填充壳层的其他同位素更长。填充核壳的同位素拥有所谓的质子和中子“幻数”。
稳定岛的位置是根据已知同位素半衰期和未观察到的元素的预测半衰期来预测的,其计算依赖于元素在周期表(同系物)上的行为,并遵循解释相对论效应的方程式。
当物理学家合成117号元素时,“稳定岛”概念是正确的。尽管117的同位素衰变很快,但其衰变链的一个产物是一种以前从未观察到的镧同位素。这种同位素,lawrencium-266,显示了11小时的半衰期,对于这样一个重元素的原子来说,这是非常长的。以前已知的镧同位素中子较少,稳定性也差得多。Lawrencium-266有103个质子和163个中子,暗示着尚未发现的可能用于形成新元素的幻数。
哪些配置可能拥有幻数?答案取决于你问谁,因为这是一个计算问题,没有标准的方程组。一些科学家认为,在108、110或114个质子和184个中子周围可能存在一个稳定岛。其他人则认为球形核有184个中子,但114、120或126个质子可能效果最好。Unbihexium-310(元素126)是“双重魔法”,因为它的质子数(126)和中子数(184)都是魔法数。不管你如何掷骰子,当中子数接近184时,从元素116、117和118的合成中获得的数据指向半衰期的增加。
一些研究人员认为,最好的稳定岛可能存在于更大的原子序数,比如164号元素(164个质子)。理论家们正在研究Z=106到108,N约为160-164的区域,该区域对于β衰变和裂变来说似乎足够稳定。
虽然科学家们可能能够形成已知元素的新稳定同位素,但我们没有超过120的技术(目前正在进行的工作)。很可能需要建造一种新的粒子加速器,能够聚焦到能量更大的目标上。我们还需要学习制造大量已知的重核素,作为制造这些新元素的目标。
通常的原子核类似于由质子和中子组成的实心球,但稳定岛上的元素原子可能会呈现新的形状。一种可能是一个气泡状或中空的核,质子和中子形成一种外壳。很难想象这样的结构会如何影响同位素的性质。但有一件事是肯定的。。。还有新的元素有待发现,因此未来的元素周期表将与我们今天使用的元素周期表大不相同。
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