Transuranium Elements (Encore)
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以下是《每日环游世界》节目的重播。如果你看一下元素周期表，你会发现一些有趣的东西。移到最底部，看看任何元素，比如说，94 号元素之后。你会发现一堆你可能从未听说过的元素。但别担心，因为大多数化学家可能也不熟悉它们。它们不属于任何化合物，在自然界中找不到，而且大多数元素只存在了不到一秒钟。

在本期《每日环游世界》节目中，我们将了解更多关于超铀元素的信息，它们是什么，以及我们是如何知道它们存在的。

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在这个播客的过程中，我已经做了很多关于元素周期表中单个元素的节目。节目通常会讨论它的原子结构、元素的发现方式及其各种用途。然而，超铀元素属于一个完全不同的类别。它们几乎不存在于自然界中，都非常不稳定，它们的存在完全是由于人类的创造。

除了一些小的例外，它们根本没有任何用途，而且在大多数情况下，它们甚至不存在，只存在于极短的一瞬间。但让我们首先解释一下什么是超铀元素。自然界中最重的天然元素是铀，原子序数为 92。铀并不非常丰富，但在世界许多地方的岩石中都不难找到。

原子序数为 92 意味着原子核中有 92 个质子，而质子的数量决定了元素是什么。虽然每个元素的原子都具有相同数量的质子，但不同的原子可以具有不同数量的中子。具有不同数量中子的原子称为同位素。

就铀而言，自然界中存在两种常见的同位素：铀-238，含有 146 个中子；铀-235，含有 143 个中子。从化学角度来看，同位素的行为完全相同。然而，不同的同位素将具有不同的原子稳定性水平。原子越不稳定，就越有可能发生放射性衰变。

任何元素都只有某些同位素是稳定的。如果质子和中子的配置错误，它就会分解，直到生成的配置稳定为止。分解所需的时间称为半衰期。极不稳定的原子可能只有不到一秒钟的半衰期。像铀这样更稳定的原子可以具有数亿到数十亿年的半衰期。

对于本节目的目的，需要了解的另一件事是，一般来说，较大的原子核往往更不稳定。这并不是说你不能有一个较轻元素的稀有同位素是不稳定的，但你通常不会在环境中找到它们，因为它们已经衰变了。因此，除了简短的核物理学解释之外，进入 20 世纪 40 年代，当时没有已知的元素原子序数高于铀（92）。

自然界中没有发现原子序数高于此的元素。有人声称存在 93 号元素，但没有证据。因此，据大家所知，这可能是宇宙中最重的元素。然而，在 1940 年，加利福尼亚大学伯克利分校 Edwin McMillan 和 Haig Abelson 领导的一个团队对铀-238 进行核裂变实验，用中子轰击铀-238。

这产生了铀-239，然后衰变成一种新的元素，93 号元素。该元素被称为镎，因为海王星是天王星之后的行星。然而，他们意识到，如果存在 93 号元素，那么它也必须衰变成 94 号元素。94 号元素于 1941 年由一位在本集中将多次出现的人物 Glenn Seaborg 发现。

Seaborg 在伯克利工作，他们的过程与发现镎的过程非常相似。我之前已经做过一整期关于钚的节目，但对于本期节目，我要补充一点的是，由于铀的衰变，自然界中已经发现了极少量的钚和镎。然而，这些数量非常少，实际上是分散的原子，因此，从实际目的来看，你仍然可以说铀是最重的天然元素。

创造更多元素的探索仍在继续。1944 年，作为曼哈顿计划的一部分，Glenn Seaborg 的团队发现了 96 号元素锔，以玛丽·居里命名；以及 95 号元素镅，以美国命名。这两种元素都是通过将钚暴露于α辐射或中子辐射而产生的。

镅和锔实际上确实有一些有限的实际用途。镅有时用作烟雾探测器中的电离辐射源，锔有时用于启动裂变链式反应。所需的那一点点通常是核反应堆的副产品。这种将重元素暴露于辐射的技术继续在发现新元素方面取得成果。

Seaborg 的团队于 1949 年发现了 97 号元素锫。这是通过将镅暴露于α辐射产生的，然后是 98 号元素锎，它是通过将锔暴露于α辐射产生的。锫没有任何已知的用途，锎可以少量用于启动核链式反应，因为它是一种强中子发射体。

1951 年，Glenn Seaborg 因发现超铀元素而获得诺贝尔物理学奖。然而，这远不是创造原子序数越来越大的元素的结束。1952 年，伯克利的研究人员检查了比基尼环礁氢弹试验的放射性碎片。他们发现了 200 多个 99 号元素原子，该元素被称为锿，以阿尔伯特·爱因斯坦命名。

第二年，在伊万尼塔克环礁进行的爆炸产生的碎片显示出 100 号元素的证据，该元素被称为“镄”，以核先驱恩里科·费米命名。这两种元素可以在核反应堆中产生，但原子序数越高，难度就越大，在链的每个步骤中都会增加一个数量级以上。

例如，需要 10 克锔才能制造 1 皮克镄。而 1 皮克是万亿分之一克。所有这些较重的元素都具有很强的放射性，半衰期非常短。这些元素完全有可能是在超新星中产生的，就像我们在地球上经历的所有重元素一样，但由于它们的半衰期很短，它们不会存活很长时间。

1955 年，发现了 101 号元素钔，它是通过用α辐射轰击锿产生的。这也是由 Glenn Seaborg 及其团队创造的。此时，将重元素暴露于辐射已经几乎走到了尽头。开发了一种新技术，该技术涉及用比氦（α辐射是什么）大得多的原子核猛击超铀元素。

1961 年，伯克利的团队通过用硼原子轰击锎，发现了 103 号元素铹。几乎所有此时发现的超铀元素都是在加利福尼亚大学伯克利分校发现的。下一个发现是美国以外的第一个发现。1965 年，莫斯科郊外的杜布纳联合核研究所通过用氖原子轰击铀，发现了 102 号元素锘。

该元素以诺贝尔奖创始人阿尔弗雷德·诺贝尔命名。1969 年，苏联人创造了 104 号元素鈩，它是通过用碳原子轰击锎以及用氖原子轰击钚产生的。这以发现原子核的欧内斯特·卢瑟福命名。我应该在此指出，所产生的元素数量极少，而且它们都具有极强的放射性，半衰期非常短。

鈩的第一个同位素的半衰期为 5 秒。这种用其他原子轰击原子以产生新元素的技术仍然是当今仍在使用的技术。苏联人在 1970 年创造了 105 号元素钅杜，以其位于俄罗斯的研究中心所在的城市命名。伯克利于 1974 年创造了 106 号元素钅喜，以纪念 Glenn Seaborg。

此后，接下来的几种新元素是由德国达姆施塔特亥姆霍兹重离子研究中心的研究人员创造的。1981 年，他们创造了 107 号元素 bohrium，以尼尔斯·玻尔命名。1982 年，他们创造了 109 号元素 meitnerium，以原子裂变的发现者之一丽莎·迈特纳命名。1984 年，他们制造了 108 号元素 hassium，以德国黑森州命名。

十年后的 1994 年，他们创造了 110 号元素 darmstadtium，以德国达姆施塔特市命名；以及 111 号元素 roentgenium，以 X 射线的发现者威廉·伦琴命名。1996 年，他们创造了 112 号元素 copernicium，以天文学家哥白尼命名。在近 20 年的新元素发现之后，桂冠回到了俄罗斯和杜布纳联合核研究所。

1999 年，他们发现了 114 号元素 flerovium，以物理学家格奥尔吉·弗廖罗夫命名。2000 年，他们发现了 116 号元素 livermorium，以加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室命名。2002 年，他们创造了 118 号元素 oganesson，以俄罗斯的格伦·西伯格对应人物尤里·奥加涅相命名。你会注意到他们发现的元素并非按原子序数排列。

115 号元素于 2003 年被创造出来，以莫斯科命名为 moscovium。113 号元素由俄罗斯人和日本的一个团队独立发现，并以日本的日语名称 Nihonium 命名。最后，在 2009 年，俄罗斯人创造了 117 号元素，它被称为 tennessine，以田纳西州命名，田纳西州是橡树岭国家实验室的所在地。这就是截至本录音为止所有已发现的元素。

有些元素周期表中为从 119 到 168 的未发现元素留有占位符。因此，在读完这个列表后，除非你碰巧在超重化学元素领域工作，否则没有人会费心去记住这些元素，那么这一切的意义何在？

所有这些元素，至少超过 98 号元素锎，其半衰期非常短，它们只存在于极短的一瞬间，而且数量非常少，如果没有极其灵敏的设备，你甚至无法分辨它们的存在。虽然我列出了这些元素的发现日期，但其他研究人员一直在寻找许多这些元素的不同同位素，以了解它们的半衰期有多长。

大多数都非常短，但有些则长达一分钟甚至几分钟。元素的首次发现会成为头条新闻。但人们真正寻找的是 Glenn Seaborg 所称的“稳定岛”。“稳定岛”将是某种重元素，更准确地说是一种重元素的特定同位素，它将相对稳定，或者至少具有非常长的半衰期。

重原子的问题在于，在原子核内部，存在两种相反的作用力。弱电相互作用力想要将质子分开，因为它们具有相同的电荷。然而，强核力将它们结合在一起。在非常短的距离内（我的意思是，非常短的距离），强力比弱电相互作用力更强大，因此原子的原子核可以存在。

然而，随着原子核变大，一些质子之间的距离会增加，从而降低强核力的强度。据信这就是为什么大原子往往如此不稳定的原因。人们相信（或者至少希望）存在一种中子构型，可以为大原子提供稳定性。

根据其他原子同位素行为的数学原理，人们认为，稳定的较大原子的最佳希望之一将是 114、120 或 126 号元素中的某个同位素。然而，120 号和 126 号元素尚未被发现，但在我录制本节目时，俄罗斯杜布纳的研究人员正在努力创造 119 号和 120 号元素。

如果能找到“稳定岛”，它可能会带来对原子的全新理解，也可能带来材料科学的新时代。找到“稳定岛”（如果它真的存在的话）需要大量的工作和时间。因此，下次你查看元素周期表时，请看看底部附近，并花一点时间想想那些在实验室中被创造出来，却只存在了不到一秒钟的元素。

《每日环游世界》的执行制片人是 Charles Daniel。副制片人是 Austin Oakton 和 Cameron Kiefer。我要感谢所有在 Patreon 上支持节目的听众。你们的支持使这个播客成为可能。我还想感谢所有活跃在 Facebook 群组和 Discord 服务器上的《每日环游世界》社区成员。如果你想加入讨论，节目说明中提供了这两个链接。和以往一样，如果你留下评论或给我发送 boostagram，你也可以在节目中听到它。