元素周期表上的美苏争霸

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元素周期表上的美苏争霸


1946年3月5日,英国前首相温斯顿·丘吉尔发表了“铁幕演说”,正式拉开了冷战序幕,美苏争霸的时代开始了。两位超级大国悄无声息的进行着全方位的竞争,带动了第三次科技革命,从海底到太空,从原子核到电子计算机。元素周期表上,美苏也不例外,他们也在你争我夺,惊心动魄的程度不亚于太空竞赛!

元素周期表上的美苏争霸

【冷战中竞争与合作的代表事件:1975年,美国的阿波罗号和苏联的联盟号对接。】

前面的故事里,一直是伯克利的西博格团队在元素周期表的尾部独领风骚。1956年,杜布纳核联合研究所在莫斯科北部郊外的杜布纳成立,主要研究高能物理,带头人是费廖洛夫。接下来的几十年里,元素周期表上终于要上演伯克利和杜布纳的双人舞,故事更加精彩!

元素周期表上的美苏争霸

【杜布纳研究所】

没想到的是,故事的开头被第三者捷足先登。1957年,瑞典的诺贝尔研究所用碳13离子撞击锔,得到了102号元素。他们迫不及待的宣布了这一消息,并将新元素用诺贝尔(Nobel)的名字来命名Nobelium,缩写是No,译为中文是锘。

很快,伯克利的西博格团队和前苏联的杜布纳实验室重复了他们的实验,最终都以失败告终,他们都对新元素No说“No!”了。

元素周期表上的美苏争霸

【这段历史就是伯克利(左)VS杜布纳(右)。】

故事很平淡是吗?俗话说:“外行看热闹,内行看门道。”

之前的核反应不都是用中子或者α粒子来撞击重原子核,这次怎么用碳13这么大的原子核来做“炮弹”了?

原因很简单,当科学家追求更高能量的时候,回旋加速器遇到瓶颈了!

在加速器里,粒子速度越来越快,到了光速的5%以上,就会明显的出现相对论效应,粒子质量变大,绕行周期变长。如果不校正时间,粒子和振荡电场就会失去相位,无法继续加速。所以1945年又调整设计出了“同步回旋加速器”,可以让氘原子核加速到195兆电子伏,让α粒子加速到390兆电子伏。

后来又有了“等时性回旋加速器”,它保持恒定的电场振动频率,通过增加磁场的半径来补偿相对论效应,可以得到更高能量的粒子。

元素周期表上的美苏争霸

【杜布纳的“同步回旋加速器”】

然而,回旋加速器毕竟要“回旋”,圆周运动是一种加速运动,粒子在“回旋”的时候,将不可避免的发出电磁辐射。一方面要扩大磁场半径以得到更高能量的粒子,另一方面能量又在不断损耗,能量越高损耗越快。回旋加速器越建越大的同时,也像一个能量无底洞,所以费米曾经开玩笑:干脆把回旋加速器建到赤道上算了。

为了回避回旋加速器的缺点,一方面,不再使用α粒子这种低质量带电粒子,而是使用更重元素的离子,在同样速度下,它们将携带更多动能。

第二,不再用中子或α粒子误打误撞,科学家们开始挖掘原子核更深处的秘密,看看一些较轻的元素是否和重元素在低能下具有“粘合力”。虽然这种方法需要碰运气,能量大了可能会把原子核撞碎,能量小了又无法克服库仑力接近靶原子核。但金钱和精力有时候就是矛盾的,科学家们觉得值得试试运气。

最后,科学家们又回到了劳伦斯之前的选择,既然不需要那么高的能量,线性加速器还是可以考虑的。虽然直线加速运动也有电磁辐射,但相比于回旋加速器,它避免了圆周运动中的电磁辐射。

总之,重元素离子+线性减速器或同步、等时回旋加速器+碰运气,嗯,完美!

元素周期表上的美苏争霸

【欧洲的大型强子对撞机(LHC),结合了回旋加速器和线性加速器。】

所以,这场新元素的争夺战已经演变成了一场赌博,就看谁运气更好了。

一开始,双方都将焦点放在102号元素身上,他们使用碳离子去照射锔,以为自己得到了102号元素,但都被证伪了。反而是103号元素率先诞生了,1961年2月,吉奥索带头的团队在线性加速器上用硼10、硼11的离子照射三微克的锎250和锎249,得到了原子量为258的103号元素。他们用发明回旋加速器的劳伦斯(Lawrence)来命名新元素Lawrencium,译为中文是铹。

相关核反应:

锎252+硼11→铹263→铹258+5中子

1964年,苏联人也用氧离子撞击镅得到了103号元素,所不同的是,他们用了当时最强大的3米同步回旋加速器,而非线性减速器,但已于事无补了。

镅243+氧18→铹261→铹256+5中子

元素周期表上的美苏争霸

【吉奥索和同事们一起发现了103号元素铹(Lr)。】

1964年,杜布纳研究所先拔头筹,用氖离子照射钚,得到了104号元素。苏联人用苏联著名核物理学家库尔恰托夫来命名,译为中文是钅库。

1969年,伯克利的吉奥索团队用碳离子照射锎,也得到了104号元素,他们提议用卢瑟福来命名:钅卢。

钚242+氖22→钅卢264

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【“幼儿园园长”最终在元素周期表上留名。】

1966年,苏联人再接再厉,他们用氖离子照射铀,终于得到了102号元素。他们提议用约里奥•居里来命名新元素,美国人不同意,还是坚持用之前瑞典人起的名字:Nobelium(诺贝尔),译为中文是锘。至此,锕系元素全部找到。

铀238+氖22→锘260→锘254+6中子

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【元素周期表上怎能没有诺贝尔的名字?】

双方的竞争继续白热化,1968年,杜布纳研究所率先发现了105号元素,他们提议用尼尔斯玻尔来命名。而吉奥索团队1970年也发现了105号元素,他们希望用哈恩的名字来命名。

最激烈的竞争在1974年,双方都在这一年发现了106号元素,苏联人希望用杜布纳来命名新元素,而美国人建议用西博格的名字来命名,一下子引发了轩然大波。苏联人叫到:“这不合法!怎能用一个还活着的人来命名新元素?”

西博格的“大管家”吉奥索反唇相讥:“真荒唐!我们给锿和镄命名的时候,你们怎么不说话呢?”(1952年,爱因斯坦和费米仍然健在)

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【听到这个消息,这老头可高兴了。】

这段时间的发现虽然一个接一个,美苏双方针对命名的争吵却甚嚣尘上,最后究竟如何解决呢?请看下集。

小测试:

1, 前苏联发现众多新元素的研究所在哪里?

A) 杜布纳

B) 伯克利

C) 达姆斯塔特

D)剑桥

2, 102号元素用谁的名字来命名?

A) 卢瑟福

B) 诺贝尔

C) 西博格

D)门捷列夫


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