去年底，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）宣布第113、115、117、118號(hào)元素存在，這將意味著元素周期表的第七周期將全部填滿，元素周期表總共已經(jīng)有118個(gè)元素了。

6月8日，IUPAC正式公布了4種新發(fā)現(xiàn)元素的名稱：113號(hào)元素Nihonium（Nh）、115號(hào)元素Moscovium（Mc）、117號(hào)元素Tennessine（Ts）和118號(hào)元素Oganesson（Og）。其中，113號(hào)元素是首個(gè)被亞洲國(guó)家率先發(fā)現(xiàn)的新元素，日本理化學(xué)研究所森田浩介團(tuán)隊(duì)最終使用了日本本國(guó)發(fā)音來(lái)命名。值得一提的是，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研究員徐瑚珊和高能物理研究所研究員趙宇亮也是該新元素的共同發(fā)現(xiàn)者。新元素的發(fā)現(xiàn)究竟是如何實(shí)現(xiàn)的，它們會(huì)有盡頭嗎？

眾所周知，在自然界中存在的最重的元素是第92號(hào)元素鈾。鈾之后的元素稱為超鈾元素，它們只能靠科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里人工合成。

中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研究員秦芝介紹說(shuō)，從93號(hào)元素镎直到100號(hào)元素鐨，都是將靶核放在反應(yīng)堆的強(qiáng)流中子的輻照下，通過(guò)中子俘獲，再β-衰變，從而使靶核的質(zhì)子數(shù)增加來(lái)產(chǎn)生的。這些工作主要是20世紀(jì)中期在美國(guó)的Berkeley實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。但是，對(duì)于比100號(hào)元素鐨還重的元素，上面的辦法就不行了。

后來(lái)，人們把主要的精力放在用加速器，通過(guò)重離子核反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生超重元素。所謂重離子熔合蒸發(fā)反應(yīng)，就是用重離子加速器加速一個(gè)原子核，使它與另一個(gè)重的原子核發(fā)生碰撞。由于原子核都是帶正電的，必須要克服它們之間的庫(kù)侖斥力才能形成具有一定激發(fā)能的復(fù)合核，再通過(guò)蒸發(fā)少量的中子進(jìn)行退激，從而產(chǎn)生超重核。這些超重核主要是通過(guò)一系列級(jí)聯(lián)α衰變后，最終衰變成已知的核素，根據(jù)α衰變的遺傳關(guān)系來(lái)鑒別和判斷是否產(chǎn)生新元素。

日本是首個(gè)發(fā)現(xiàn)新元素的亞洲國(guó)家，日本科研界認(rèn)為這一成果可比肩榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。日本理化學(xué)研究所從第一次發(fā)現(xiàn)113號(hào)元素到確認(rèn)總共花了整整9年的時(shí)間。對(duì)此，秦芝表示，在這個(gè)過(guò)程中，科學(xué)家所付出的努力、承受的壓力，絕不是常人能夠想象的。

“新元素的發(fā)現(xiàn)之所以頗為困難，是因?yàn)殡S著原子序數(shù)的增加超重核的合成截面呈指數(shù)下降，且壽命越來(lái)越短，出現(xiàn)的概率也越來(lái)越小，想要捕獲并完成鑒定難度很大。”秦芝解釋，“比如，104號(hào)元素一分鐘大概可以產(chǎn)生5個(gè)左右，更重的元素的產(chǎn)額是一天一個(gè)、一周一個(gè)……它們的壽命也隨之從1分鐘減少到毫秒級(jí)?！?/p>

此外，實(shí)驗(yàn)期間，束流轟擊每天24小時(shí)不停止。早年，機(jī)器不停，研究人員也不能停，必須夜以繼日地工作。隨著自動(dòng)化水平的提高，系統(tǒng)穩(wěn)定后，研究人員才不需要24小時(shí)值班。

一般認(rèn)為，原子序數(shù)越往后，產(chǎn)生截面越小，半衰期越短，發(fā)現(xiàn)的難度越大。然而，早在20世紀(jì)60年代，科學(xué)家就提出了理論預(yù)言質(zhì)子數(shù)為114、中子數(shù)為184的原子核及其附近的原子核會(huì)形成所謂的“超重穩(wěn)定島”，島上的原子核可能具有較長(zhǎng)的壽命。不過(guò)，至今為止科學(xué)家還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這樣多中子的原子核。秦芝表示，這是合成超重元素的一個(gè)重要目標(biāo)。

如今，核物理學(xué)家已經(jīng)在嘗試制造第119號(hào)與120號(hào)元素了。而這將打開元素周期表的第八周期，也許人們會(huì)好奇，元素周期表有沒(méi)有盡頭？

理論上，原子核內(nèi)能容納多少個(gè)質(zhì)子和中子，原子核的電荷和質(zhì)量，是存在極限的，量子效應(yīng)在其中起著非常重要的作用。盡管至今仍沒(méi)有確切的答案，但尋找它的過(guò)程不僅關(guān)系到核物理的重大前沿領(lǐng)域，也是自然科學(xué)一個(gè)重要的基本問(wèn)題。