科學家說,地球上最稀有元素砈的一個基本屬性首次被發現。
砈天然存在;然而,科學家估計全世界存在的總量不到一盎司。長期以來,這種難以捉摸的元素的特性一直是個謎,但瑞士歐洲核子研究中心 (CERN) 物理實驗室的物理學家現在已經測量了它的電離勢——將一個電子從砈原子中移除,使其變成離子或帶電粒子所需的能量。
這項測量填補了元素週期表中缺失的一塊,因為砈是最後一個自然存在的、其性質未知的元素。砈原子核中有 85 個質子和 85 個電子,具有放射性,其最穩定版本的半衰期僅為 8.1 小時,這稱為半衰期。1953 年,艾薩克·阿西莫夫估計自然界中砈的全球總量為 0.002 盎司(0.07 克)。[圖解:自然界最微小的粒子詳解]
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為了測量砈的電離勢,歐洲核子研究中心 (CERN) 的 ISOLDE(線上同位素分離器探測器)放射性離子束設施的物理學家透過用高能質子束射擊鈾(原子核中有 92 個質子和電子)靶,製造出了人造砈同位素(中子數與自然界中存在的不同的原子)。碰撞產生了一連串新的粒子,其中一些是砈。
然後,物理學家用不同波長的雷射束照射原子以使其電離。透過分離砈離子,並檢查是哪個波長的雷射束創造了它們,研究人員確定砈的電離勢為 9.31751 電子伏特(例如,氫的電離勢為 13.6 電子伏特)。
該值將作為研究奇異超重元素的基準,這些元素自然界中不存在,但可以在專門的實驗室中製造出來。例如,研究人員希望將砈的性質與新發現的117 號元素的性質進行比較,該元素於 2010 年首次在俄羅斯聯合核研究所 (JINR) 被製造出來。這種元素是迄今為止製造出的第二重元素,是砈的同系物,這意味著它在元素週期表上位於砈的正下方,並且可能具有相似的性質。
ISOLDE 共振電離雷射離子源團隊負責人瓦倫丁·費多謝耶夫在一份宣告中說:“今天的源內雷射光譜學是研究奇異短壽命同位素原子性質的最靈敏方法。” “它非常適合探索人工產生的元素的譜,例如超重元素。砈研究的成功為最近在法國 GANIL 和俄羅斯 JINR 啟動的類似專案增加了信心。”(GANIL 代表 Grand Accélérateur National d'Ions Lourds,即國家重離子加速器)。
這項新發現也可能幫助科學家開發人造砈的醫療應用,人造砈可能在稱為 α 療法的癌症放射治療中發揮作用。
共振電離雷射離子源團隊成員布魯斯·馬什說:“醫學中使用的許多短壽命同位素在自然界中都不存在;它們必須透過核反應人工產生。” “砈可能的醫用同位素在這方面並沒有什麼不同。砈的不同之處在於,它在自然界中稀少,使得透過實驗研究它變得困難,這就是為什麼這項對基本性質之一的測量是一項重大成就。”
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