张焕乔院士：中国需攻克制备超镅锕系元素靶难关

新元素的人工合成是否会有尽头?

自然界的物质元素是无穷的，可对于一些通过人工合成的化学元素，由于种种科研条件，它们目前在自然界中还未能被证实是存在的。用赵宇亮研究员的话说即是：“科学家在过去20年前，对112号、114号、116号新元素一共才合成几十个原子，数量少寿命又短暂，很难去阐述它到底是什么状态。”所以，科学家们通过技术手段研究元素之间的化学性质，去推测各个区域族元素的形态。

光明网记者了解到，多数新元素目前还没有实际的应用领域，除了其状态阐述，科学家们花一年时间才能合成三个原子，五个原子，应用现在还谈不上。这些新元素的合成，尤其是在未来的科学技术中间有什么作用的话，这是很难预料的一件事。

赵宇亮举例说，像92号之后的这些新元素，刚开始合成时，在自然界找不到它的存在，人们也不知道它有什么用处。但是，我们现在知道钚(bù)是制造原子弹的原料，而它完全是人工合成的。“再比如，楼宇室内烟雾报警器，它里面就会用到人造的放射性元素。”

专家告诉记者，新元素的合成可以通过热融合反应、蒸发中子产生超重核、冷融合反应等多种方式去完成。比如，104-106号元素就是俄罗斯和美国科学家利用加速器产生的重离子作为炮弹去轰击原子核来合成的;而107-112号六种元素则是德国重离子研究中心的科研团队利用冷融合反应(Cold Fusion)去发现和确认的。据悉，许多新元素的衰变周期(寿命)仅仅是几十毫秒的量级，非常之短暂。

有许多读者和网友在问，随着科学家的科研探索，新元素的科研探索是否会有尽头?对此，张焕乔表示有待进一步研究;“按照量子电动力学来说，若拿有限大小的核，以三分之一规律推测，它最重的原子核的原子系数是137。”但是，若从德国法兰克福理论组学派的预言理论上看，如果以现在“超重岛”下面的一个稳定核区为基准，它们估算质子数是164、中子数是318。

张焕乔认为，比起上世纪60年代中到70年代初期那个时候，现在所谓的“超重核稳定岛”，现有的这套理论114(质子)或184(中子)基数要解释的差些。因此，科研探索的尽头还是个待解的命题，很开放的。

“如果，我们能够登上理论预言的‘超重核稳定岛’，能够发现这些核素是存在的、且有相当长的区域，假如它的寿命像预期那样比较长，我想，这些新元素的应用价值此刻便伴随而来了。”张院士说。

中国合成新元素需突破什么难关?

看到那么多元素的合成发现和确认，翻开历史记载，我们会发现。很少见到某种元素是由中国科学家独立发现或合成的，这让人们对国内的科研突破及创新能力感到叹惜。

专家表示，不仅科研探索很难，科学家合成发现新元素还是一项轰动的事儿，非常有考究。比如117号新元素，自从发现它到现在还没有得到国际官方机构的确认，而我国科学家参与科研合成的113号元素，命名也还没有着落;115号也是如此。张焕乔院士告诉记者，俄罗斯科学家在元素合成方面有历史经验和技术积累，在中国，要合成新元素目前还很困难。

俄罗斯杜布纳实验室在合成超重核方面有60年以上的经验积累。“他们可以提出寻找超重核新的方法以及确定研究超重核的弹靶组合。由此，这样便让他们能够在超重核上处于有利地位。”张焕乔强调，特别是俄罗斯团队在合成超重核里面具有“钙48”离子，这个“炮弹”是其独家所有，因此在合成超重核113-118号元素方面独占鳌头。“这也就是俄罗斯方面用这样的理论、技术和方法来支撑使之处于国际领先地位的原因。”

赵宇亮研究员认为，在公开技术层面上，每个国家的科研机构都需要解决三个非常关键的技术：“第一是需要有非常强流的加速器，流向要非常高。其次，需要有非常高效的分离装置，一个炮弹打在一个核上，把那些不要的东西，差不多要从几十亿个原子中间把一个原子分离出来，需要这样的分离技术。第三，需要探测技术。比如说要在一年之内，三个原子跑过来，你要能够检测到。”

当然，这些技术都是公开的，花钱可以买到技术。但是，你还需要十分训练有素的科学家队伍。“相对来说，这是一个非常大的系统工程，需要有许多人协同去工作，而且也不是一个小团队可以完成的事情。我认为，在这方面有很大的空间留给我们，需要非常大的努力跟勇气。”赵宇亮说。

张焕乔告诉记者，中国经过多年的努力，现在已经建成了超重核充气谱仪装置，已经合成了镀259、铍265以及鐽(dá)271，通过这些研究能够使国内可以积累一些经验。“但是，我觉得要合成新元素，中国目前还有困难。其中，最关键的一个问题，就是我们还需攻克制备超镅锕系元素靶这个难关。这方面，我们国家1970年代初期时曾经够在合成超重元素方面生成钜24，但后来这个工作中断了，到现在也没有恢复。”

张焕乔补充道，欣慰的是，我们国家现在有“高通量反应堆”热堆，它的中子通量现在是8乘10的14次方中子/立方米/秒，与美国的热堆是接近的，只是，我们特别需要有组织地来开展这方面的工作。

为什么要高度重视术语规范体系建设?

今年6月，全国科学技术名词审定委员会(下文简称“全国科技名词委”)联合光明网发布使用了首批科技新词，并建立包含42条热点名词和126条专业新词的科技名词词库，112号鎶、114号鈇、116号鉝三种新元素成为了词库热点名词。

在国际术语学界有这么一句话叫做“没有术语就没有知识”，包括新元素在内的科技名词术语规范这么一项看似“简单又基础性”的工作，如果不将之规范化，后果将难以估量。全国科技名词委刘青表示，科技术语的规范化既属于科学技术范畴也属于语言学的范畴，同时还是一个科学技术的发展的重要的基础性条件。

刘青说，在语言学方面，科技术语规范化对于科学企业来说具有重要的特殊意义;在元素的命名上，尽管这些元素目前是新发现的，看起来离我们比较远，但是，实际上它们与其他元素是有共同特点的。过去，铜、铁、锌这些常用的元素最早发现的时候，可能在人类接受度也不是很熟悉;慢慢地在社会生活大量应用后就发生了很大的变化，所以，我们对这些名词会有一个普及知识教育的循序渐进过程。

新元素的命名有严格的规范和依据，专家表示，科技术语是科学技术发展的基石;中国从传统化学界、物理学界都公认的一个化学命名原则，就是要通过化学元素定的这个名字，能够很直观的了解到它的化学和物理性质。

刘青介绍说，112号元素定为鎶的来历，首先它的金字部首反映了这个元素是个金属。鎶，也就是国际纯化学与应用化学联盟(IUPAC)公布的此元素的英文名，是相同的发音。所以这个名字原来定“Copernicium”就是它的英文名。所以，我们取其音同国际上能够更好的接轨。看到这个词就会想到它的原文。

谈到112号元素命名为鎶，就不得不提天文学家哥白尼，他在15世纪的时候发现行星是围绕太阳转的，提出这个学说的时候，谁也不知道这有什么用处。“我想，那个时候的人绝对想象不出来这个学说有什么用处。但现在知道了，没有这样的学说的话，我们航空航天这样的事情就做不了。科学技术的发现，今天的发现常常是明年的技术的基础。这就是技术科学重要的意义所在。”赵宇亮补充说道。

张焕乔认为，科技术语规范的使用势在必行，没有共同的科学技术术语，容易造成相互理解的困难以及造成误解。“比如在论文、图书、教材、报纸等各种信息传媒，采用不规范的科学术语的话，那么就会产生名目繁多的描述，这在人群中会产生不良的影响。再如我们要实现两岸三地的学术交流，那这就会造成麻烦。或者，一本科学著作，把它翻译成外语，采用了不规范的科学术语，就会给外国读者造成困难。另外，不把规范的科技术语纳入到国家的标准，这可能在商业等多方面会造成不必要的经济损失。” (光明网记者 吴劲珉)

【名词解释】

超重核稳定岛：一般指用来形象地比喻理论上预言可能存在的稳定超重元素，也称化学元素超重岛。现在，科学家已经发现和人工合成的化学元素有近120种，同位素2000多种。

假设，以核内的中子数为横坐标，质子数为纵坐标,把所有稳定的和放射性的核素标在核素图上，便可以清楚地看出，自然界中已知的原子核都沿着β稳定线分布的，在以中子数(N)和质子数(Z)为坐标所构成的平面内形成一个连续分布的半岛。这便可用于预言并寻找超重核(超重元素)。

图示为中国科学院近代物理研究所在2011年计算得到的超重核alpha衰变半衰期与实验结果的比较

1966年前后，国际核理论工作者根据壳层模型理论预测，质子的下一个幻数是114，而中子的下一个幻数是184，由双幻数核组成的质量数为298(184+114)，原子序(质子数)为114的原子核将特别稳定;1986年前后，理论计算值又推测质子数108～111、中子近似164的核最稳定，这些质子和中子的组合可以形成近百个超重核，在坐标图上就形成一个超重核稳定岛。

靶核(Target Nucleus)：与入射粒子作用，并发生指定核反应的核素。例如，用中子辐射铁元素生成55Fe，铁元素称为靶子元素，但其中只有54Fe与生产55Fe有关，因而只有54Fe称作靶核。

制备重元素核靶：元素周期表中锕系超重元素的合成，也指96号锔元素以上的超重核合成科研。核靶的制备方法很多，原则上，工业制薄膜的方法都能借用来制备核靶。然而，由于要满足核反应实验的特殊要求，核靶制备比工业生产薄膜更为复杂困难。另外，不同的核反应实验所要求的核靶的品种及技术指标不同，也要针对具体核靶选择适当的制备方法。

钙48离子：俄罗斯杜布纳联合核实验室的科研团队在合成113-118号元素时所用的“炮弹”离子，在合成方式上他们选用的是“温融合反应”，这项技术在当时只有俄罗斯团队能观测到各个合成元素瞬间衰变的过程。不过，最近两年有消息披露，德国和美国的科学家们也“掌握”了这一项关键性的技术。