伯克利實驗室團隊成員，左起：Leticia Arnedo-Sanchez，Katherine Shield，Korey Carter，Jennifer Wacker。圖片來源：Marilyn Sargent/Berkeley Lab

來源 美國能源部/勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室

翻譯 謝一璿

審校 戚譯引

1952 年，美國能源部勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室（以下簡稱伯克利實驗室）首次從(cong) 一顆氫彈的碎片中發現了第 99 號元素——鎄（Einsteinium）。在那之後，很少有科學家對它進行實驗。這是因為(wei) 鎄元素非常難獲得，並且有極高的放射性。近日，伯克利實驗室的一個(ge) 化學家團隊克服了這些阻礙，首次報告了對鎄元素特征的研究，推開了更好地了解其餘(yu) 錒係超鈾元素的大門。

這項研究發表在《自然》（Nature）雜誌，題為(wei) “鎄化合物的結構和光譜特性”（Structural and Spectroscopic Characterization of an Einsteinium Complex）。伯克利實驗室的 Rebecca Abergel 和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的 Stosh Kozimor 為(wei) 論文共同主要作者（lead author），參與(yu) 者包括來自這兩(liang) 所實驗室的科學家，以及來自加州大學伯克利分校和喬(qiao) 治敦大學的研究人員，其中幾位是研究生和博士後。他們(men) 使用不到 250 納克的鎄元素，首次測得了鎄的化學鍵鍵距，這是元素與(yu) 其他原子和分子相互作用的基本屬性。

“我們(men) 對鎄知之甚少，”Abergel 說。他領導著伯克利實驗室的重元素化學研究組，同時也是加州大學伯克利分校核工程係的助理教授，“我們(men) 能夠用如此少量的材料進行無機化學研究，是一個(ge) 了不起的成就。這項研究意義(yi) 重大，因為(wei) 我們(men) 對鎄元素的化學行為(wei) 了解得越多，就越可能將其應用到新材料或新技術的開發中。這不僅(jin) 限於(yu) 對鎄元素的研究，對於(yu) 其他錒係元素也一樣。我們(men) 還可以在元素周期表中建立趨勢。”

轉瞬即逝且難以獲得

Abergel 和她的團隊使用伯克利實驗室的分子鑄造（Molecular Foundry）設備和 SLAC 國家加速器實驗室的斯坦福同步輻射光源（SSR），進行發光光譜和 X 射線吸收光譜實驗。這兩(liang) 種設備都屬於(yu) 美國能源部辦公室科研用途設備，在幾十年前首次發現鎄元素時是不存在的。

在研究的開始，獲得可以使用的樣品就幾乎花費了一半的努力。“整篇論文就是一連串不走運事件總和。”Abergel 吐槽道。

研究中用到的材料來自橡樹嶺國家實驗室的高通量同位素反應堆（High Flux Isotope Reactor），這是世界上僅(jin) 有的能夠製造鎄的幾個(ge) 反應堆之一，製造過程需要用中子轟擊鋦靶以觸發長鏈核反應。研究團隊遇到的第一個(ge) 問題是，提取純淨的鎄非常困難，製造出的樣品中混合了大量的鐦。

因此，他們(men) 不得不改變使用 X 射線晶體(ti) 學的研究思路——這種方法一度被認為(wei) 是獲得高放射性分子結構信息的黃金準則，但要求使用純金屬樣品。研究團隊設計了另一種製作樣品和利用元素的方法。洛斯阿拉莫斯的研究人員對此提供了關(guan) 鍵性的幫助，他們(men) 設計了一種獨特的樣品支架，以克服由於(yu) 鎄的固有特性帶來的挑戰。

第二個(ge) 挑戰是元素的放射性衰變。伯克利實驗室的研究團隊使用鎄-254 進行實驗，這是鎄元素較穩定的同位素之一，有 276 天的半衰期（半數的實驗材料衰變的時間）。盡管在新冠大流行之前，該團隊已經完成了大部分實驗，但是疫情發生後，計劃中的後續實驗由於(yu) 封城而不得不中斷。當他們(men) 去年夏天可以回到實驗室時，大部分的樣品已經衰變了。

測量鍵距，探索更多可能

盡管如此，研究人員還是設法測出了鎄的鍵距，並發現了鎄的一些特殊物理化學行為(wei) 。這些發現超出了原有的對錒係元素（元素周期表最下麵一行元素）的預期。

“確定鍵距聽起來沒什麽(me) 新意，但是這是理解金屬元素如何與(yu) 其他分子結合的首要參數。它能幫助我們(men) 了解這種元素會(hui) 與(yu) 其他原子和分子發生怎樣的化學反應。”Abergel 說。

一旦科學家知道了包含鎄元素的分子中的原子排布方式，他們(men) 就可以嚐試尋找有趣的化學物質，並進一步加深對元素周期趨勢的理解。“通過獲得這些數據，我們(men) 對整個(ge) 錒係的行為(wei) 有了更進一步的認識。在錒係中，存在對核能生產(chan) 和放射性藥物非常有幫助的元素或同位素。”她說。

值得期待的是，這項研究還帶來了探索元素周期表邊緣之外的物質、發現新元素的可能。“我們(men) 確實開始對元素周期表末端有了更多的了解，接下來，你可以設想以鎄為(wei) 靶來發現一個(ge) 新的元素，”Abergel 說，“類似於(yu) 過去十年中最新發現的元素，比如第 117 號元素 Tennessine（Ts），就是使用錇作為(wei) 靶發現的。如果能夠提純足夠量的鎄來製成靶，你就能夠開始尋找新的元素，理論上可以進一步接近‘穩定島’。”據核物理學家的預測，“穩定島”中的同位素可能有長達數分鍾甚至一天的半衰期，而不是超重元素常見的幾微秒甚至更短的半衰期。

參考來源：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-02/dbnl-dat012821.php 


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