《科学通报》
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元素周期表新成员命名那些事
2020-12-01 12:54:00在原子核的所谓超重质量区，核内大量质子的超大库伦斥力使原子核极不稳定，乃至不可能存在，不仅未在地球自然界观察到，从实验上合成和鉴别这些超重原子核，也面临极大挑战，门捷列夫元素周期表上第7行右端出现长期空缺。而20世纪60年代的所谓微观理论预言，在核素图上跨过不稳定海洋，在中子数N = 184 和质子数Z ≥ 112的核区，存在一个具有反常长寿命和重大理论意义的超重核稳定岛，人类将有可能人工合成和鉴别这些超重原子核。为了登上理论预言的长寿命超重稳定岛，人们付出了长期艰辛的努力。
《科学通报》 “观点”栏目特邀美国Vanderbilt大学物理系和LBNL国家实验室罗亦孝教授撰写“113，115，117和118号超重元素的推荐命名和超重原子核的研究”一文，该领域的研究，是数十年来原子核物理和核化学最重要，最引人注目的前沿。
重大科学新闻——新元素推荐命名
近来，新超重元素的相继发现，已将门捷列夫元素周期表第7行右端存在的空缺填满，并为长寿命超重稳定岛的理论预言提供了实验证据。国际纯粹和应用化学协会(IUPAC)于2016年6月8日宣布了对113, 115, 117和118号(原子序数)新元素的推荐命名和元素符号指定，并设立了为期5个月的公开复审期。复审期之后，将在IUPAC刊物“纯粹和应用化学”(IUPAC Journal Pure and Applied Chemistry) 上发表推荐意见。最后，IUPAC 理事会(IUPAC Council) 将于2017年7月6-13日在巴西圣保罗召开的第48届全体会议上，最终批准新元素命名和符号指定。
根据发现者的建议和IUPAC的推荐，四个新超重元素拟分别以发现这些新元素的有关国家、州、城市，或科学家的名字命名：
113号
元素的推荐命名为Nihonium，元素符号为Nh，Nihon是日本国名Japan的另一称呼，发现者是日本理化学研究所REKEN的研究团队。
115号
元素的推荐命名为 Moscovium，元素符号为Mc，系以莫斯科市名命名。在超重元素研究中取得丰硕成果的俄罗斯杜布纳联合原子核研究所JINR位于莫斯科附近。
117号
元素的推荐命名为Tennessine，元素符号为Ts，以美国田纳西州(Tennessee State) 州名命名。在这个州的美国合作团队包括美国橡树岭国家实验室ORNL，美国范德比尔特大学和美国田纳西州立大学诺克斯维尔分校。美国加州的LLNL 国家实验室也是合作者之一。20世纪50年代发现的98号元素是以加利福尼亚州立大学和加利福尼亚州的名字命名的，即Californium, 元素符号Cf。30多年来，252Cf自发裂变源和g多探测器阵列结合，已成为研究丰中子原子核结构硕果累累的“金矿”，加州的LBNL国家实验室发现了93-106共14种超铀元素，成果辉煌。元素周期表上以州名命名的另一个元素，是1984年发现的108号元素，以德国Hesse州的州名命名，即Hassium, 元素符号Hs。
118号
元素的推荐命名为Oganesson，元素符号为Og。118号元素是迄今为止，人类发现并列入元素周期表的最重的元素，它的推荐命名，是根据表彰科学家的传统命名方式，以世界著名的俄罗斯核物理学家，对超重元素研究作出杰出贡献的Yuri Oganessian院士的名字命名的。
核素图(重质量区)。理论预言的质子数Z³112, 中子数N=184 附近长寿命超重稳定岛, 和117 号新超重元素相对于该岛的位置。 117号超重元素由美国-俄罗斯合作团队发现, 拟以美国田纳西州州名命名
超重原子核实验研究的挑战和突破
超重元素的合成是通过原子核反应来实现的，而在精心设计的核反应中，超重原子核的生成仍然只有极低的产额。和合成107-112号元素使用所谓“冷熔合”反应不同，合成113-118号元素使用“热熔合”反应。人们在加速器上加速丰中子的强流48Ca离子束流轰击丰中子锕系靶Np，Am，Bk 或Cf，来分别合成113, 115, 117和118号元素的原子核。1019个48Ca离子轰击1019个249Bk个原子核, 仅获得6个117号元素的原子核，而产生118号元素原子核的生成率更低!对于如此之低产额的超重原子核的鉴别和指定，所须的高效率，高灵敏度，高分辨率的分离和探测技术，是超重原子核实验研究面临的又一严重挑战。不稳定的超重原子核生成之后，将经历级联衰变，人们根据对其级联衰变和最终衰变子核的探测鉴别，而作出对超重原子核的原子序数和质量数的指定。鉴别超重原子核达到的最佳灵敏度，是基于对低至数个甚至一个级联衰变事件的探测!
美国范德比尔特大学物理系著名教授、世界著名核物理学家汉密尔顿(Joseph Hamilton)(左), 在117 号元素合成中发挥关键作用; 俄罗斯杜布纳联合原子核研究所JINR 著名教授、院士, 世界著名核物理学家Yuri Oganessian(右), 他对新超重元素的发现做出了开拓性贡献(ORNL)
新元素的命名和列入门捷列夫元素周期表，是对这些新元素的重大学术意义，和长期艰难的实验探索的回顾和总结。超重元素的探索和成功，实现了原子核物理基于理论预言的实验探索最艰难的突破。而发现和研究这些超重元素本身，代表了在原子核内多质子超大库伦斥力的极端条件下，对原子核核物质性质研究的最重要进展。这是在原子核其它极端条件，包括沿远离稳定线奇异同位旋自由度，高激发高核温度自由度，超形变形状自由度等极端状态下原子核物质性质的研究获得一系列进展之后，在新的超大库伦场极端条件下，原子核核物质性质和核内相互作用研究的最重要成果。事实上，登上超重稳定岛海岸的首批实验证据，和这些超重元素的研究本身，被认为是过去30年中原子核物理学基础研究前沿最重要的进展。
IUPAC在宣布新元素推荐命名时指出，容许将新元素英语命名翻译为其他主要语言。
文/罗亦孝
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