科学家解锁H炸弹元素的秘密

经过:戴夫·罗斯(Dave Roos)|

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曼哈顿项目核科学家阿尔伯特·吉奥尔索(Albert Ghiorso)在1952年被称为“常春藤迈克”(Ivy Mike)的爆炸中发现了爱因斯坦。贝特曼/贡献者/盖蒂图像

1952年11月1日,一支在美国军方工作的美国科学家团队将一个奇怪的三层楼的结构代号为“常春藤迈克”。这是世界的第一个氢弹,一种新的核武器强大的700倍比原子弹掉落在日本上。

炸弹测试是在南太平洋马歇尔群岛的一个名为Eniwetok的小环礁上进行的。当常春藤迈克引爆时,它释放了10.4爆炸力,大致相当于1,040万杆TNT。这炸弹掉在广岛上,用于比较,仅产生15公斤(15,000杆TNT)。

爆炸彻底蒸发了eniwetok环礁,并产生了3英里(4.8公里)宽的蘑菇云。穿着保护诉讼的工人从附近的一个岛上收集了辐射材料,并将其送回加利福尼亚的伯克利实验室(现为劳伦斯·伯克利国家实验室)进行分析。在那里,由阿尔伯特·吉奥索(Albert Ghiorso)领导的曼哈顿项目研究人员孤立仅200个原子包含99个质子和99个电子的全新元素。

1955年,研究人员宣布了他们向世界的发现,并以其科学英雄:爱因斯坦(Einsteinium)的名字命名。

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大而不稳定

爱因斯坦(Einsteinium)在周期表在其他非常重的放射性元素等公司中,例如加利福尼亚和少女。某些放射性元素,尤其是铀,在地壳中有意义地存在(每百万分之2.8份,地下铀多于黄金)。但是,即使较重的元素(包括爱因斯坦)也只能通过爆炸氢弹或通过将反应器中的亚原子颗粒撞在一起来人为地创建。

是什么使元素放射性?在元素周期表底部的爱因斯坦及其邻居的情况下,这是原子的巨大大小。

Glajch说:“当元素成为一定尺寸时,原子的核变得如此之大,以至于它会分解。”“发生的事情是,它吐出中子和/或质子和电子,并衰减到较低的元素状态。”

随着放射性元素的衰变,它们散发出以α颗粒,β颗粒,伽马射线和其他辐射形式的亚原子颗粒的簇。某些类型的辐射相对无害,而其他类型的辐射可能会对人类细胞和DNA造成损害。

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简短的“保质期”

随着放射性元素的衰变,它们还形成具有不同原子重量的不同同位素。通过将细胞核中的中子数添加到质子数量中来计算元素的原子量。例如,1952年在南太平洋收集的爱因斯坦是一种称为Einsteinium-253的同位素,该同位素具有99个质子和154个中子。

但是同位素不会永远持续下去。他们每个都有不同的半衰期,“这是一半材料腐烂成新同位素或较低元素的估计时间。Einsteinium-253具有半衰期只有20.5天。另一方面,铀238是自然界中最常见的铀同位素,其半衰期为44.6亿年。

合成重型放射性元件(例如实验室中的爱因斯坦)(以及实验室,我们的意思是高度专业的核反应堆)的困难之一是,大元素开始很快地衰减。

Glajch说:“当您创建越来越大的元素和同位素时,将它们保持足够长的时间以看到它们变得越来越困难。”

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伯克利实验室科学家(左起)詹妮弗·瓦克(Jennifer Wacker),莱蒂西亚·阿尼多·桑切斯(Leticia Arnedo-Sanchez),科里·卡特(Korey Carter)和凯瑟琳·盾(Katherine Shield)在丽贝卡·阿伯格尔(Rebecca Abergel)化学实验室中的燃烧罩下与爱因斯坦罩的放射性样品一起工作。
玛丽莲·萨金特/伯克利实验室

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小规模的重大突破

这就是为什么最近如此兴奋在化学世界中,一组科学家成功地坚持了短暂的爱因斯坦族的样本,足以测量这种超稀有元素的某些化学性质。

由劳伦斯·伯克利国家实验室的丽贝卡·阿贝格尔(Rebecca Arbergel)领导的科学家耐心地等待着田纳西州橡树岭国家实验室生产的一小部分Einsteinium-254样本。该样品的重量为250纳米图或250亿分之光的克,半衰期为276天。当Covid-19在2020年大流行时,这项研究被隔离了几个月,在此期间,每30天的样本中有7%降解。

Abergel的突破是由分子“爪”创建的,该分子“爪”可以将Einsteinium-254的单个原子固定在适当的位置,足以测量其分子键的长度以及在其发出光线的何种波长之类的东西。这两种测量方法对于理解爱因斯坦及其重型表亲如何可能用于癌症治疗等事情至关重要。

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