科学家解开了氢弹元素爱因斯坦的秘密

由:戴夫·鲁斯|
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爱因斯坦是由曼哈顿计划的核科学家阿尔伯特·吉奥索在1952年被称为“常春藤麦克”的氢弹爆炸的沉降物中发现的。Bettmann /原因/盖蒂图片社

1952年11月1日,一个为美国军方工作的美国科学家团队打开了一个奇怪的三层结构,代号为“常春藤麦克”。这是世界上第一次氢弹这是一种新型核武器700倍的威力比投在日本的原子弹还多。

这次核弹试验是在南太平洋马绍尔群岛一个名叫埃尼威托克的小环礁上进行的。艾薇·麦克被引爆时,它被释放了1040万吨的爆炸威力大约相当于1040万支TNT炸药。的投在广岛的炸弹,作为比较,产生了15吨当量(15000根TNT炸药)。

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这次爆炸完全蒸发了埃尼威托克环礁,并产生了3英里(4.8公里)宽的蘑菇云。穿着防护服的工作人员从邻近的岛屿上收集放射性沉降物,并将其送回加利福尼亚州的伯克利实验室(现在的劳伦斯伯克利国家实验室)进行分析。在那里,由阿尔伯特·吉奥索领导的曼哈顿计划研究小组孤立了只有200个原子一种含有99个质子和99个电子的新元素。

1955年,研究人员向全世界宣布了他们的发现,并以他们的科学英雄命名:爱因斯坦。

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大而不稳定

爱因斯坦占据了原子99号元素周期表和其他非常重的放射性元素一起,比如锎和锫。一些放射性元素,特别是铀,在地壳中存在着相当数量的含量(每百万分之2.8,地下的铀比黄金还多).但即使是更重的元素,包括爱因斯坦,也只能通过氢弹爆炸或在反应堆中撞击亚原子粒子来人工制造。

什么使元素具有放射性?在元素周期表底部的爱因斯坦和它的邻居的例子中,这是因为它们的原子的大小,约瑟夫·格拉希解释说,他是一名药物化学家,他广泛地研究了用于医学成像的其他放射性元素。

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“当元素达到一定大小时,原子核就会大到解体,”Glajch说。“发生的事情是,它吐出中子和/或质子和电子,并衰变到较低的元素状态。”

随着放射性元素的衰变,它们会释放出亚原子粒子簇,这些粒子以α粒子、β粒子、伽马射线和其他辐射的形式存在。有些类型的辐射相对无害,而其他类型的辐射则会对人体细胞和DNA造成损害。

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短暂的“保质期”

随着放射性元素的衰变,它们也会形成不同原子量的同位素。一种元素的原子量是通过将原子核中的中子数与质子数相加来计算的。例如,1952年在南太平洋收集到的爱因斯坦是一种名为爱因斯坦-253的同位素,它有99个质子和154个中子。

但是同位素不会永远存在。他们都有不同的"半衰期,这是一半的物质衰变为一种新的同位素或更低的元素的估计时间。爱因斯坦-253的半衰期是仅仅20.5天.另一方面,铀-238是自然界中发现的最常见的铀同位素,其半衰期为44.6亿年。

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在实验室(这里的实验室指的是高度专业化的核反应堆)合成像爱因斯坦这样的重放射性元素的困难之一是,大元素开始衰变得非常快。

Glajch说:“当你创造出越来越大的元素和同位素时,把它们留在周围足够长的时间来观察它们会变得越来越困难。”

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伯克利实验室的科学家(从左起)詹妮弗·瓦克,莱蒂西亚·阿内多·桑切斯,科瑞·卡特和凯瑟琳·希尔德在丽贝卡·阿伯格尔化学实验室的通风柜下处理放射性的爱因斯坦样品。
玛丽莲·萨金特/伯克利实验室

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小范围的大突破

这就是为什么会有最近太刺激了在化学领域,一组科学家成功地保留了一个寿命很短的爱因斯坦样本,足够长时间来测量这种超稀有元素的一些化学性质。

由劳伦斯伯克利国家实验室的Rebecca Arbergel领导的科学家们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爱因斯坦-254样品。该样品的重量为250纳克或250亿分之一克,半衰期为276天。当2020年COVID-19大流行爆发时,这项研究被搁置了几个月,在此期间,每30天就有7%的样本降解。

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阿伯格尔的突破来自于创造了一种分子“爪”,它可以将单个爱因斯坦-254原子固定足够长的时间,以测量其分子键的长度以及它发出的光的波长。这两项测量对于理解如何将爱因斯坦和它的重表亲潜在地用于癌症治疗等方面至关重要。18新利最新登入

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