元素周期表有沒有盡頭？

去年底，國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）宣布第113、115、117、118號元素存在，這將意味著元素周期表的第七周期將全部填滿，元素周期表總共已經有118個元素了。

6月8日，IUPAC正式公布了4種新發現元素的名稱：113號元素Nihonium（Nh）、115號元素Moscovium（Mc）、117號元素Tennessine（Ts）和118號元素Oganesson（Og）。其中，113號元素是首個被亞洲國家率先發現的新元素，日本理化學研究所森田浩介團隊最終使用了日本本國發音來命名。值得一提的是，來自中國科學院近代物理研究所研究員徐瑚珊和高能物理研究所研究員趙宇亮也是該新元素的共同發現者。新元素的發現究竟是如何實現的，它們會有盡頭嗎？

眾所周知，在自然界中存在的最重的元素是第92號元素鈾。鈾之后的元素稱為超鈾元素，它們只能靠科學家在實驗室里人工合成。

中國科學院近代物理研究所研究員秦芝介紹說，從93號元素镎直到100號元素鐨，都是將靶核放在反應堆的強流中子的輻照下，通過中子俘獲，再β-衰變，從而使靶核的質子數增加來產生的。這些工作主要是20世紀中期在美國的Berkeley實驗室進行的。但是，對于比100號元素鐨還重的元素，上面的辦法就不行了。

后來，人們把主要的精力放在用加速器，通過重離子核反應來產生超重元素。所謂重離子熔合蒸發反應，就是用重離子加速器加速一個原子核，使它與另一個重的原子核發生碰撞。由于原子核都是帶正電的，必須要克服它們之間的庫侖斥力才能形成具有一定激發能的復合核，再通過蒸發少量的中子進行退激，從而產生超重核。這些超重核主要是通過一系列級聯α衰變后，最終衰變成已知的核素，根據α衰變的遺傳關系來鑒別和判斷是否產生新元素。

日本是首個發現新元素的亞洲國家，日本科研界認為這一成果可比肩榮獲諾貝爾獎。日本理化學研究所從第一次發現113號元素到確認總共花了整整9年的時間。對此，秦芝表示，在這個過程中，科學家所付出的努力、承受的壓力，絕不是常人能夠想象的。

“新元素的發現之所以頗為困難，是因為隨著原子序數的增加超重核的合成截面呈指數下降，且壽命越來越短，出現的概率也越來越小，想要捕獲并完成鑒定難度很大。”秦芝解釋，“比如，104號元素一分鐘大概可以產生5個左右，更重的元素的產額是一天一個、一周一個……它們的壽命也隨之從1分鐘減少到毫秒級。”

此外，實驗期間，束流轟擊每天24小時不停止。早年，機器不停，研究人員也不能停，必須夜以繼日地工作。隨著自動化水平的提高，系統穩定后，研究人員才不需要24小時值班。

一般認為，原子序數越往后，產生截面越小，半衰期越短，發現的難度越大。然而，早在20世紀60年代，科學家就提出了理論預言質子數為114、中子數為184的原子核及其附近的原子核會形成所謂的“超重穩定島”，島上的原子核可能具有較長的壽命。不過，至今為止科學家還沒有發現這樣多中子的原子核。秦芝表示，這是合成超重元素的一個重要目標。

如今，核物理學家已經在嘗試制造第119號與120號元素了。而這將打開元素周期表的第八周期，也許人們會好奇，元素周期表有沒有盡頭？

理論上，原子核內能容納多少個質子和中子，原子核的電荷和質量，是存在極限的，量子效應在其中起著非常重要的作用。盡管至今仍沒有確切的答案，但尋找它的過程不僅關系到核物理的重大前沿領域，也是自然科學一個重要的基本問題。