1952年，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室在第一顆氫彈的碎片中發現了元素周期表上的第99號元素——锿。自那以后，科學家很少用它進行實驗，因為它很難創造，而且具有極強的放射性。
近日，伯克利實驗室的化學家克服了這些障礙，報告了第一個表征錒系元素某些特性的研究，為更好了解錒系其他超鈾元素打開了大門。
這項日前發表于《自然》的研究由勞倫斯伯克利國家實驗室Rebecca Abergel團隊和洛斯·阿拉莫斯國家實驗室Stosh Kozimor團隊領銜，加州大學伯克利分校、喬治敦大學的科研人員也參與其中。該團隊用不到250納克的锿元素，測量了锿的化學鍵長度，這是元素與其他原子和分子相互作用的基本屬性。
“我們對锿元素知之甚少。”伯克利實驗室重元素化學小組負責人、加州大學伯克利分校核工程系助理教授Abergel說，“利用這么少的材料進行無機化學研究，是一個了不起的成就，意義重大。我們對它的化學行為了解越多，就越能將這一理解應用到新材料或新技術的開發中，不僅限于锿元素，也包括其他錒系元素。我們可以建立周期表的趨勢?！?/p>
Abergel團隊使用了幾十年前锿元素發現時所沒有的實驗設施——伯克利實驗室的分子工廠和斯坦福大學SLAC國家加速器實驗室的斯坦福同步輻射光源（SSRL），進行了發光光譜和X射線吸收光譜學實驗。
實驗材料在橡樹嶺國家實驗室的高通量同位素反應堆中制造，這是世界上僅有的幾個能夠制造锿元素的地方之一，涉及用中子轟擊銫靶，以引發一系列的核反應。
研究人員遇到的第一個問題是樣品被大量的锎污染了，制造出足夠數量的純锿極具挑戰性。因此，他們不得不取消使用X射線晶體學的計劃。后來，研究人員提出了一種制作樣品的新方法，并利用了元素特定的研究技術。洛斯·阿拉莫斯國家實驗室研究人員在這一步提供了關鍵幫助。
與放射性衰變作斗爭是另一個挑戰。伯克利實驗室團隊用锿—254進行實驗，這是該元素比較穩定的同位素之一，有276天的半衰期。然而，該團隊的一部分后續實驗因為新冠疫情而中斷，去年夏天，當他們被允許重返實驗室時，大部分樣本消失了。盡管如此，研究人員還測量出了锿的化學鍵長度，并發現了一些與錒系元素不同的物理化學行為。
當科學家有了這張包含锿元素的原子排列圖，他們就可以嘗試尋找有趣的化學性質，提高對周期趨勢的理解。
“通過獲取這些數據，我們對整個錒系元素的行為有更好、更廣泛的了解。在這個系列中，含有對核能生產或放射性藥物有用的元素或同位素?！?/span>
這項研究還提供了探索元素周期表之外的可能性，并可能發現一種新元素。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-03179-3
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