利用 $^{294}$Og 合成新元素的可能性探討

核心概念

本研究提出了一種利用雙靶技術合成超重元素（從元素 119 開始）的新方法，該方法基於現有的 $^{294}$Og 合成技術，並通過 $^{294}$Og 與輕核的二次反應來實現。

摘要

文獻回顧

• 第七週期元素的發現推動了超重元素的研究，科學家們致力於探索更重元素的存在。
• 傳統的重離子融合反應，特別是熱聚變反應，是合成超重元素的主要方法。
• 然而，傳統方法的局限性日益凸顯，促使人們探索新的合成途徑。

新的合成方法

• 本研究提出了一種基於雙靶技術的創新方法，利用現有的 $^{294}$Og 合成技術，並通過 $^{294}$Og 與輕核的二次反應來合成新的超重元素。
• 該方法首先利用 $^{48}$Ca 束流轟擊 $^{249}$Cf 靶，合成 $^{294}$Og。
• 隨後，新生成的 $^{294}$Og 立即與第二個靶（例如氫、氘、氦或鋰）發生反應，從而合成元素 119 或更重的元素。

模型與模擬

• 研究採用了兩階段過程模型，包括級聯碰撞模型和去激發模型，模擬了核反應過程。
• 模擬結果顯示，利用 $^{294}$Og 與輕核反應合成新元素的可能性較低，約為 1% 以下。
• 為提高反應效率，需要更高強度的 $^{48}$Ca 束流和更高密度的靶材料。

結論與展望

• 儘管反應效率較低，但本研究提出的雙靶技術為合成新的超重元素提供了一種有潛力的途徑。
• 未來的研究可以進一步優化實驗設計，例如提高束流強度、靶材料密度等，以提高新元素的合成效率。

統計資料

使用 48Ca 束流強度為每秒 9.25×10^13 個粒子，249Cf 靶厚度為 0.34 mg/cm^2，液態氫靶厚度約為 100 mg/cm^2，294Og + p 反應截面為 10 mb，預計每秒可合成 2.22×10^-8 個元素 119 同位素，即大約每 520 天合成一個元素 119 同位素。
若使用氘代替氫，反應截面約為 30 mb，合成一個元素 119 同位素的時間縮短至約 173 天。
考慮到 294Og 在一定厚度靶中的能量損失，實際反應速率可能會降低，合成所需時間可能加倍。

引述

"Currently, the lifespan of the 295Og isotope is 1000 times greater than that of the 294Og isotope [17, 18]."
"The peak theoretical cross section for the creation of element 119 in this reaction is projected to be 0.005 pb [9]."
"theoretical research suggests that the potential cross sections for producing these superheavy nuclei could range between 10−1 and 10−6 pb, highlighting considerable uncertainty in synthesis [14–16]."

從以下內容提煉的關鍵洞見

Examining the potential synthesis of new elements with $^{294}$Og

by Shua... 於 arxiv.org 11-21-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.13095.pdf

深入探究

除了文中提到的輕核，還有哪些核素可能成為合成超重元素的潛力目標？

除了文中提到的氫、氘、氦、鋰等輕核，以下核素也可能成為合成超重元素的潛力目標：

中子: 中子不帶電荷，不受庫侖斥力的影響，可以直接與重核發生反應。利用高通量的中子束轟擊重核，有可能產生新的超重核素。
富含中子的輕核: 例如氚（³H）、鋰-8（⁸Li）等。這些核素的中子數相對較多，與重核反應時可以提供更多的中子，有利於形成更重的超重核素。
具有特殊結構的核: 例如具有暈結構的核，如¹¹Li、¹¹Be等。這些核的中子暈結構可能對合成超重元素產生特殊的影響。
需要注意的是，選擇目標核素需要考慮多方面的因素，例如：

反應截面: 目標核素與重核的反應截面大小直接影響到超重元素的產量。
束流和靶的技術可行性: 需要考慮束流強度、靶材料的製備和使用等技術因素。
反應產物的性質: 需要考慮反應產物的衰變性質，以便於探測和鑑別。

如果未來無法顯著提高束流強度和靶材料密度，還有哪些替代方案可以提高超重元素的合成效率？

除了提高束流強度和靶材料密度，以下替代方案也有可能提高超重元素的合成效率：

優化反應能量: 通過精確控制反應能量，可以提高特定反應通道的截面，從而提高超重元素的產量。
採用新的反應機制: 例如多核子轉移反應、深度非彈性碰撞等，這些反應機制可能繞過傳統熔合反應的限制，提高超重元素的合成效率。
發展新的探測技術: 例如利用氣體充填反沖譜儀、高效率的α衰變鏈探測器等，可以提高對超重元素的探測效率，從而降低對束流強度和靶材料密度的要求。
利用放射性束流: 利用放射性核束，例如富含中子的放射性核束，可以探索新的反應通道，合成更重的超重元素。

超重元素的合成對基礎科學研究有何重要意義？

超重元素的合成對基礎科學研究具有以下重要意義：

拓展元素週期表: 合成新的超重元素可以拓展元素週期表的邊界，探索原子核的穩定極限。
檢驗核結構模型: 超重元素的性質可以檢驗現有的核結構模型，例如殼模型、液滴模型等，並促進新的核結構理論的發展。
探索新的化學性質: 超重元素可能具有與已知元素不同的化學性質，研究這些性質可以加深對元素週期律和化學鍵理論的理解。
探索宇宙中的重元素起源: 超重元素的合成與宇宙中的重元素起源密切相關，研究超重元素的合成機制可以幫助我們理解宇宙的演化過程。
總之，超重元素的合成是核物理和核化學領域的前沿課題，對基礎科學研究具有重要的推動作用。