那位前来向王秋通报情况,眼圈严重浮肿的研究员,一脸有气无力地叹息着说道,“……但这种新元素到底该怎么合成,我们可是连一点头绪都没有啊!此外我们也承担不起大量生产新元素的可怕成本……”
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自从俄国的门捷列夫在十九世纪发现元素周期表以来,元素周期表之中当时还没有发现的元素,后来陆续都被人们发现了。随着第九十二号元素铀的发现,地球上自然存在的元素基本都已经被搜集齐全。后来的科学家如果还想要有新的发现,就只能根据这个表的规律,“制造”出自然界中原本不存在的新元素。
在元素周期表上,第九十二号元素铀之后那些“居民”的特点,就是它们大都非常不稳定,大都是些很容易发生衰变的“居民”。它们在自然界并不存在,准确地说,是在地球上没有发现它们,或者说它们占在“房间”里的时间非常非常短,有个别甚至是“一眨眼不到的功夫”就变成另一种元素而“溜”走了!
因此,从铀之后的第93号到118号元素,除镎(Np)、钚(Pu)和锎(Cf)在地球上有极微量存在外,其它都是至今在地球上未能被发现的元素,只能通过人为创造条件来发现或者说制造它们。
那么,人类要如何制造一种自然界不存在的新元素呢?首先得精心选择两种元素,其原子数总和要和新元素的原子数相当。然后把它们放进粒子加速器。让它们的原子核相互以一个非常高的速度加速撞击。其中有些就被撞得粉碎了,但也会有些粒子会黏在一起,“合成”为一个新的核。这就是一个新元素的诞生。
以德国重离子研究中心GSI的合成112号元素(Cn)的实验为例,科学家把原子序数为30的锌原子设法变成离子,让它们成束,然后把它们注入GSI的120米长的粒子加速器内,沿直线方向加速到差不多接近“1/10光速”的速度,直接撞击在原子序数为82的铅制成薄靶上。两个原子高速碰撞的结果是多数都被粉碎了,但还有少量融合在一起形成新的原子,那就是原子序数为3082=112的112号元素Cn。
依靠这种生产新元素的方法,科学家们终于在2015年底,填满了从1到118的元素周期表序列全部空格,目前正雄心勃勃地试图合成后面那些更重的新元素看上去似乎一切都不成问题了,但麻烦的是,你知道一台能够合成新元素的大型回旋粒子加速器,其造价高达多少个亿的美金吗?
人类历史上最早的第一台回旋粒子加速器,其的直径只有十二厘米,小到可以用手提起来。要制造这样的机器,需要一根被抽成真空的电子束管,磁铁可以被用来弯曲带电粒子束,射频振荡器或射频共振腔则是用来加速粒子。但问题是,这样小的加速器无法让粒子达到足够的速度,远远不足以生产出新元素。
目前各国科研机构使用的回旋粒子加速器,通常都是大型和巨型的,其成本至少相当于修建一座教堂。举例而言,欧洲大型强子对撞机是现在世界上规模最大、能量最高的回旋粒子加速器,位于法国和瑞士的边境,英文名称为LHC(LargeHadronCollider)。它是一个圆形加速器,深埋于地下100米,其环状隧道全长二十七公里,因此走完全程要花4个多小时。而配套的各种试验仪器,也是轻则数千吨,重则上万吨,全部金属用量加起来超过一艘大和号战列舰。如果置身其中,简直会让人联想起科幻片中的星舰引擎。
这么一个大家伙,其造价自然不菲,光是全部的建设成本就高达一百多亿美元,而每年的维护运行费用,也在十亿美元以上。开动起来的耗电量更是堪比一座城市!瑞士日内瓦大区百分之十以上的电力都是它消耗的。还娇气得要死,动不动就出个故障,有一次冷却系统出了个毛病,就被迫停机整修了好几个月。
而“尼米兹”号核动力航母的造价,也才只有七亿多美元……这样一台玩意儿比一个航母战斗还要贵!
好吧,如果是为了解决全中国甚至全人类的能源危机,拿出这么一笔巨额开销似乎也还是值得的,别说如今的中国已经阔气了许多,就算是当年穷得吃不上饭的时候,不照样是宁可当了裤子也要搞出原子弹?所以,如果仅仅是投资开销大了些,中央也还是有能力,并且有魄力去解决的。
更要命的是,真正的问题在于,就算是中央投下巨资,成功建起了特大号的回旋粒子加速器,这方舟反应堆上所需的新元素,就真的一定能够生产得出来吗?嗯,根据专家的看法,这前景似乎并不乐观……
确实,凡是对高能量子物理学有所涉猎的人都知道,在用大型回旋加速器将微观粒子打碎后,某些时候会有足够多的碎片会再结合起来形成新的原子核,当这个原子核重到足够稳定时,一种新元素就被创造出来了。但问题是,元素周期表之中那些原子序数较高的元素,由于核中质子数的增加,通过撞击发生核反应时要克服巨大的库仑斥力,所以很难再结合生成原子序数更高的新元素。
因此,即使不惜工本地建造了大型回旋加速器,想要制造出一种地球上不存在的新元素也是非常非常的困难,其成功率堪比买彩票。按照二战后的一般经验,这样的事情大概要五年或十年才能发生一次。如此全靠撞大运的生产效率,简直堪比古代工匠铸造“神兵利器”,根本不能适应工业化生产的最起码需求。
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