自然界中，質子和中子是組成原子核的兩種基本成分，其中質子的數量确定了元素原子序數的大小。不同數量的質子和中子，又構成了具有不同性質的原子核，人們稱之為核素。對原子核存在極限的探索，以及對自然界中最重原子核的尋找，一直是人們努力追尋的科學問題。

自從1932年，英國科學家J. Chadwick發現中子以來，人類便開啟了人工合成超鈾新元素的大門。因為在那個年代，第92号鈾（U）元素是人們已知的能夠在自然界中尋找到的最重的元素，直到今天依舊如此。起初人工産生新元素的設想是，利用中子射線照射鈾原子核，待俘獲了一個中子的鈾核發生β^-衰變，使核中的中子變成質子後，便生成了比鈾更重的下一個元素。然而，起初的實驗并不順利，相反卻導緻了另一種重要的原子核衰變模式——核裂變的發現。直到上世紀40年代初，美國科學家E. McMillan和P. H. Abelson才首次利用這種方法成功合成了第一個超鈾元素93号镎（Np）。從93号元素镎（Np）到100号元素镄（Fm）的首次合成，人們都采用了類似的中子俘獲然後發生β^-衰變或者輕粒子轟擊重核的複合核過程，通過對靶材料的化學分析來鑒别目标産物。

基于核外電子排布的特征，人們将周期表上锕系之後的所有元素，即原子序數大于103的元素，稱之為“超重”元素或“超锕”元素。半個多世紀以來，由于重離子加速器技術以及先進實驗探測手段的不斷發展，人工合成超重新元素的科學研究已經有了長足的進步。目前，重離子熔合蒸發機制、電磁分離技術、以及單原子關聯探測技術已成為人工合成超重元素的主要手段。簡單來說，就是利用重離子加速器提供的強流重離子束轟擊特制的薄靶材料，當束流粒子與靶核之間發生熔合反應，再蒸發掉幾個中子後，新的未知元素也就産生了。這好比大魚吃小魚的遊戲，大魚吃掉小魚或者蝦米以後，自然會變成更大的魚。由于随着原子序數的不斷增加，彈核和靶核之間發生熔合的概率會呈指數式的衰減，人工合成超重新元素的實驗也變得異常困難。到了原子序數在110以上的超重元素，即使利用國際上最先進的重離子加速器，經曆十多天不間斷的束流實驗，彈核和靶核之間發生大約10^18次碰撞，也許隻能産生一個感興趣的目标核素，可以說，超重元素的人工合成實驗是相當不容易的。同時，這也要求實驗核物理學家們建造非常靈敏的核素分離裝置以及目标核探測裝置，即使隻合成了單個目标核素，也能夠被儀器捕捉和探測到。

2016年6月，國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）宣布，将近期合成的超重元素第113号（Nh）、115号（Mc）、117号（Ts）和118号（Og）正式提名為化學新元素。自此，人工合成的超重元素已經達到第118号，排滿了元素周期表中第七周期的所有元素。最近，一個來自日本理化學研究所、中國科學院近代物理研究所以及德國重離子研究所等單位的科研團隊，利用日本理化學研究所的重離子直線加速器（RILAC），在充氣反沖核磁譜儀（GARIS）上成功合成了兩種116号元素的同位素292Lv和293Lv，該實驗結果是對已有實驗數據的進一步驗證，也為開展更重的新元素合成實驗積累了重要經驗。

随着理論核物理的發展，對超重元素的奇特性質的預言也是促使科學家們在該領域不斷研究的主要動力。自從上世紀60年代初，理論物理學家們就預言，在質子數等于114，中子數等于184的核素附近，存在一批性質穩定、壽命極長的超重核素。處在這一區域的原子核，半衰期甚至可以達到10^9年，這幾乎相當于地球的年齡。由于它們與目前已知的超鈾核素之間還存在許多不穩定的其它核素，因此人們形象地将這一區域的核素稱作“超重核穩定島”。直到今天，幾乎所有相關的理論研究都預言這個“穩定島”是存在的，隻是不同的理論得到的“穩定島”的位置稍有差别而已。

雖然目前人們在實驗室合成的最重的元素已經達到第118号Og，超過了114号，但是中子的數目離預言的穩定島的位置還差至少7個，要合成“穩定島”上的超重核素，對目前的實驗技術來說還具有相當大的挑戰。

作者系中國科學院近代物理研究所副研究員

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