Eine aus Elementen synthetisierte Superwaffe! Sehen Sie, was der Schlüssel zu synthetischen Elementen ist →

Willkommen bei der speziellen Winterferienkolumne „ Hightech-Unterricht für Kinder “ von Science Popularization China!

Die wissenschaftliche Dokumentarfilmreihe „Opening the Door to the Universe“, die vom Science and Technology Communication Center der China Association for Science and Technology produziert und vom Film and Television Documentary Center von China Central Radio and Television und anderen Einheiten koproduziert und ausgestrahlt wird, wurde kürzlich auf CCTV-9 veröffentlicht.

Dieser Film konzentriert sich auf eine Reihe großer wissenschaftlicher Einrichtungen, die mein Land unabhängig entwickelt hat, bietet eine wissenschaftliche Interpretation der wichtigsten wissenschaftlichen und technologischen Infrastruktur meines Landes und zeigt die Erfolge beim Aufbau der wichtigsten wissenschaftlichen und technologischen Infrastruktur meines Landes sowie die wichtigen wissenschaftlichen Forschungsergebnisse, die mit diesen Supergeräten erzielt wurden.

Werfen wir einen Blick auf einige der wichtigsten wissenschaftlichen Einrichtungen!

Wissen Sie, wie das Universum aufgebaut ist? Woher kommen die Elemente, aus denen unser Körper besteht? Wie synthetisiert man Element 119?

Glaubst du es? Einige der Elemente, aus denen unser Körper besteht, stammen aus dem Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, bei dem augenblicklich eine große Menge Wasserstoff, Helium und eine kleine Menge Lithium entstanden. Später, mit der Entstehung der Sterne, entstanden aus Wasserstoff und Helium durch Kernfusion im Inneren der Sterne alle Elemente vor dem Eisen. Im Laufe der nächsten zehn Milliarden Jahre entstanden neben Eisen weitere Elemente durch die Kernverbrennung von Sternen mittlerer und geringer Masse, Supernova-Explosionen und Neutronenstern-Verschmelzungen. All diese Elemente bilden unser buntes Universum.

Allerdings können viele Elemente zwar im Universum existieren, auf der Erde jedoch nicht. Tatsächlich wurden alle uns bekannten Elemente nach Uran 92 im Periodensystem von Wissenschaftlern künstlich synthetisiert.

In Lanzhou, einer wichtigen Stadt im Nordwesten Chinas, befindet sich ein technologischer Gigant: der Lanzhou Heavy Ion Accelerator. Es ist eine aus Elementen synthetisierte Superwaffe .

Der Schlüssel zur künstlichen Synthese von Elementen besteht darin, den Kern eines Elements als „Kanonenkugel“ zu verwenden, um den Kern eines anderen Elements zu bombardieren. Wenn die beiden Kerne verschmelzen, entsteht ein neues Element. Die Anzahl der Protonen im neuen Element ist die Summe der Protonenzahlen der beiden vorherigen Elemente. Wenn man beispielsweise einen Californiumkern mit der Ordnungszahl 98 mit einem Borkern mit der Ordnungszahl 5 bombardiert, entsteht das Element 103, Lawrencium.

Derzeit gibt es 118 von Menschen entdeckte oder synthetisierte Elemente. Das nächste Ziel der Wissenschaftler ist die Synthese des Elements 119.

Zhang Zhiyuan, ein Forscher am Institut für Moderne Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte, dass Element 118 durch den Beschuss von Element 98, Californium, mit Calcium-48, einer „Kanonenkugel“, synthetisiert wurde. Um das Element 119 zu erhalten, müssen wir lediglich Californium durch das nächste Element ersetzen, nämlich Element 99.

Allerdings liegt die weltweite Produktion des Elements 99, Einsteinium, lediglich im Mikrogrammbereich und kann nicht zu Zielmaterial verarbeitet werden. Eine Lösung besteht darin, die Kombination aus Schalenkern und Zielkern zu ändern.

Eine Änderung der Kombination aus Projektilkern und Zielkern führt zu folgendem Problem: Die Abstoßungskraft zwischen den beiden schweren Kernen wird erheblich verstärkt und die Möglichkeit einer Fusion der beiden Kerne wird erheblich verringert. Daher kann Element 119 nur synthetisiert werden, indem man leichte Projektilkerne verwendet, um schwere Zielkerne so stark wie möglich zu bombardieren.

Um die Wahrscheinlichkeit der Synthese neuer Elemente zu erhöhen, ist es notwendig, die Anzahl der Kanonenpartikelstrahlen pro Zeiteinheit, also die Strahlintensität, weiter zu erhöhen. Zu diesem Zweck bauten die Forscher einen Beschleuniger speziell für die Erforschung superschwerer Elemente, der gute experimentelle Bedingungen für die Stoßsynthese neuer Elemente bietet.

„Wir beschleunigen die Strahlteilchen auf fast ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit und lassen sie einen anderen Atomkern bombardieren“, sagte Zhang Zhiyuan.

Ausgangspunkt der gesamten Anlage ist die Ionenquelle des Schwerionenbeschleunigers, in den die beschleunigten Kanonenkugel-Atomkerne gelangen.

Diese Metallziele sind nur wenige Mikrometer dick. Der aus den Atomkernen der Schalen gebildete Strahl trifft auf das Metallmaterial, löst eine Kernreaktion aus und verschmilzt zu neuen Atomkernen.

Wenn der neu synthetisierte Atomkern in das Detektionssystem eintritt, durchläuft er eine Reihe von Zerfällen und wird schließlich vom Detektor erkannt.

Eine erfolgreiche Identifizierung bedeutet, dass das superschwere Element erfolgreich synthetisiert wurde.

Derzeit läuft dieser Beschleuniger für die Forschung an superschweren Elementen seit mehr als 10.000 Stunden stabil. Obwohl es schwierig ist, Element 119 zu synthetisieren, hat die Forschung dazu das Licht der Welt erblickt.

Planung und Produktion

Quelle: Voice of China Association for Science and Technology

Herausgeber: Fu Sijia

Korrekturgelesen von Xu Lai und Lin Lin