高级搜索

超重原子核与新元素合成

,  , 

downloadPDF

上一篇

下一篇

姜义铭, 张丹丹, 周善贵. 2025: 超重原子核与新元素合成, 物理, 54(9): 599-610. doi: 10.7693/wl20250901
引用本文: 姜义铭, 张丹丹, 周善贵. 2025: 超重原子核与新元素合成, 物理, 54(9): 599-610. doi: 10.7693/wl20250901
shu
JIANG Yi-Ming, ZHANG Dan-Dan, ZHOU Shan-Gui. 2025: Superheavy nuclei and synthesis of new elements, Physics, 54(9): 599-610. doi: 10.7693/wl20250901
Citation: JIANG Yi-Ming, ZHANG Dan-Dan, ZHOU Shan-Gui. 2025: Superheavy nuclei and synthesis of new elements, Physics, 54(9): 599-610. doi: 10.7693/wl20250901
shu

超重原子核与新元素合成

  • 1 中国科学院理论物理研究所 北京 100190;

  • 2 中国科学院大学物理科学学院 北京 100049

    • 通讯作者: 周善贵,email:sgzhou@itp.ac.cn
  • 基金项目:

    国家重点基础研究发展计划(批准号：2023YFA1606500；2024YFE0109800)、国家自然科学基金(批准号：12447101；12375118；12435008；W2412043)和中国科学院B类先导科技专项(批准号：XDB34010100；XDB0920100)资助项目，本文部分计算得到中国科学院理论物理研究所高性能计算平台和中国科学院计算机网络信息中心超级计算中心的支持

Superheavy nuclei and synthesis of new elements

  • 1 Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;

  • 2 School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

    • Corresponding author: ZHOU Shan-Gui, sgzhou@itp.ac.cn

  • 摘要: 合成新元素、探索原子核的质量和电荷极限是当前重要的科学前沿。由于量子壳效应的影响，理论预言在已知核素版图“大陆”之外存在一个“超重稳定岛”。迄今为止，人类在探索“超重稳定岛”的过程中，已经取得了重要进展，合成了从104号(𬬻)到118号(鿫)共15种超重元素，填满了元素周期表的第七周期。目前，119号和120号元素的合成工作也在进行中。实验上合成这些超重元素采用的都是重离子熔合蒸发反应，然而，基于这一反应机制合成新元素面临许多困难和挑战。探索超重原子核的性质及其合成机制，仍需要大量理论和实验方面的工作。文章介绍超重原子核与新元素合成的研究背景，总结实验和理论研究进展，分析面临的挑战，并对未来进行展望。
    Abstract: The synthesis of new elements, sitting at the heart of our exploration of the limits of mass and charge of atomic nuclei, is one of the major challenges in modern science. Based on the quantum shell effect, theoretical predictions have been made of an“island of stability”of superheavy nuclei beyond the known“mainland”in the chart of nuclides. Significant progress has been made in exploring this island of stability, with the synthesis of 15 superheavy elements, from element 104 (rutherfordium, Rf) to element 118 (oganesson, Og), so the seventh period of the periodic table is now complete. These superheavy elements have been produced by using heavy-ion fusion reactions, by means of which experiments to synthesize elements 119, 120 and beyond are being carried out or planned. To achieve this purpose and to land on the island of stability, more efforts should be made to study the structure properties and synthesis mechanism of superheavy nuclei. This article presents an overview of the research in this field, summarizes experimental and theoretical progress and challenges, and provides a perspective for future developments.
  • 加载中
  • Are There Stable High-atomic-number Elements? Science，2005， 309：83；Sanders S (Eds.)，Levine A G (Wr.). 125 Questions： Exploration and Discovery. Science/AAAS Custom Publishing Office & Shanghai Jiao Tong University，2021
    周善贵. 物理，2014，43：817
    Indelicato P. Nature，2013，498：40
    Bohr N. Nature，1939，143：330；Bohr N，Wheeler J A. Phys. Rev.， 1939，56：426
    Mayer M G，Jensen J H D. Elementary Theory of Nuclear Shell Structure. New York：John Wiley & Sons，1955
    Wheeler J A. Nuclear Fission and Nuclear Stability. In：Niels Bohr and the Development of Physics：Essays Dedicated to Niels Bohr on the Occasion of His Seventieth Birthday. McGraw-Hill，1955. pp. 163—184；Scharff-Goldhaber G. Nukeonika (Nucleonics)， 1957，15：122；Werner F G，Wheeler J A. Phys. Rev.，1958， 109：126
    Myers W D，Swiatecki W J. Nucl. Phys.，1966，81：1；Siemens P J，Bethe H A. Phys. Rev. Lett.，1967，18：704
    Sobiczewski A，Gareev F A，Kalinkin B N. Phys. Lett.，1966，22： 500；Meldner H. Ark. Fys.，1967，36：593；Nilsson S G，Nix G R， Sobiczewskiet A et al. Nucl. Phys. A，1968，115：545；Nilsson S G，Tsang C F，Sobiczewskiet A et al. Nucl. Phys. A，1969，131：1； Mosel U，Greiner W Z. Physik，1969，222：261
    Koura H，Chiba S. J. Phys. Soc. Jpn.，2013，82：014201
    Mo Q，Liu M，Wang N. Phys. Rev. C，2014，90：024320
    Rutz K，Bender M，Burvenich T et al. Phys. Rev. C，1997， 56：238
    Rodríguez-Guzmán R，Humadi Y M，Robledo L M. Eur. Phys. J. A，2020，56：43
    Zhang W，Meng J，Zhang S et al. Nucl. Phys. A，2005，753：106
    Zhang K，Cheoun M K，Choi Y B et al. At. Data Nucl. Data Tables，2022，144：101488
    Guo P，Cao X，Chen Z et al. At. Data Nucl. Data Tables，2024， 158：101661
    Li J J，Long W H，Margueron J et al. Phys. Lett. B，2014， 732：169
    Patyk Z，Sobiczewski A. Nucl. Phys. A，1991，533：132
    裴俊琛，许甫荣，吴哲英等. 原子核物理评论，2003，20：116
    Facility for Rare Isotope Beams，Michigan State University. Discovery of Nuclides Project. 2025. 06. 08，https://frib.msu.edu/public-engagement/learning-resources-and-programs/brief-history-of-rare-isotopes
    Dvorak J，Brüchle W，Chelnokov M et al. Phys. Rev. Lett.，2006， 97：242501
    Oganessian Y T，Utyonkov V K，Abdullin F S et al. Phys. Rev. C，2013，87：034605
    Pershina V. Theor. Comput. Chem.，2004，14：1
    Smits O R，Düllmann C E，Indelicato P et al. Nat. Rev. Phys.， 2024，6：86
    Smits O R，Indelicato P，Nazarewicz W et al. Phys. Rep.，2023， 1035：1
    Desclaux J P. At. Data Nucl. Data Tables，1973，12：311
    Schleyer P. Encyclopedia on Calculational Chemistry. New York： Wiley，1998
    Morss L R，Edelstein N M，Fuger J(Eds.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Dordrecht：Springer，2008
    秦芝，范芳丽等. 核化学与放射化学，2009，31：1
    Gaston N，Opahle I，Gäggeler H W et al. Angew. Chem. Int. Ed.， 2007，46：1663
    Seth M，Faegri K，Schwerdtfeger P. Angew. Chem. Int. Ed. Engl.，1998，37：2493
    Fricke B. Struct. Bond.，1975，21：89
    Donnelly J，Thompson A，O’Sullivan D et al. Astrophys. J.， 2012，747：40
    Ter-Akopian G M，Dmitriev S N. Nucl. Phys. A，2015，944：177
    Flerov G N，Ter-Akopian G M. Rep. Prog. Phys.，1983，46：817
    Marinov A et al. Int. J. Mod. Phys. E，2010，19：01
    Marinov A et al. Int. J. Mod. Phys. E，2009，18：03
    Bagulya A V，Kashkarov L L，Konovalova N S et al. JETP Lett.， 2013，97：708
    Testov D A，Briancon C，Dmitriev S N et al. Phys. At. Nucl.， 2009，72：1
    Korschinek G，Kutschera W. Nucl. Phys. A，2015，944：190
    周小红，徐瑚珊. 物理，2019，48：640
    Diamond H，Fields P R，Stevens C S et al. Phys. Rev.，1960，119： 2000
    蔡善钰. 人造元素. 上海：科学普及出版社，2006
    Zhao E G，Wang N，Feng Z Q et al. Int. J. Mod. Phys. E，2008， 17：1937
    Oganessian Y. Lecture Notes in Physics，1975，33：221
    Oganessian Y T，Sobiczewski A，Ter-Akopian G M. Phys. Scr.， 2017，92：023003
    Kratz J V，Loveland W，Moody K J. Nucl. Phys. A，2105， 944：117
    Zagrebaev V I，Greiner W. Nucl. Phys. A，2015，944：257
    Zagrebaev V I，Greiner W. Phys. Rev. C，2013，87：034608
    Li C，Wen P，Zhang G et al. Phys. Lett. B，2018，776：278
    Zhu L，Su J，Xie W J et al. Phys. Rev. C，2016，94：054606
    Wang N，Guo L. Phys. Lett. B，2016，760：236
    Zagrebaev V，Greiner W. Phys. Rev. Lett.，2008，101：122701
    Zagrebaev V，Greiner W. J. Phys. G：Nucl. Part. Phys.，2007，34： 2265
    Thoennessen M. The Discovery of Isotopes：A Complete Compilation. Springer，2016
    Hofmann S，Munzenberg G. Rev. Mod. Phys.，2000，72：733
    Oganessian Y T，Sobiczewski A，Ter-Akopian G M. Phys. Scr.， 2017，92：023003
    Oganessian Y T，Utyonkov V K. Rep. Prog. Phys.，2015，78： 036301
    Rudolph D，Forsberg U，Golubev P et al. Phys. Rev. Lett.，2013， 111：112502
    Morita K，Morimoto K，Kaji D et al. J. Phys. Soc. Jpn.，2004， 73：2593
    Khuyagbaatar J，Yakushev A，Düllmann C H E et al. Phy. Rev. Lett.，2014. 112：172501
    Karol P J，Barber R C，Sherrill B M et al. Pure Appl. Chem.， 2016，88：155
    Zhou S G. Nucl. Data News，2017，118：12
    全国科学技术名词审定委员会. 中国科技术语，2011，13：62
    全国科学技术名词审定委员会. 中国科技术语，2013，15：60
    孟旭，赵恩广，周善贵. 物理，2014，43：215
    全国科学技术名词审定委员会. 中国科技术语，2016，18：25
    甘再国，黄文学，徐瑚珊等. 物理，2024，53：803
    Morita K. Nucl. Phys. A，2015，944：30
    Lu B N，Zhao E G，Zhou S G. Phys. Rev. C，2012，85：011301(R)
    Lu B N，Zhao J，Zhao E G et al. Phys. Rev. C，2014，89：014323
    Wang N，Liu M，Wu X et al. Phys. Lett. B，2014，734：215
    Perera U C，Afanasjev A V，Phys. Rev. C，2022，106：024321
    Ren Z，Toki H. Nucl. Phys. A，2001，689：691
    Chen Y S，Gao Z C. Nucl. Phys. Rev.，2013，30：278
    Xu F R，Zhao E G，Wyss R et al. Phys. Rev. Lett.，2004，92： 252501
    Herzberg R D，Greenlees P T，Butler P A et al. Nature，2006， 442：896
    Feng Z Q，Jin G M，Huang M H et al. Chin. Phys. Lett.，2007， 24：2551
    Shen C W，Abe Y，Boilley D et al. Int. J. Mod. Phys. E，2008， 17：66
    Zagrebaev V，Greiner W. Phys. Rev. C，2008，78：034610
    Liu Z H，Bao J D. Phys. Rev. C，2009，80：034601
    Adamian G G，Antonenko N V，Scheid W et al. Nucl. Phys. A， 1998，633：409
    Li J Q，Feng Z Q，Gan Z G et al. Nucl. Phys. A，2010，834：353c
    Siwek-Wilczynska K，Cap T，Kowal M et al. Phys. Rev. C， 2012，86：014611
    Nasirov A K，Mandaglio G，Giardina G et al. Phys. Rev. C， 2011，84：044612
    Wang N，Zhao E G，Scheid W et al. Phys. Rev. C，2012，85： 041601(R)
    Zhu L，Xie W J，Zhang F S. Phys. Rev. C，2014，89：024615
    Zhang M H，Zhang Z Y，Gan Z G et al. Nucl. Sci. Tech.，2025， 36：204
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  43
  • HTML全文浏览数:  43
  • PDF下载数:  18
  • 施引文献:  0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-07-02
  • 刊出日期:  2025-09-22

超重原子核与新元素合成

    通讯作者: 周善贵,email:sgzhou@itp.ac.cn
  • 1 中国科学院理论物理研究所 北京 100190;
  • 2 中国科学院大学物理科学学院 北京 100049
  • 收稿日期:  2025-07-02
基金项目: 

摘要: 合成新元素、探索原子核的质量和电荷极限是当前重要的科学前沿。由于量子壳效应的影响，理论预言在已知核素版图“大陆”之外存在一个“超重稳定岛”。迄今为止，人类在探索“超重稳定岛”的过程中，已经取得了重要进展，合成了从104号(𬬻)到118号(鿫)共15种超重元素，填满了元素周期表的第七周期。目前，119号和120号元素的合成工作也在进行中。实验上合成这些超重元素采用的都是重离子熔合蒸发反应，然而，基于这一反应机制合成新元素面临许多困难和挑战。探索超重原子核的性质及其合成机制，仍需要大量理论和实验方面的工作。文章介绍超重原子核与新元素合成的研究背景，总结实验和理论研究进展，分析面临的挑战，并对未来进行展望。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (87)

目录

/

返回文章
返回