重生之大科学家 作者:何事公- 第150部分

孙元起的假期只有三个月，从十一月中旬从武汉启程算起，现在已经一半。在剩下的一个半个月里面，还要横跨大西洋、美洲大陆、太平洋，根本没有多少富裕。所以交待学会诸人在美国、加拿大、日本主要报刊上呼吁成立学会支部后，急急忙忙踏上前往美国的客轮，赶赴MIT和耶鲁大学。在那里，还有一大班同事翘首以盼呢。

长话短说，在六天之后，孙元起顺利抵达纽约。因为紧迫，他顾不上长途旅行后的休整，便在同事陪同下来到耶鲁大学。

从1904年离开美国算起，孙元起已经三年多没有来到元素实验室。但同事们没有因为孙元起的离去而停下手中的工作，除了依照孙元起的指点做一些实验外，也利用粒子加速器做出很多杰出的成果，比如用α粒子轰击铋靶合成原子序数为85的元素砹、在锕227的衰变产物中了原子序为87的元素钫、用粒子加速器制造了多种已知元素的同位素。这些成果，使得这间实验室在仅仅成立六七年之后，声誉便足以媲美老牌的英国卡文迪许实验室。

实验室同事听说孙元起要来，都放弃了年假，聚在会议室里。孙元起刚进门，热烈的掌声便席卷而来。

寒暄已毕，实验室美方主任德库拉教授便开始汇报这几年来的工作进展，然后，他便直截了当的问道约翰逊，实验室未来几年的工作打算是？”

尽管他一去数年，但依然还担任实验室的中方主任，闻言便笑道哪有一来便指手画脚的道理？我还是想先听听你们的计划吧。”

德库拉教授也不客气，拿出一页纸递了在的数年间，实验室结合着和你对元素周期表的描述，对已经的各种元素进行检测。经过一系列严格的检测，在铀之前至少有3种元素尚未被，所以我们想在未来一段，拟定合理的实验方案，加大实验力度，严格检测，争取把元素周期表给补齐。这些便是我们大致拟定的几种实验方案，请您过目”

早在1899年孙元起撰写《从原子、原子结构到元素、元素周期表、分子及化学反应本质即后来简称《化学原理》的小册的时候，就“设计”了3年英国物理学家莫塞莱的实验，证明光谱特征线的频率和元素的原子序数具有内在关系，明确作为周期律的基础不是原子量，而是原子序数。这个实验被严格证实后，迅速被学界所普遍接受。元素实验室同时就是用这种方法，现在元素周期表中存在的空缺。

孙元起接纸张，原来空缺的是原子序数为61、72、75的三种元素。因为经常翻《元素史》，孙元起自然是这几种元素为到现在还没被：原子序数为72、75的两种元素倒是天然存在，可要想它们，除了方法对路、仔细分析外，关键还得看运气。

比如原子序数为75的元素铼，早在门捷列夫建立元素周期系的时候，就曾预言它的存在，科学家也致力于从锰矿、铂矿以及铌铁矿中寻找它的踪迹，可数十年来一直没人正式它。1922年，刚从柏林大学毕业的诺达克把这种元素定为的科研目标，在塔克和伯格的帮助下，把可能含有这种新元素的矿石仔细分馏了三年，最终修成正果，并以莱茵河的名称把它命名为铼。——当然，诺达克除了新元素外，还有一项收获：获得了塔克的芳心。在1926年，他们正式结婚，婚后两人继续研究铼和其他各种元素。

再比如原子序数为72的元素铪。

铪地壳中含量很少，常与锆共存，并无单独矿石。在早期，化学家普遍把铪归属于稀土元素，所以大家都着眼于从稀土元素矿物中，所以一无所获。其实按照孙元起提出的新理论，铪应该是和钛、锆同属一族，应当从含锆和钛的矿石中去寻找。事实上也是这样，1923年瑞典化学家赫维西和荷兰物理学家科斯特在锆石中了这种元素，为了纪念该元素的所在地——丹麦首都哥本哈根，命名它为铪。

这种元素较多存在于挪威和格陵兰所产的锆石中，在其他地方所产的锆石中就含量很少。如果你拿不到合适的锆石，花费再多的精力，也是瞎子点灯——白费蜡。所以说，科研多少还得靠运气。

接下来该说说原子序数为61的元素钷了。

在历史上，钷是继锝之后，人工制得的第二个化学元素。在此之前，人们通过各种方法在寻找这个“千呼万唤不出来”的镧系成员，用尽各种手段都没有成功，一度被称为“失落的元素”。在1926年，前不久刚铼元素的诺达克夫妇，不顾新婚燕尔，为了寻找钷的踪迹，利用当时一切可能的技术，分析了预期含有钷的15种矿物，处理了100千克稀土，都没能检测到。最后，化学家们已经是山穷水尽无路可走，只好请物理学家出马。

物理学家最早想到的方法是从回旋加速器中产生。最初实验方案是用加速后的氘核轰击钕靶，通过核反应产生了61号元素的一个同位素。结果倒是有，可他们的结果仅是根据辐射测量数据得出的，人们怀疑钕靶的纯度和他们的鉴定方法，所以毁誉参半。

物理学家接下来想到的方法是核裂变。

20世纪40年代中最伟大的之一是铀的裂变。铀235在慢中子作用下，分裂成两块碎片，每一片都是元素周期表中一种元素的同位素。通过核裂变方法，可以产生从锌到钆30多种元素的各种同位素，用此法得到的钷元素约为裂变产物总量的3％。可是用普通的化学方法很难提取这3％的61号元素。

此时，化学家有了用武之地。美国马林斯基等创新性地应用了一种新的化学技术——离子交换色谱技术来分离铀的裂变产物，在1945年最终分离出了这个让人们望眼欲穿的元素。

是离子交换色谱技术？作为物理学硕士的孙元起自然不，面向中学生的《元素史》也不会说。当然，即便书中说了，孙元起还是束手无策：离子交换色谱法需要使用离子交换树脂，这离子交换树脂又该弄、找谁生产？还是没办法。孙元起都没办法的事情，估计元素实验室的同仁们在未来十多二十年间更无从下手了。所以，钷的只能等待以后的技术发展。

孙元起看着德库拉教授递的纸张，看了一遍，然后评价道关于原子序数为61的元素，你们提出用加速后的氘核轰击钕靶，这个想法很正确，毕竟锝元素就是这样的。不过这种方法得到的新物质太少，所以我建议大家把这项工作当作一种长期性的任务，不必急在一时。”

大家有些不解：为不急在一时？一万年太久，只争朝夕啊却又不好直接问。

孙元起接着说道至于原子序数为72的元素，你们觉得应该分析稀土元素矿物，这有些不妥。我觉得这种新元素应该是和钛、锆同属一族，应当从含锆和钛的矿石中去寻找，而不是稀土元素矿物。当然，各地矿石伴生的元素可能也不一样，你们最好把各地所产的矿物搜集齐备。”

“大家应该从挪威和格陵兰所产的锆石去寻找”这类的话当然不好明说，否则这便是“多智而近妖”，该惹人怀疑了。

实验室的同事赶紧动笔，记下了孙元起的建议。

孙元起又说道原子序数为75的元素，你们打算分析辉钼矿、稀土矿和铌钽矿，这应该大致不差。不过我怀疑这种元素含量太低，必须要非常细致才行，工作量也会很大。”

铼在自然界含量确实很低，诺达克夫妇等人在元素周期律的指导下，通过对1800多种矿物的分析，才最终在铂矿中了铼由此可见一斑。

德库拉教授点点头我们在前几种元素的过程中，已经在实验室培养出一种耐心又细致的工作氛围，只要方向正确，那么我们就一定可以达成目标”

周围同事一齐点头，表示赞同。

“约翰逊教授，我们非常希望听到你对实验室未来工作的建议。”德库拉教授道。

孙元起沉吟片刻，这才说道我觉得，在铀元素之前的元素基本被后，元素实验室的研究方向应该分为两类，其一是研究已知元素的制备方法，其二则是研究超铀元素。”

一六五、柳花阵阵飘春水

一六五、柳花阵阵飘春水

第一六六章醉后无心怯路歧

对于实验室司事来说，元素element一词自然是耳熟能详：但tnansunanic无疑是个新词，引得大家一片议论。

当孙元起把这个词写到黑板上的时候，大家发现词意并不难理解：tnans，这个词头表示跨越、超过的意思，比如tnanslation、tnanspontation等；unanic，在化学上是“铀的“。两个单词合起来，就是“超铀的“意思。

可超铀元素是什么？

铀是自然界中能够找到的最重的元素，自从1789年德国化学家克拉普罗特把它从沥青铀矿中分离出来后，化学家一直在尝试发现比它更重的元素。一百二十年过去了，化学家们发现了更多的元素，甚至确定了铀的原子序数是92，却依然没有发现比它更重的元素。

超铀元素？世界上存在原子序数超过钠的元素么？大家心里都有这样的疑问。是的，超铀元素。”孙元起很肯定地说，“铀是自然界中能够找到的最重元素，这是毋庸置疑的。超过铀的元素因为大多数都不稳定，半衰期很短，所以在自然界基本上约等于不存在。要想发现和制取它们，只有通过人工核反应。

关于超铀元素的提出，孙元起纠结了很长时间，因为制备超铀元素一般有两条途径：第一条途径比较好实现，就是加速筑核来轰击铀238，从而获得了杯239。杯是原子序数为94的元素，这样一来，超铀元素的概念就得以证实。可是杯239裂变速度快、临界质量小半衰期长，部分核性能比铀235还好，加上铀238在自然界储量又高使得杯239一度成为早期核龘武器中最重要的核装料。二战末期投放在长崎市和广岛市的原子弹，都是使用杯239制作的内核部分。当然，有利就有弊，杯239的毒性非常大，生产成本也高，需要建造复杂的生产堆和后处理厂，才能实现工业化生产。第二条途径最为人所熟知，即用中子轰击铀。用中子来轰击一种元素时，经常会使被轰击元素转变为原子序数比它大的元素。这样一来超铀元素就可以源源不断地被发现。但这里面却存在这两个问题。

首先现在还没有发现中子。中子倒不难发现，尤其是现在粒子加速器被发明之后，只要用它来加速a粒子，然后轰击被、硼或锂这些较轻的元素，就可以获得中子。尽管单独存在的中子不稳定平均寿命只有大约16分钟，却足以用来做很多事了，比如加速后轰击铀。

其次是一旦用中子轰击铀，除了出现新元素之外，最有可能出现的现象就是核裂变！核裂变既是一个极复杂的核过程，又具有重大的实用价值，一旦公开，就会引发全世界的关注。当年铀核裂变的假说一经提出，世界上所有的物理实验室立刻沸腾起来，迅速对这一现象展开了紧张的研究。在不到一年的时间里发表的有关核裂变的科学论文就达到了一百多篇，这在物理学史上是没有前例的。既然大家全神贯注研究核裂变，那链式反应必然要被发现，核龘武器也就呼之欲出了。

当然，从发现链式反应到实现可控链式反应，可不是一蹴而就的，用它来制造核龘武器更是难于上青天。因为最初，所有在实验室进行的研究工作都是利用铀235来实现可控链式反应。铀强是一种稀有的司位素，在天然铀中的含量只有0。7％。要实现核爆炸可能需要几公斤到几十公斤纯度90％以上的铀235。在1940年之前，人类从未获得过哪怕是超微量的纯铀235要生产出以“公斤“计的这东西来，不啻是天方夜评！

这两方面的利弊，孙元起泉衡已久。此时提出“超铀元素“的概念，却是心中已经拿定主意：“之前，我们用筑核照射相发现了第一种人造元素碍。同理，如果我们用筑核照射铀，会不会产生新的元素呢？我想，答案应该是肯定的！

“在发现碍元素之后肯定也有很多人想过用筑核照射铀，但迄今没有任何结果报告出来。为什么呢？这里面的原因大家都能想到首先是铀很珍贵，普通人没有能力来做这个实验：其次，用筑核照射铀之前，必须用大型粒子加速器来加速，才可能获得的结果。这样的加速器，眼下只有我们元素实验室才有，这就给了我们一个机会，相信只要大家克服样本质量小分离难度大等难关，一定会有所发现！“为什么泄露第一种方法呢？孙元起有自己的考虑：在发现核裂变之前，杯的某些特性并不会引起研究者太大的关注。再者，提纯杯239实现工业化生产，需要建造复杂的生产堆和后处理厂，至少孙元起手头暂时没有这种研究能力和工业基础，所以必须给足元素实验室足够的甜头，然后用“研究已知元素的制备方法“的合理借口，让他们先走一步，才能间接地实现自