俄罗斯和美国之间最成功的科学合作之一发现了五种元素——然后悄然终止

　　我在化学世界工作的时候只被人拿枪指着过一次。10月的一个寒冷的早晨，在俄罗斯杜布纳的联合核研究所(JINR)，军事警卫们还没有被告知我们的相机，他们仍然站在冷战后的岗位上，随时准备着ak -47。经过一些仓促的谈判，我们才被允许进入，可以看到这台机器——和团队见面——他们发现了目前已知的五种最重的元素。

　　这一切都要归功于近30年前两个昔日对手之间开始的合作关系。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家马克·斯托耶(Mark Stoyer)回忆说:“这是一次特殊的、或许是独一无二的、长期的合作。”他也是与俄罗斯人联合的美国团队的一员。他补充说，这是一次“在科学上极具生产力和成果”的合作。

　　

　　尤里·奥加内森是唯一一个以他的名字命名化学元素的人

　　我们去JINR的原因是Yuri Oganessian——他即将成为唯一一个以他的名字命名元素的人。他在一间宽敞的办公室里热情地迎接我们，咯咯地笑着，几乎像祖父一样，办公室里仍然摆满了他的前任——JINR元素发现团队负责人乔治·弗莱洛夫(Georgy Flerov)的画作。奥加内西安解释说，是弗莱洛夫开启了这段不太可能的合作关系。

　　自20世纪40年代以来，元素的发现已经超越了地球上自然存在的元素。相反，它们是通过核聚变产生的——将两个原子核粉碎在一起，产生超重的放射性元素。在长达40年的时间里，美国和苏联都在争夺席位，导致了一场被称为“转移战争”的对峙。到了20世纪80年代，德国GSI达姆施塔特的一个新的竞争团队也开始制造元素。为了再次取得优势，弗莱洛夫迈出了前所未有的一步。1989年，在一次会议上，他与LLNL的科学家肯·胡莱特交谈，并邀请他与他们一起工作。一支新的俄美队成立了，与附近的LBNL队直接竞争。

　　弗莱洛夫于1990年去世，但在他最终的继任者奥加内西安的领导下，这种合作蓬勃发展。虽然GSI发现了更多的元素，但JINR-LLNL团队采用了一种被称为热聚变的新技术，这将使他们到达更远的地方。通常，当原子核碰撞在一起时，会有太多的能量，新形成的原子核会在核裂变中分裂。德国人使用冷聚变，利用尽可能少的加速器能量来制造元素。这是可靠的，但随着元素变得更重，截面——成功的概率——变得更小。

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　　热聚变是不同的。加速器的功率增加了，使成功的机会更大，但裂变的可能性更大。为了弥补这一缺陷，研究小组决定使用一束钙-48，一种比平常多出8个中子的同位素。这使得新形成的原子核可以像船的压舱物一样释放中子，减少能量，并使新形成的原子核更加稳定。

　　奥加内森在JINR的导游之旅很有启发。当然，还有粒子加速器和它的光束线——一个巨大的回旋加速器，看起来像一个夹在夹子里的巨大锌电池。但也有废弃的建筑，还有用烤豆罐做盖子的液氮罐——这是资金紧张的迹象。最重要的是，科学家们有一种兴奋的感觉:他们正在扩展元素周期表，在可能的边缘寻求发现。

　　我后来去旧金山郊外温暖的利弗莫尔(Livermore)葡萄酒产区拜访了他们。我遇到了许多前往JINR的LLNL研究人员，其中最著名的是Stoyer和另一位元素发现者Dawn Shaughnessy。来自加利福尼亚的他们对杜布纳的现实感到震惊:一个伏尔加河岸边的野兽派建筑和苏联壁画的小镇，直到十年前才有一家酒店(据说被窃听了)，没有超市。然而，JINR拥有世界上最好的寻找元素的粒子加速器。结合美国团队的尖端数据分析，以及他们的秘密武器钙-48，新元素源源不断。

　　在20世纪90年代末和21世纪初，他们的技术取得了一系列成功:首先，在2012年确认了114号元素和116号元素，并将其命名为flerovium和livermorium，以庆祝它们历史性的合作关系。正如我们20年前在《化学世界》上报道的那样，113、115和118号元素也被发现了。但117号元素仍然难以捉摸。问题是，要用钙-48制造这种元素，研究小组需要一个由97号元素锫制成的目标。但是没有任何东西可以吃。世界上只有两个核反应堆可以生产大量的锫，而且由于这种元素没有用处，它们都没有成功。

　　

　　20年前，《化学世界》报道，美国和俄罗斯之间的合作成功地创造了两种新元素——113号元素和115号元素，后来被命名为nihonium和muscoum

　　2010年，这个问题在橡树岭国家实验室得到了解决。橡树岭国家实验室是第一个永久性核反应堆的所在地，是二战期间为曼哈顿计划建造的。橡树岭仍然是一个重要的研究基地，拥有两个反应堆中的一个，并同意在生产98号元素(加州)用于商业目的时，为一个目标分离足够的锫。JINR-LLNL的伙伴关系获得了第三个成员，117号元素紧随其后，后来被命名为tennessine，以纪念橡树岭的家乡。

　　

　　橡树岭国家实验室在117号元素(现在的田纳西)的发现过程中发挥了重要作用，因为那里的核反应堆可以提供所需的锎目标

　　2015年，有足够的证据表明，元素周期表第八行剩下的元素——113、115、117和118——已经被制造出来。然而，故事的另一个转折将把我带到了Wako，一个位于东京地铁边缘的小城市。站外，每一个元素周期表上的青铜牌匾，就像一条面包屑的踪迹，把我带到了理化学研究所的门口。在这里，一个日本团队出人意料地发现了113号元素，他们使用的是较老的冷聚变技术。理研研究所西国中心(Nishina Center)主任Hideto En ' yo告诉我，发现一种元素是日本历史上的一个梦想。他说，这是一个从错误中恢复过来的梦想，对日本来说，这是一个长达一个世纪的项目。

　　

　　西研加速器科学中心113号元素就是在这里合成的。这种元素后来被命名为nihonium，这是日本的一个词

　　错误在于小川正孝声称制造出了第43号元素，该元素在被推翻之前的几年里一直被称为nipponium。在森田康介(Kosuke Morita)的指导下，这个日本团队总共花了九年时间，试图找到113号元素的三个原子，以证实他们的发现，直到2011年福岛核事故后，其他实验被关闭，他们才有足够的时间使用加速器。这一结果得到了回报——日本和亚洲被公认为元素周期表上的第一个元素。由于无法再次使用nipponium作为名称，它被以nihon(日本的另一个单词)命名为nihonium。

　　然而，理研对日本声望的刺激并没有减损JINR-LLNL惊人的成就。对许多人来说，这次合作不仅仅是职业生涯的亮点:它让他们在历史上占据了独特的地位。肖内西和斯托耶已经超越玛丽·居里，成为发现元素最成功的女性，两人都发现了5种元素;在橡树岭，克拉丽斯·菲尔普斯(Clarice Phelps)同样创造了历史，她是第一位发现一种元素——田纳西州的黑人女性，这一成就使她在美国全国电视和广播中频频露面。利弗莫尔市甚至建造了利弗摩利姆广场来纪念这支球队。

　　奥加内森的名字也被永记在元素周期表上，与建立合作关系的人一起，被称为flerovium和奥加内森。当我问奥加内松，作为世界上唯一一个拥有以他名字命名的元素的人，他有什么感觉时，他告诉我:“很难说出我的感受。”“这是我的合作者提出的。所有参与其中的人都得出了这个结论……这对我来说是一种荣誉，但我的朋友和同事们想要表达这一点。”对于他的球队来说，这是实至名归的。Oganessian不是传统意义上的首席研究员;他们把他形容为马戏团的领班或电影导演——他的天赋是创造力和领导力，而不仅仅是纯粹的科学。尽管已经90多岁了，他仍在寻找更多的元素。

　　2019年，JINR和LLNL的研究人员庆祝了合作30周年。他们已经有了更多元素的计划。虽然不能使用钙-48(要制造119号元素，需要将其射入目标元素中，而这种元素只能以微克为单位生产)，但他们有了另一种选择。JINR有一台新的、更好的机器——超重元素工厂——它会向橡树岭制造的一个加利福尼亚靶发射钛-50光束，以产生元素120。他们预测，成功将在五年内到来。

　　命运另有安排。

　　斯托耶说:“虽然球队没有错，但新冠疫情和(俄罗斯入侵乌克兰造成的)政治局势减少了两国之间的旅行。”没有旅行的能力，美国和俄罗斯就不能有效地合作，随着东西方外交关系的破裂，美国政府实验室无法向超重元素工厂提供目标材料。“在当前动荡的环境下，情况实际上并不容易，”奥加内西安去年告诉《化学世界》。他说，我们不能与LLNL和橡树岭合作，因为JINR位于俄罗斯。

　　JINR-LLNL的合作关系似乎结束了，就像它开始时那样突然和令人惊讶。

　　今天，新元素的焦点已经转移。橡树岭研究所继续与理研研究所合作，通过向锔靶发射钒束，使日本在119号元素的发现方面处于领先地位。去年，美国政府宣布了一项新的寻找120号元素的计划，该计划由JINR的冷战对手劳伦斯伯克利领导，并得到橡树岭和LLNL的支持。劳伦斯伯克利在21世纪初放弃了元素发现。元素搜寻界的大多数人都把希望寄托在这里。其他的可能包括GSI达姆施塔特，一旦新的同步加速器的工作完成，以及法国卡昂的加尼尔加速器的一个团队。

　　

　　德国研究人员希望GSI达姆施塔特将能够在元素周期表中添加另一种元素

　　然而，30年共同成功和友谊的遗产不太可能在一夜之间消失。斯托耶说:“我更愿意把这种合作视为休眠状态。”“合作的想法是为将来再次合作变得更容易的时候准备的。”

　　然而，即使它没有实现，它的遗产也不会让包括斯托耶在内的研究人员感到遗憾。“我可以诚实地说，我很感谢JINR-LLNL的合作。特别感谢参与其中的许多富有创造力、勤奋努力、才华横溢的人。”

　　在完成我在布拉德福大学的药学学位后

　　d(包括在社区和医院药房工作一年)，我决定做unco

　　科学新闻的传统飞跃。在接手英国医学协会(British Medical Association)网站上的宣传活动之前，我曾为全科医生和药剂师撰写杂志。从那里我回到药房，管理所有的临床公司

　　在有机会加入化学世界团队之前，他在《药学杂志》和《临床药剂师》上发表了一篇文章。我偶尔也会

　　最后为《每日电讯报》写点东西，并在各种持怀疑态度的播客中出现。查看完整档案