我只是在考慮放射性極限範圍內可以存在的最後一個原子數,並考慮了量子物理和化學因素中的所有其他因素。
我只是在考慮放射性極限範圍內可以存在的最後一個原子數,並考慮了量子物理和化學因素中的所有其他因素。
沒人真正知道。使用原子的樸素玻爾模型,我們在$ Z = 137 $附近遇到麻煩,因為最裡面的電子必須以高於光速的速度移動。此結果是因為Bohr模型未考慮相對性。求解來自相對論量子力學的狄拉克方程,並考慮到原子核不是點粒子,那麼任意高原子數似乎都沒有真正的問題,儘管在$ Z \ approx 173以上開始出現異常效應$。這些結果可能會被當前的量子電動力學理論甚至是一個新理論的更深入的分析所推翻。
據我們所知,我們永遠都不可能接近這樣的原子序數。非常重的元素對於放射性衰變成更輕的元素非常不穩定。我們當前生產超重元素的方法是基於加速相對輕元素的某個同位素,並擊中由重元素的同位素製成的目標。該過程效率極低,並且需要大量時間來生產大量材料。對於最重的元素,要檢測甚至很少的原子也要花費數年。最重的目標的壽命非常短,而彈丸與目標之間的碰撞效率非常低,這意味著要比目前的118個元素更難以前進。我們可能會在$ Z = 114 $和$ Z = 126 $附近的穩定島中找到更穩定的超重同位素,但預測的最穩定同位素(即使那時也不會持續超過幾分鐘) )原子核中有大量中子,我們不知道如何產生它們;我們可能會被譴責僅僅避開穩定島的海岸,而從不攀登它們。
編輯:請注意,上面給出的最佳計算僅基於量子電動力學,即僅考慮電磁力。顯然,要預測原子核的行為(因此可以在無法進一步擴散之前將多少個質子塞入原子核),就需要詳細了解強核力量和弱核力量。不幸的是,對核力的數學描述在當今的物理學中仍然是一個極其棘手的問題,因此沒有人希望從這個角度提供一個嚴格的答案。
必須有一定的限制,因為殘餘核力量的範圍很短。在某個時刻,原子核中將有太多的質子和中子(並且最終的原子核將變得如此之大),以至於原子核的直徑相對的部分無法彼此“檢測”,因為它們太遠了遠。每個附加的質子或中子都會通過強大的核力產生較弱的穩定性。同時,質子之間的電斥力具有無限範圍,因此每增加一個質子都會產生相同的斥力。這就是為什麼較重的元素需要越來越高的中子/質子比來保持穩定的原因。
因此,在一定的原子序數下,質子的電斥力將始終與質子和中子的強大核引力相抗衡,這可能與我們當前的記錄Z = 118 $相比並不高。核。因此,所有足夠重的原子核幾乎都會在存在後立即自發裂變,否則所有到達元素的有效反應路徑都將需要發生事件,這種事件發生的可能性極低,以至於即使整個可觀察宇宙中的所有核子都發生碰撞自從大爆炸試圖合成最重的元素以來,我們可以互相統計,甚至預期一次也不會產生足夠重的原子。
必須將“元素”定義為具有指定質子數的所有原子核的集合。不能使用基於電子(或其他輕子)的定義,因為與元素關聯的電子數量隨原子環境而變化。
將“原子核”定義為一組質子和中子,在一口普通的核勢能井中,相對於成套設備形成時間而言,平均壽命大。 (核相互作用發生在整個時間範圍內,約為$ 1 \ times10 ^ {-23} $秒。)
如果將中子添加到原子核中,則每個中子的束縛力都比最後一個弱。最終,最後添加的中子不受束縛,因此又回來了。通常,這發生在相當於$ 1 \ times10 ^ {-23} $秒的時間內。對於每個質子數Z,都有最大數量的中子,稱為Nd,它可以位於具有Z質子的核中。核素集合$(Z,Nd)$是Z,N平面上的曲線,稱為中子滴線。中子滴線定義了具有給定數量的質子的原子核的最大尺寸。
如果具有Z質子的核中子太少,則會發生兩種情況之一。它可能會彈出質子或會裂變。但是,大核幾乎總是會發生裂變,因此這是重要的標準。原子核最簡單的可行模型是“液滴模型”。由於它的電荷試圖將其推開,因此,將原子核視為一個微小的,高度受力的氣球,可以更好地了解作用力。電斥力變化為$(Z ^ 2 / / r_ {eff})$,其中reff是等效點電荷之間的距離。將原子核拉在一起的是表面張力-不平衡的核內聚力-所存儲的總“表面能”變化為$(r ^ 2)$,其中r是核半徑。庫侖與表面能之間的比率由$(Z ^ 2 / r_ {eff})*(1 / r ^ 2)= K $定義。設置$ r_ {eff} = r $。核體積與集合中粒子總數$ A = Z + N $成正比。這意味著r隨$ A ^ {1/3} $變化,因此$(Z ^ 2 / / r ^ 3)= K =(Z ^ 2)/ A $。 K被稱為“裂變參數”。給定的K值定義了一組原子核,它們具有類似的防止自發裂變的液滴模型屏障。對於K的指定值,$ N(Z)=(1 / K)*(Z ^ 2)-Z $定義$(Z,N)$平面上恆定裂變勢壘高度的曲線。一條特定的曲線定義了劃分裂變屏障存在的核子集和不存在裂變屏障的子集的線。換句話說,它定義了給定Z原子核可能具有的最小中子數。
至少一個核模型包括具有高達$ 330 $的中子和$ 175 $的質子的核(1)。可以從中子滴線得出它們與Z的函數關係式。 $ N / Z $的第二個等式為$ f(Z)$可以用來構造替代的滴水線。在$ N = 330 $以下,KUTY的中子滴水線沒有任何明顯的變化。儘管如此,當推算到未知數時,還是明智的做法是考慮將原子核中的中子數上限提高1/4 $數量級(1.77 $)倍。
液滴理論預測立即裂變$ K>50 $;然而,液滴模型並未考慮核結構產生的額外結合。 KUTY模型中任何原子核的最大K值可用來指導克服這些校正必須有多大的K。將該值作為$ K = 50 $和要使用的K值之間的幾何平均值,得出$ K = 102 $。 (這是嘗試的三種技術中的最高者。)
對於較大的Z,裂變曲線的上升速度比滴線曲線的上升速度快。它們相遇的點是最大可能的核。任何較大的物體都會因中子發射或裂變而立即衰減。從名義上講,最大的原子核$ Z = 592 $,$ N = 2846 $-但這對於這種計算來說太精確了。可以合理地說,最大的原子核有$ Z <600 $和$ N < 3000 $。
我的話很可能是完全錯誤的。我希望如此,因為那將意味著比我更了解這一點的人提出了一個更好的答案。
天真地,Z〜137或更大的核電場是精細結構常數的倒數,將“產生真空”。真空會破裂成電子-正電子對。電子進入將質子轉化為中子和中微子。如上所述,非經典療法表明我們永遠不會靠近會激發真空的冷核。 RHIC和LHC通過碰撞深相對論的金或鉛原子核而熱抽真空。
製造新的重元素的最大問題是在其中獲得足夠的中子,同時使最重的原子核與最輕的原子碰撞以完成工作。聚變電荷排斥是兩種電荷的乘積。必須將其最小化。 Ca-48在腳註中很穩定,並且可以與現有的超鈾酸類藥物融合。產生的同位素太缺乏中子而無法粘附。人們可能會使用大型的自定義配置的H炸彈來做一些聰明的事情-那裡有很多壓縮和中子密度-但樣本檢索存在問題。
真正的事實是我們不確定。接受量子力學,我們有部分答案,但是直到我們測試完之後,我們才能知道其餘的答案。奇怪的是,Z越高,原子越相對論。因此,相對論量子力學在元素週期表中確實很重要。
選項1。有些事情可以避免允許元素Z> 118。那是不太可能的。 Pekka Pykko進行了模擬,直到173 ...
選項2。最大Z在122-173之間。似乎也不太可能!唯一的警告是Z = 137是特殊的,因為Dirac方程暗示由於精細結構常數的值,對於Z> 137,電子1s的速度大於光速。但是,這樣做忽略了原子核的有限延伸。因此,在這裡我們認識到原子的最終命運取決於核的穩定性。
選項3。元素在173之前都是穩定的,核物理學的作用是避免較高的元素出現在137和173之間。 173 ...這更有可能,但沒人知道...
選項4。原則上也允許使用元素,即使在超臨界Z或更高的頻率下,直到原子核無法支撐更多殼為止。由於模擬有限,我們真的不知道會發生什麼。也許量子計算機可以在這裡幫助我們(我希望如此),以模擬這些量子領域中的元素和原子。
選項5。Z不受限制。我認為這件事是不可能的,除非在當前基本粒子的夸克-輕子週期表。
我已經在博客上寫了有關Bohr模型的文章,也寫了關於最後一個元素的文章。此處: http://www.thespectrumofriemannium.com/2013/06/30/log113-bohrs-legacy-i/, http://www.thespectrumofriemannium.com/2013/07 / 10 / log114-bohrs-legacy-ii /, http://www.thespectrumofriemannium.com/2013/07/10/log115-bohrs-legacy-iii/, http://www.thespectrumofriemannium.com/2013/12/31/log150-bohr-and-doctor-who-amc%c2%b3/, http://www.thespectrumofriemannium.com / 2014/05/26 / log151-bohrlogy-i /, http://www.thespectrumofriemannium.com/2014/05/26/log152-bohrlogy-ii/, http://www.thespectrumofriemannium.com/2015/07/04/log171-from-bohrlogy-to-dualities/和 http://www.thespectrumofriemannium.com/2017/07/ 11 / log183-bohrlogy-some-pocket-formulae /
通過使用迴旋子並將原子融合在一起直到到達黑洞,他們可能會繼續尋找新的元素。因此,我相信可以通過Kerr Newman度量的奇異性來計算原子序數的極限。但是通過假設元素週期表模式是否可以找到另一個元素,至少有32個元素可以完成元素週期表的另一行,達到150個原子數。