政策与政治

转移遗嘱:冷战期间的科学争吵和姓名

在元素周期表的最后,由实验室制造的易逝物质——转移元素——有一段建立在骄傲和尖刻之上的历史。

通过Ann E. Robinson.| 2019年11月5日
在挂图前的人的侧面

准备战争:化学家格伦·西博格参与发现了10种实验室制造的元素,并以106号元素命名,这一荣誉在当时引发了地缘政治的争议。西博格摄于1946年,在一张同位素图表前。

阿贡国家实验室,由AIP Emilio Segrè视觉档案馆提供

转移时代是以外交的方式开始的。加州大学伯克利分校辐射实验室的研究人员于1955年正式宣布发现了101号元素。他们说,这种新元素应该以俄国化学家德米特里·门捷列夫的名字命名,这很合适。阿尔伯特·吉奥索写道,他是“第一个使用元素的周期系统来预测未发现元素的化学性质的人。”对美国人来说,纪念一位俄国人是一个大胆而又政治的举动。伯克利实验室重元素项目的负责人之一吉奥索(Ghiorso)后来回忆说,一位法国化学家告诉他,“以一位俄罗斯科学家的名义命名101号元素,对国际关系的好处可能比美国政府迄今所做的任何事情都要多。”不幸的是,这种善意并没有持续下去。后来的转移元素的命名——之所以这么叫,是因为它们是在元素100费米之后命名的——将陷入数十年的仇恨之中。

传统上,元素以神话人物,天文对象,物理特征或发现它们的矿物质命名。因此,我们有铍,在矿物铍中发现;铀,以星球天王星命名;和铟,以其频谱看到的靛蓝线命名。元素还从他们发现的地方获取了名称。在瑞典的旧矿业镇ytterby发现的矿石导致了四个要素:镱,钇,铽和erbium。但只有以人民命名的要素很少。这与在实验室中创建的元素而不是在地球中发现的元素发生了变化。

所有被创造出来的元素,从第95号元素开始,都是以与它们的创造有关的人物或地点命名的。这种惯例上的变化可能看起来并不重要,但事实上,大多数转移资金都是在冷战期间首次创建的。直到20世纪80年代,只有两个实验室有能力创造和检测越来越重的元素。一个是加州的伯克利实验室;另一个是位于俄罗斯杜布纳的联合核研究所。研究人员获得了不可估量的民族主义威望,不仅因为他们的发现,而且因为为新元素命名的力量。因此,此类事件引发争议也就不足为奇了。

element_104_team.jpg

五个人在实验室里摆姿势的彩色照片

发现元素104和105,1969年4月的伯克利实验室团队。从左边:Matti Nurmia,James Harris,Kari Eskola,Pirkko Eskola和Albert Ghiorso。

劳伦斯伯克利国家实验室

从第95号元素镅到第101号元素门捷列夫的命名都是没有争议的。1957年,三家研究机构——伊利诺斯州的阿贡国家实验室、英国的哈维尔实验室和瑞典的诺贝尔物理研究所——宣布了102号元素的诞生,麻烦开始酝酿。他们提出了“诺贝尔”这一名称,很快就被国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)接受,该国际组织负责命名新元素。

伯克利和俄罗斯的团体试图确认发现,但发现复制令人棘手。随着添加越来越多的质子和中子的原子变得较重,其细胞核变得越来越稳定。这意味着它存在于较短的时期 - 有时会分钟,有时分数是第二次分解。据说这种元素腐烂到女儿和孙女产品。其中一些产品是较轻的元素,有些产品是颗粒。复杂的问题,转移遗嘱元素难以创造,并且通常是一次制成一个原子。这种稀缺性,结合他们的短生活,使他们难以学习,更少于首先检测。

因此,伯克利的科学家和俄罗斯的科学家都无法重现最初的结果也就不足为奇了。相反,每个小组使用不同的方法,在1958年宣布他们独立地创造了102号元素,因此是102号元素的发现者。

伯克利和杜布纳的实验室都声称,发现者有权为这种新元素命名。伯克利实验室最终同意国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的意见,102号元素应该保留为诺贝尔元素。然而,俄罗斯方面要求做出改变。他们在Frédéric约里奥-居里之后提出了joliotium,这位法国物理学家和他的妻子Irène发现了人工放射性,并获得了诺贝尔化学奖。约里奥还以坚定的共产主义者而闻名。IUPAC拒绝改变这个元素的名字,它仍然以nobelium的名字出现在元素周期表上。苏联人感到愤愤不平。

flerov_and_oganessian_1989.jpg

两名男子(一个坐着)站在一个周期性的桌子与西里尔字符之前

苏联物理学家Georgy Flerov()和Yuri Oganessian,元素114和118的名称分别。拍摄于1989年9月。

斯图尼克通过AP.

杜布纳和伯克利小组之间的分歧,很大程度上源于他们各自创造新元素的方法不同。这些方法都是新的,并不是每个人都认为它们同样有效。苏联人用来识别新元素的一种方法是自发裂变,即非常重的原子自发分解成更小、更轻的原子和粒子。苏联核物理学家Georgy Flerov在1940年发现了这种方法。然而,美国人不相信仅通过测量自发裂变活动就能确定一种元素已经产生。相反,他们更喜欢从衰变的产物逆向计算,以确定产生了什么重元素。

围绕第104号和105号元素的战斗被证明是特别激烈的,后来被称为转移战争。杜布纳和伯克利之间的紧张关系在国际会议、会议论文和期刊文章中爆发了个人冲突。1975年9月,双方举行了一次会议,希望双方能够解决分歧;最后,核化学的主要人物格伦·西博格指责俄罗斯没有认真对待美国人。1976年5月,吉奥索和弗拉罗夫之间的一次非正式会议爆发为对抗,加剧了对抗的程度。同年晚些时候,吉欧索表示,伯克利实验室将不再确认或否认杜布纳获得的结果的有效性。“我们现在知道,这是一种吃力不讨好的追求,是对科学人才的浪费,”他说,“我们不打算用其他元素进一步研究这个问题。”

keldysh_seaborg_and_ghiorso_1972.jpg

三个人在实验室看仪器的照片

苏联科学院总裁Mstislav Keldysh,于1972年10月伯克利实验室访问Seaborg和Ghiorso。

劳伦斯伯克利国家实验室

另一个争议 - 超过元素106 - 没有在伯克利和杜巴之间而是在伯克利和Iupac之间。1994年,伯克利集团在Seaborg后提出了命名元素106,他在发现几个要素中被乐于有用。他当时也非常活跃。虽然Iupac在生活后没有预先存在的禁令,但它决定不设定这样的先例,希望允许“历史的视角”。这一决定与美国人没有康复,并且在Seaborg朋友组织的激烈的信件写作活动之后,IUPAC扭转了决定。元素106被命名为Seaborgium,这是一个被称为Seaborg被描述为“最荣幸的荣誉,我认为更好,我认为,而不是赢得诺贝尔奖。”(只有一个其他元素被命名为活生生:Element 118在Yuri Oganessian yuri Oganessian在Dubna的重点研究的先驱之后被命名为Oganesson。)

那么,究竟是谁发现了102到109号元素,这是所有这些恶意的核心问题?1986年,国际纯粹与应用物理学联合会(International Union of Pure and Applied Physics)和国际纯粹与应用物理学联合会(IUPAC)召集了一批物理学家和化学家来解决这个问题。Transfermium工作组起草了一份高技术标准清单,以确定是否发现了某种元素。然后,它将这些标准应用到元素101到109,并分配发现的功劳。这些标准仍然有效,允许110到118号元素的命名没有重大争议。

冷战也许已经结束,但转移元素的时代还没有结束。随着对新元素的不断探索,这一领域也在不断扩大。德国达姆施塔特的GSI发现了107到112号元素。113号元素是由日本理化研究所制作的。杜布纳小组与劳伦斯利弗莫尔和橡树岭国家实验室合作,创造了第114至118号元素。

创造新的元素非常昂贵。那么为什么国家继续投资数百万美元以生产没有实际使用的新因素?一个明显的答案是国家声望,以及科学家的声望和他们工作的实验室。当被问及时,科学家们表示他们正在寻求回答基本问题,例如有多少元素是可能的,并且物质稳定性。搜索新元素也推动可用于其他科学调查的技术和仪器的开发。但也许最易于答案是伯克利实验室的Ghiorso提供的答案:“你这样做,因为人们很好奇。”