1936年,一位科学家和他的助手正在实验室里搜寻其他人实验的碎片。他们对自己的研究活动不得不犹豫再三,因为他们有了一项重大发现——用其他元素的碎片制造新元素的秘密。他们带到世上的人工元素非常不稳定,难道他们创造出了一个怪物吗?
两位科学家是埃米利奥·塞格雷和卡洛·佩里尔,他们是物理学家,也是元素猎人。20世纪早期的元素周期表有一些明显的空白。其中有一个特别刺眼的空洞位于表格的正中央,就在42号元素钼的旁边。元素周期表之父德米特里·门捷列夫在19世纪中期就预言了43号元素的存在。他甚至描述了它应该具有的特性,但没有人能够找到它。
随着对原子和元素理解的深入,人们开始展望人工元素的设计,这似乎已经唾手可得。既然每种元素都是由其原子核中的质子数决定的,理论上就可以通过调整其质子数将一种元素转变为另一种元素。如果找不到43号元素,也许能人工制造出来。问题是怎么做。
塞格雷在加州的劳伦斯伯克利国家实验室拜访欧内斯特·劳伦斯时偶然发现了答案。劳伦斯正在向他的客人展示一件新设备:回旋加速器,或称原子加速器。这台强大的机器可以用较轻的原子去轰击较重的原子,以期望它们能粘在一起。劳伦斯对于制造新元素并不感兴趣,他制造回旋加速器是为了其他研究计划,但塞格雷意识到了这种可能性。当他得知劳伦斯机器里的一些可更换部件是由钼制成时,他特别兴奋。原子粉碎的实验会产生各种各样的碎片,如果其中有个质子,找到机会进入钼原子,会不会将其转化为失踪的43号元素呢?
为了避免透露太多,塞格雷找到劳伦斯,表示想看一下扔掉的钼废料。几周以后,几条破碎的钼被送到塞格雷的实验室。分析表明确实存在微量的难以捉摸的43号元素。塞格雷和佩里尔在1937年宣布了他们的发现,并将他们制造的元素命名为锝(technetium),这个名字来自希腊语technkos,意思是人造的。
现在我们找到了一种合成锝的方法,科学家需要知道它为什么没有在自然界里找到,而答案来自锝自身。锝原子里的43个质子并不稳定。为了使它们重新排列成更加稳定的结构,质子、中子和能量都会被强制丢弃。它太容易衰变成其他元素,并在衰变的过程中释放出放射性粒子。
锝的同位素以不同的速率衰变,从数百万年到几小时不等。几百万年前,地球最初形成时存在的所有锝原子都衰变成了钼。地球的岩石和土壤里还能找到极其微量的锝元素,它们来自地质事件和自发的核反应。
人类利用核能,当然是为了自身。现在锝作为乏燃料棒的副产品,被成吨地制造出来。科学似乎释放出了一个怪物,会给世界带来浩劫。但是,就像玛丽·雪莱[1]科幻小说里的生物一样,我们不应该只看其表面。
锝的特性也不全是负面的。锝的一种同位素——锝-99在衰变的数小时内会放出伽马射线。辐射残留能量低,存在时间短,这让锝-99对人体相对安全。释放出的伽马射线会很快逃逸,但可以依靠它找到辐射位点。小剂量的锝-99可帮助构建心脏、脑或其他组织的3D影像,而无须手术,目前已被用在无数临床诊断中。
在我们的世界之外,锝每天都在“特殊恒星”[2]中产生和衰变。在地球上,它在于实验室和反应堆产生的废料和残渣中,存在于在科幻小说中。
[1] 19世纪英国小说家,曾著有科幻小说《科学怪人》。
[2] 指氢和氦以外的元素丰度较高的恒星。