了解化学中最重的元素

请你告诉我们你的研究和研究化学中最重的元素吗？

我的小组研究最重元素的化学，你可以用相当传统的化学方法来研究这些元素。我们研究锎、锫、爱因斯坦和费米恩等元素的化学性质。这些是最后一种可以大量制备的元素，你可以用肉眼看到。

我们想要理解的是为什么他们的化学与人们认为这将是不同的原因。从历史上看，我们从较轻的元素推断出来，我们预测这些重点的化学物质就会就像。

这些推断有时有效，但有时失败。我们试图了解它们失败的原因。这些信息在实用意义上是有用的，因为如果你移到更轻的元素，你只移到锫的一个元素，你就到了锔，其中一个元素是镅，另一个元素是钚。这些元素，当然，具有重大的社会利益，因为它们存在于使用过的核燃料中，我们通过裂变来产生电能。它们也存在于核防御装置中。

作为一个社会，我们必须关注他们在环境中的最终命运，如果我们能做些什么来减轻过去的错误。每一个拥有核武器的国家，包括美国、英国和其他许多国家，都有冷战时期发展核武器的遗产。我们没有办法处理这些遗留问题的所有方面。在某些情况下，我们有良好的前进道路，而在另一些情况下则没有。

说到底，如果你不了解这些元素的基本属性，你就无法正确对待它们。这就是我们小组的目标;在最基本的层面上理解这些元素在化学意义上以及它们的物理性质上的作用。

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你能分享一下你的研究发现的一些结果吗?

自2014年以来发表了很多研究结果。2013年，我们从美国能源部获得了我们的第一个加利福尼亚样品。这种元素只在地球上的一个核反应堆中制备——橡树岭国家实验室的高通量同位素反应堆。

这是一种独特的资源，不仅对美国，而且对整个地球。它被用来制造足够多的重元素，你可以使用这些元素——只需要在常规化学应用中使用的稍微定制的仪器——但也可以用于更小的规模，比如锎。

我们发现的是，每个人都预计这个元素就像在定期表中直接在它上方的元素一样。那个元素被称为镝，但事实证明它并没有以相同的方式表现。我们已经研究了其磁性，并且这些磁性也被预期与镝相同。

镝具有非常重要的磁性。它存在于每一辆混合动力汽车的引擎中，所以如果你驾驶一辆丰田普锐斯，在电动马达的强力磁铁中就有镝。

结果，加州大学并没有跟随这一趋势。还有一些人认为它与其他非放射性元素有相似之处，比如铕和钆，它们也有自己的用途。事实证明，它也没有遵循这些趋势。

我们发现的是加利福尼亚州实际代表了Actinide系列中的一个地方，并且神奇的是周期表的最底部 - 大部分 - 该行，如钚等元素。我们发现加利福尼亚州实际上代表了一个第15个元素中的一个地方，其中化学突然变化，这是一个非常大的交易。

问题是，在er-berkelium之前的元素，以uc berkeley命名 - 从未被审查过宏观规模。换句话说，没有人捕获毫克伯克利米，制成新化合物，确定在这些化合物中的分子的结构并测量它们的性质。

原因是锫具有放射性。它是一种短命元素——比锎的寿命短得多。因为我们必须开发特殊的技术来审问锎，所以我们准备对锫做同样的事情，尽管之前没有人这样做过。

对锎有一些有限的研究，但没有人真正像我们那样追求锫。我们收集的数据使我们在《科学》杂志上发表了一篇广为宣传的论文，同时在《美国化学学会杂志》上发表了一篇更广为宣传的论文。亚博老虎机网登录

我们所展示的是，虽然锫和锎有一些相似之处，但确实有一个突然的突破。我想不出比告诉人们化学从根本上改变元素周期表的一部分更简洁的事情了，因为我认为当人们看到元素周期表的时候，他们会觉得它是不变的，它永远不会改变。

我们告诉世界——我们和其他研究重元素化学的团队——实际上还有很多惊喜有待发现。

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利用你的研究结果，你将能够解决哪些关键问题?

我们设计的材料对辐射损伤具有很强的亚博网站下载抵抗力。这很重要，因为我们有很多来自国防或发电的过量放射性物质，这些物质的最终处置地点是在深层的地质储存库。亚博网站下载美国目前只有一个在运作，它叫做废物隔离试验工厂(WIPP)，位于新墨西哥州。

即使我们预计这些物质永远不会接触地下水，我们也不得不问这样一个问亚博网站下载题:“如果它们接触了地下水，会发生什么?”我们不希望地下水以某种方式进入储存库，冲破容器，导致地下水受到污染。

这种情况不太可能发生，但如果把放射性元素放在有弹性的材料里面不是更好吗?亚博网站下载亚博网站下载这种材料不仅能抵抗钚或镎产生的辐射，还能抵抗水或氧的破坏。这项工作带来的一些实际应用是，我们设计了这些材料——我们有实现这一目标的可行材料。亚博网站下载

第二，即使这些元素存在于废物中，它们也可以回收利用。它们可以被投入到新一代的核电站中，我们可以裂变它们，从中获取能量。所以与其把它们埋起来当作废物对待，为什么不把它们当作一种资源呢?

Actinide Science和Technol亚博老虎机网登录ogy中心是由能源部资助的能源前沿研究中心。我指导中心，我们已经开发出革命性的策略，以选择性地提取代表能源资源的一些元素。

让我们不要把它们视为浪费，让我们把它们视为资源，因为人类对能源绝望的时候会有时间。我们有助于利用它们作为资源的未来。

你使用什么类型的描述工具来帮助你的研究?

当你制造任何一种新的化合物时，你都必须使用一系列的表征工具。你必须使用一种叫做x射线衍射的技术，它可以让你确定材料的结构，所有原子在哪里，哪些原子粘在哪些原子上。

这个信息非常关键。你必须使用一种叫做squid(超导量子干涉装置)的仪器，它能让你测量磁性。

您还必须测量电子特性，告诉您所有电子围绕重元素的位置。在那种特定的情况下，我们使用称为微痉挛计的CrAic技术仪器。这是一个很长的名字，但基本上是一个词光谱仪意味着您正在测量一些属性的频谱。在这种情况下，它是一种光谱，因此您正在查看它吸收的颜色以及它传输的颜色。

我们面临的问题是，每当您处理放射性物质时，您需要询问一个非常小的样本。为了使用提到的早期技术 - X射线衍射 - 我们必须生长那些样品的美丽小晶体。

我们真正需要做的是收集那些晶体的光谱。换句话说，我们需要确定晶体吸收的光的颜色以及传播的颜色。在我们开始这样做的时候，这是21年前，该领域没有能力。我记得，可能是15年前的，至少是为了任何制作光谱仪的人来互联网，这可能会询问作为销的头部的水晶。

有CRAIC科技公司，他们当时正在为法医实验室制造这些仪器。例如，你可以从犯罪现场提取地毯纤维，并将其与其他地方的地毯纤维进行比较，以确定它们是否是相同的纤维。这就是这些仪器的初衷，所以你会在美国的法医实验室里看到它们。

我们购买了其中一个仪器据我所知，我们是第一个购买仪器的化学实验室。真正奇妙的是，它转变成了我的实验室和提供仪器的公司之间的关系，他们利用我的实验室来了解化学家的需求，他们需要更高灵敏度和更高分辨率的探测器。

这实际上需要很多改变，所以这些仪器已经进化了，我有了一个更新的仪器，不是我买的原来的那个。因为其他人发现了我的乐器，它的使用是多么的容易，你从它获得的数据是多么的高质量，这些乐器在整个世界都在扩散，不仅仅是美国，而是全世界。

我的两个学生是中国的教授，很多国家实验室，比如洛斯阿拉莫斯国家实验室都有，不同的学术机构看到了这种能力，现在也有。

我很高兴成为这个工具传播的一部分，因为你不希望人们，当他们试图发布他们的数据时，说，“看，我们真的不能收集这些数据。”我们知道它很重要，科学评论家可能会坚持，但不管他们坚持多少。如果在物理上不可能得到数据，你就不能得到数据。

这些显微分光光度计在我们的研究中发挥了革命性的作用，因为它们让我们能够产生在任何其他化学调查中可能是正常的数据，但我们不能使用这些正常的仪器，因为我们的样本太小了。对我们来说，这是一种非常有用的工具。我们每天都在使用它，实际上它在大部分时间，每一天。它真的帮助了我们。

为什么它与市场上的其他工具不同？什么让它分开？

这真的是一个未经测试的乐器，但这就是我们发现它的方式。在我在奥本大学的时候，在格鲁吉亚大学有几个小时的距离，但在之前没有人在化学实验室中使用过。

为了我的知识，他们没有很多竞争对手，所以这是将它分开的第一件事。

人们有时会从零开始建造这些东西——我的博士导师和一个物理化学小组一起工作，他们就是从零开始建造这些东西的。

CRAIC的与众不同之处在于它拥有完美的集成软件。你可以在一个小时内教会一个刚毕业的研究生如何使用它。一些真正有天赋的学生实际上变得非常好，他们收集的数据比以前收集的数据质量更高。

我的一名学生Joe Sperling，收集了吸收光谱，显示了加州吸收颜色的地方。他收集的那个频谱，因为他已成为使用仪器的真正专家，实际上是有史以来最丰富的加州吸收光谱。我们今年会发布它。

加州在70年前发现，所以它不像收集这些数据没有其他机会。其他人收集了加州吸收数据，但这只是乔能够获得的东西。

你有一个更大的能量窗口来收集数据。它不仅是光谱的可见区域，还有一个能量较低的区域，叫做近红外区域。我们没有购买这个选项，但如果它对我们很重要，我们可以收集到更远的近红外。

这台仪器有很好的光学性能，它有一个高分辨率的灵敏探测器，而且它是一种交钥匙式的仪器——使用起来真的很容易。

它不仅仅是吸收数据，因为您可以获得吸收，传输，反射和照片发光 - 这就是某种东西的发光。我们收集照片发光数据，只要我们收集其他类型的光学性质。我们还获得了第二种能力，使我们能够收集拉曼数据 - 这是一种振动光谱。

这是一个集所有功能于一身的仪器，只需按下一个按钮，就可以启动并运行。你不需要成为一个专家来获得专家质量的数据。这就是你想要的乐器，所以人们不需要自己制造，他们可以买这个完全商业化的乐器。

许多资助机构不想资助工具开发。有单独的程序来做这个。所以，如果你参与了合成和表征，就像很多组织做的那样，你的资助机构不希望你浪费时间去检修你从零开始构建的仪器。买这个完整组装的系统要好得多。

我的仪器也是建立在蔡司平台上的，这对CRAIC技术来说是一个非常好的决定，因为很难打败蔡司显微镜。他们从一些优秀的东西开始，并以此为基础——这是一个很好的开始。

你的研究和潜在的应用前景是什么?

我们正努力深入元素周期表。正如我说的，锎是一毫克的最后一种元素。如果换成了爱因斯坦，那就只有微克了。我们收到的第一个样本是400毫微克，我们实际上从那400毫微克的铀中获得了高质量的吸收和光致发光数据。

在2019年秋天，我们收到了我们的第一个Fermium样本，我们能够收集数据。我们想要做的就是走到尽头。费米是元素100，这是你可以具有宏观量的最后一个元素。在这种情况下，它是关于原子的一个皮科。

我们想知道，对于一个普通的合成实验室来说，元素周期表的终点在哪里。大概在99到100之间。也有其他实验室制造自己的原子，但那是非常不同的物理实验室。所以这就是我们要做的——我们总是在挑战团队的极限。

关于Thomas E. Albrecht-Schmitt博士

Thomas E. Albrecht-Schmitt博士是佛罗里达州立大学的Gregory R. Choppin教授。