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中世紀(jì)煉金術(shù)士所做的很多事情都沒(méi)有涉及到真正的科學(xué)問(wèn)題

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　　于是，他們?cè)O(shè)想了一種“賢者之石”，在西方煉金術(shù)中又被稱為“萬(wàn)能藥”，能賦予食用者永生不老和治愈所有疾病的能力，并帶來(lái)數(shù)不清的財(cái)富?！叭f(wàn)能藥”最令人興奮的特性之一是，它可以將包括鉛在內(nèi)的任何賤金屬，轉(zhuǎn)化為閃閃發(fā)光的黃金。這種將一種元素轉(zhuǎn)化為另一種元素的過(guò)程被稱為“嬗變”。

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　　不過(guò)，“萬(wàn)能藥”只是傳說(shuō)中的東西，歷史上的煉金術(shù)士都從來(lái)沒(méi)有把鉛變成金子。他們注定要失敗，因?yàn)槿魏纬Ｒ?guī)的化學(xué)反應(yīng)都無(wú)法把鉛變成金。那么，在現(xiàn)代世界，科學(xué)家們能否憑借不斷發(fā)展的化學(xué)知識(shí)和先進(jìn)工具，完成這一化學(xué)壯舉？

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　　其實(shí)通過(guò)某種方法把鉛這樣的賤金屬轉(zhuǎn)變?yōu)辄S金是可能的，但從中能得到多少黃金卻是一個(gè)問(wèn)題。

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　　什么是元素？

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　　讓我們從最基本的元素概念說(shuō)起。將鉛轉(zhuǎn)化為金意味著將一種元素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素。每一種元素都是由組成原子核的質(zhì)子數(shù)（稱為原子序數(shù)）和中子數(shù)（質(zhì)子質(zhì)量+中子質(zhì)量=質(zhì)量數(shù)）來(lái)定義的；對(duì)元素的定義而言，電子的數(shù)量并不那么重要。

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　　鉛的原子序數(shù)是82，即原子核中有82個(gè)質(zhì)子，而金的原子序數(shù)是79。要把一種元素變成另一種元素，就必須改變?cè)雍酥械馁|(zhì)子數(shù)。

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　　在保持質(zhì)子數(shù)不變的同時(shí)，如果改變?cè)雍酥械闹凶訑?shù)，就會(huì)產(chǎn)生相同元素的不同“味”，即同位素。鉛有4種自然的穩(wěn)定同位素，以及多種在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的其他同位素。在所有穩(wěn)定元素中，鉛具有最高的原子序數(shù)，其3個(gè)同位素是較重元素的主要核衰變鏈的終點(diǎn)——所有原子序數(shù)高于鉛（82）的元素都具有放射性。

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　　元素的轉(zhuǎn)變

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每一種元素都是由組成原子核的質(zhì)子數(shù)（稱為原子序數(shù)）和中子數(shù)（質(zhì)子質(zhì)量+中子質(zhì)量=質(zhì)量數(shù)）來(lái)定義的

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　　作為亞原子粒子，質(zhì)子和中子被保持原子核穩(wěn)定的強(qiáng)大核力束縛著，克服這些力需要巨大的能量。從原子核中移除一個(gè)質(zhì)子或中子就像在靈魂不純潔的情況下嘗試舉起雷神之錘，向原子中添加一個(gè)亞原子粒子則像試圖迫使同一極的磁鐵接觸。而且，增加或減少亞原子粒子的過(guò)程都會(huì)釋放出過(guò)量的能量。

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　　如果我們確實(shí)成功地改變了原子核的組成呢？答案是，這會(huì)擾亂元素內(nèi)部力量的平衡，從而給元素帶來(lái)“身份危機(jī)”。該元素會(huì)開(kāi)始釋放亞原子粒子，以達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)，這與放射性衰變的過(guò)程類(lèi)似。

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　　通過(guò)輻射來(lái)嬗變

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　　具有較大原子核的原子無(wú)法很好地控制自身大小，這使得它們很不穩(wěn)定，會(huì)通過(guò)釋放質(zhì)子和中子（α衰變）、電子（β衰變）和電磁輻射（γ衰變，即釋放伽馬射線）來(lái)減輕額外的重量。

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　　元素周期表中在鉍（原子序數(shù)83）之后的大多數(shù)元素都是放射性元素。不過(guò)，放射性衰變并不是生產(chǎn)黃金的好方法。首先，放射性元素需要數(shù)月（有的需要數(shù)年甚至數(shù)千年）才能衰變?yōu)楦胀ǖ脑?，如鐳-226的半衰期為1600年。其次，放射性衰變釋放的輻射會(huì)導(dǎo)致癌癥和甲狀腺問(wèn)題等疾病。

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　　第三，鈾、釷和鐳在衰變結(jié)束后最終都變成了鉛。鉛是穩(wěn)定元素，不會(huì)進(jìn)一步衰變。這一點(diǎn)很可惜，因?yàn)榻鹬槐茹U少3個(gè)質(zhì)子。

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　　亞原子粒子轟擊

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用人工方法轉(zhuǎn)變而來(lái)的黃金往往具有放射性

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　　排除了放射性衰變，還有什么方法可以把鉛變成金？科學(xué)家已經(jīng)有了好幾個(gè)選擇。

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　　事實(shí)上，用鉛來(lái)制造黃金并不是一個(gè)好策略，因?yàn)殂U比金多3個(gè)質(zhì)子。更好的選擇是使用汞（比金多1個(gè)質(zhì)子）或鉑（比金少1個(gè)質(zhì)子）

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　　將賤金屬轉(zhuǎn)化為黃金的最早實(shí)驗(yàn)始于1924年。日本研究者（Nagoaka）和德國(guó)研究者（Miethe和Stammreich）各自獨(dú)立進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，將汞置于高電流中，使其轉(zhuǎn)變?yōu)辄S金。然而，后來(lái)進(jìn)行此類(lèi)實(shí)驗(yàn)的研究人員得到了負(fù)面的結(jié)果，使這些發(fā)現(xiàn)陷入爭(zhēng)議。因此，用電來(lái)點(diǎn)汞成金可能并不現(xiàn)實(shí)。

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　　另一種選擇是用質(zhì)子和中子等亞原子粒子轟擊汞或鉑。1941年，研究人員用快中子轟擊汞，使這種金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸷豌K。1936年，研究人員用氘核（具有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子的原子核）轟擊鉑，使其產(chǎn)生放射性鉑同位素并衰變?yōu)榻稹?/p>

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　　如果你有大量可用的鉛，那或許也能用質(zhì)子轟擊的方法獲得黃金。在1996年的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員用600MeV的質(zhì)子轟擊鉛之后獲得了金。

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　　你能獲取多少金子？

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　　如果你開(kāi)始幻想通過(guò)這種方法來(lái)制造黃金致富，那還是早點(diǎn)放棄吧。首先，通過(guò)質(zhì)子轟擊方法得到的黃金大部分都具有放射性，意味著它可能會(huì)衰變。不幸的是，目前還沒(méi)有任何化學(xué)方法能將放射性金轉(zhuǎn)化為普通金。

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　　其次，所有這些實(shí)驗(yàn)所獲得的金質(zhì)量都少于1毫克，價(jià)值幾乎可以忽略不計(jì)。一份實(shí)驗(yàn)記錄中寫(xiě)道，Miethe和Stammreich獲得的黃金只值1美元，卻花費(fèi)了他們6萬(wàn)美元！因此，即便你從這些實(shí)驗(yàn)中得到了一些有價(jià)值的金子，你也已經(jīng)債臺(tái)高筑了。

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　　對(duì)進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)的研究人員來(lái)說(shuō)，他們更感興趣的是原子及其亞原子粒子的行為，而不是獲取黃金致富。事實(shí)上，他們更有可能通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一些真正有用的東西，比如某種極為豐富且可持續(xù)的能源。

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　　科學(xué)家已經(jīng)利用嬗變技術(shù)創(chuàng)造了一些新元素。钷、锝等元素以及鑭系和錒系中的許多元素都是人造的。2020年，有研究稱通過(guò)用鉍原子轟擊鋅原子的方法，創(chuàng)造出了一種原子序數(shù)為113的新元素。一名參與該項(xiàng)目的研究人員表示，在進(jìn)行了40多億次轟擊之后，他們才三次制造出了這種元素。


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