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全球年产量仅克级,98号元素锎有什么用?它是暗夜中的中子火炬

2025-07-03 10:33科技之最

锎是诞生于1950年加州大学伯克利实验室的回旋加速器中的元素(由西博格团队合成),其名源自发现地“加利福尼亚”,象征着人类拓展元素周期表边疆的雄心。

作为第98号元素,锎不仅填补了超铀元素的序列,更以其独特的物理特性,尤其是无与伦比的中子源能力,在多个尖端领域点亮了不可替代的科技之光。锎最耀眼的光芒,源自其同位素锎-252。它无需外界触发,自身便可通过自发裂变释放海量中子。

每毫克锎-252每秒可喷涌约2.34亿个中子,其效率远超传统镅-铍或钚-铍中子源数个量级。

这种“自给自足”的澎湃中子流,使锎-252成为当今世界最强大的便携式中子发生器,彻底重塑了中子应用的面貌。在医学领域,传统放疗如X射线或γ射线依赖氧自由基杀伤癌细胞,但实体瘤内部常存在乏氧区域,成为治疗的顽固堡垒。锎-252释放的中子却拥有“破甲”奇效——中子与癌细胞内原子核碰撞产生的反冲质子等次级粒子,对氧依赖性极低,能高效穿透乏氧区域,直接粉碎肿瘤细胞的DNA双链。

这种“中子近距离治疗”技术将纤细的锎源精准置入肿瘤内部,实现高剂量、低旁损的“定点爆破”,为宫颈癌、前列腺癌等难治性肿瘤患者点燃新的希望。

工业领域的无损检测也因锎而更精准深邃。当X射线擅长探测重金属,但在面对轻元素如氢、碳、氧却近乎“隐形”。锎-252的中子射线照相术则能洞察这些“透明”物质的内部结构,这是因为中子与轻原子核作用截面更大,使其在检测含氢材料(如水分、塑料、炸药)、航空复合材料粘接缺陷、甚至密闭容器内部腐蚀状况时独具慧眼。

其强大的穿透力能揭示重型铸件内部的气孔、夹杂,为关键设备的安全运行构筑坚实防线。

在核能的心脏——反应堆启动阶段,锎-252亦是不可或缺的“点火石”。新堆装料后需可靠引入初始中子以触发可控链式反应。锎源体积极小却中子通量极高,可灵活安置于堆芯特定位置,作为稳定可靠的“中子源”,确保反应堆安全平稳地跨过临界点。

它的存在大幅降低了启动风险与复杂性。

在物质科学的前沿,锎释放的高通量中子流是探索材料微观结构的利器——中子衍射技术利用中子波的干涉现象,能清晰解析晶体中轻元素(如锂、氢)的位置与动态,助力新型电池材料、高温超导体的研发。在基础物理领域,锎同位素本身即是研究超重元素稳定岛理论、探索核素极限的珍贵样本。更有甚者,它被用作轰击靶材,在合成原子序数更高的新元素(如118号元素Og)的征程中扮演关键角色。

然而,锎的璀璨与其稀缺性相伴而生。

它无法天然存在,仅能通过高通量反应堆长时间辐照钚-239等重元素靶材微量生成,提纯过程复杂危险,导致全球年产量仅克级,价格堪比黄金数十倍。正因如此,锎的应用始终被严格限定在那些无可替代、效益显著的关键场景。科学家们也在探索替代方案,如研发强流加速器中子源,但锎-252在便携性、能谱特性上的独特优势短期内仍难被完全超越。

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