核聚变100问(29):能否利用核反应实现“点石成金”?

· 行业科普

大家都知道地球上的黄金主要来自于太阳系形成时,小行星和陨石等天体带来的物质。这些天体中的黄金可能是在太阳系形成之前的中子星合并或其他宇宙事件中产生的,这也是黄金稀缺性的原因。

近期黄金的价格起起伏伏,那有没有什么技术可以实现黄金自由呢?黄金(Au)作为一种化学元素,其原子序数为79,今天,我们从科学的角度探讨“点石成金”的可能性,并揭示其背后的原理。

元素

在宇宙的辽阔舞台上,无数的微观粒子(质子、中子、电子等)以它们独特的方式相互结合,孕育出了构成宇宙万物的元素。

从本质上来讲,元素无论是轻如氢还是重如铀,都是由质子、中子和电子这些基本粒子构成。这些粒子的不同组合不仅决定了元素的化学性质,也决定了它们在周期表中的特定位置。而核反应,作为粒子间相互作用的结果,是实现元素转变的神奇过程。

(元素周期表)

我们简要说明下核反应的原理。核反应涉及到原子核与粒子的相互作用,这可能包括质子、中子、高能电子或光子。在这些反应中,原子核的质子数发生变化,从而将一种元素转化为另一种元素。这种转化过程,正是实现“点石成金”梦想的关键。

黄金的核生成之路:

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黄金,作为元素周期表中的79号元素,其元素符号为Au。黄金的原子核内含有79个质子,所以从理论上来说,通过核反应将其他元素原子核内的质子数转变为79,即可实现黄金的生成。那用什么元素做质子数转变就是我们要考虑的问题点了,显然,最理想的就是与黄金元素的质子量数相差最少的78号元素铂(Pt),或者80号元素汞(Hg)。

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考虑到成本问题,汞元素应该是最佳选项。科学家们发现,利用高能光子轰击汞原子核,可以引发“光核反应”。这里解释一下光核反应,它是一种核反应,其中原子核吸收或发射一个或多个光子(通常是伽马射线),从而转变到不同的能量状态或改变其组成。光子是光的量子,它们没有质量,但携带能量和动量。而汞原子在受到高能光子的轰击后,释放出一个质子,从而转变为黄金。除了汞之外,科学家们还发现了另一种可能的途径——通过高能α粒子轰击铋原子核,一次性“打出去”4个质子,也能实现元素的转变。

“点石成金”的现实挑战

尽管科学家们已经在实验室中实现了从其他元素到黄金的转变,但这一过程的成本却高得惊人。从核反应中生成黄金所需的能量巨大,而产出的黄金量却微乎其微。这种得不偿失的方法,使得“点石成金”在现实中并不可行。

黄金之所以珍稀,不仅因为其美丽的光泽和化学稳定性,更因为其在自然界中的稀缺性。随着科技的发展,未来我们或许能够找到更经济的方法来生成黄金。但到了那一天,黄金可能也会因为不再稀有而失去其高昂的价值。