元素转换技术

何迈越

江苏省盐城景山中学高三理科竞赛班

学生

1　概要描述与要点

1.1　原子核、质子与元素

原子核（atomic nucleus，见图1）是原子的组成部分，位于原子的中央，占有原子的大部分质量。组成原子核的有中子和质子。其中，原子核中的质子数目决定了它的化学性质以及属于何种化学元素。化学元素（chemical element），指自然界中一百多种基本的金属和非金属物质，它们只由一种原子组成，其原子中的每一核子具有同样数量的质子，用一般的化学方法不能使之分解，并且能构成一切物质。

1.2　元素转换技术的可行性

经过人类的研究，人们发现自然界很多放射性元素可以通过放射出粒子（α，β，γ）转化为其他元素。如镭通过衰变转化为氡。而人类自己也掌握了一些使元素转化的技术，如核裂变与核聚变。其中，核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变。当前，实现可控核聚变是科研者坚持不懈追求的目标。

1.3　当前研究的瓶颈与突破口

当前，元素转化技术的难点，就在于人们对于微观世界的认识尚且不足。想要实现元素转换技术，就必须对原子核内部的结构进行改造。而由于原子核体积的渺小，对于原子核的研究陷入了瓶颈，这个瓶颈的突破口之一便是对强相互作用本质的了解与掌握。

图1　原子核

图2　强相互作用

强相互作用（strong interaction，见图2）是自然界四种基本相互作用中最强的一种。最早研究的强相互作用是核子（质子或中子）之间的核力，它是使核子结合成原子核的相互作用。自1947年发现与核子作用的π介子以后，实验中陆续发现了几百种有强相互作用的粒子，这些粒子统称为强子。等到人们对强相互作用有更加透彻的认识，原子核内部更多的奥秘向人们展开，元素转换技术或许真的可以实现，从而解决能源、材料众多领域中存在的问题。

2　应用意义与前景

未来，元素转换技术将会极大地推动社会的进步与发展。通过元素转换，人类就可以改变物质的组成元素，合成所需物质，从而消除各种能源危机、资源危机。一些贵重金属（如金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂）和贵重材料也可以通过该技术获取。甚至，当该技术的运用到了登峰造极的程度，人类将有能力改造、合成日常用品。届时，人类社会将会发生颠覆性转变，人类的技术文明也将进入一个崭新的层面，更加广阔的领域任由人类的思维驰骋，一系列的理论或技术突破也会由此展开。