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从原子层次来看，若把原子核看成一个点电荷，由波尔的量子理论可知，原子内层电子运动速度不能超过光速，同时考虑原子核电荷的空间分布，这样给出的元素质子数上限约为173；从原子核层次来看，原子核的电荷与质量的极限主要取决于吸引的短程力与排斥的长程库仑力之间的竞争，这样的竞争导致原子核的形状势能曲面上会出现一个位垒，阻挡原子核发生裂变。 质子数越大，库仑排斥效应越强，裂变位垒越低。若把原子核看成经典的带电液滴，当质子数约为104时，原子核裂变位垒几乎消失，原子核会变得极其不稳定。然而，原子核作为一个有限的量子多体系统，其内部结构非常复杂，量子效应在其中起着极其重要的作用，其中最显著的就是量子壳效应。 量子壳效应的存在导致原子核中出现更高的裂变位垒，保证原子核的稳定性，使得元素周期表能够在104号元素之外继续扩增。除此之外，α衰变、β衰变、质子发射、中子发射和重离子集团发射等衰变模式都会影响原子核的稳定性，这些因素一起决定了合成新元素的上限。 在理论研究方面，不同的理论模型给出不同稳定超重核的预言，至今还没有一个定论；在实验上，目前合成的核电荷数最大的元素为118号元素（Og）,新元素制备的实验还在进行当中，比如德国的GSI和俄罗斯Dubna联合核子研究所都曾进行过合成119号或者120号元素的实验，但由于种种原因，这些实验都以失败告终。 有关新元素的合成目前还面着临许多困难和挑战，合成元素的上限在哪里至今还是一个未知的问题。
