人工合成超铀元素

人工合成超铀元素

人工合成超铀元素

现在，化学元素周期表中一共有109种化学元素，排在第92号元素铀以后的元素称为超铀元素。迄今发现的绝大部分超铀元素，都是人工合成的放射性元素。

20世纪30年代初，化学元素周期表中最后一个元素是铀。1934年，意大利出生的美籍物理学家费米提出，铀不是元素周期表的终点，应当有原子序数大于92的超铀元素。1940年，美国科学家麦克米伦等利用中子照射氧化铀薄片，发现了第一个人工合成的超铀元素——第93号元素镎，从此开始了人工合成超铀元素的新时代。

费米

麦克米伦

紧接着，美国化学家西博格又发现了第94号元素钚，麦克米伦和西博格两人都因对超铀元素的研究和发现而荣获1951年度的诺贝尔化学奖金。

后来，科学家们发现，镎和钚在自然界中也有存在，主要是在铀矿中。然而，天然铀矿中的镎和钚含量微乎其微，供研究和应用的全部超铀元素几乎都由人工方法合成。

西博格

人工合成超铀元素的主要途径有两大类核反应。一类是中子俘获反应，它以铀原子核为起始核，利用一次或几次俘获中子的核反应，再经过一次或几次β衰变，使铀原子核所带的正电荷，即核电荷——原子序增加1或几，从而获得超铀元素。例如在原子核反应堆中铀核经中子长期照射，逐步俘获中子并进行β衰变后生成钚，再以钚制备镅、锔、锎等，直至生成100号元素镄。

另一类是带电粒子核反应。由加速器产生的高能粒子轰击作为靶子的元素（靶元素），形成激发态的复合核，然后通过蒸发失去一定数目中子即可得到比靶元素更重的元素。早期合成超铀元素研究中，多用加速的α粒子等较轻粒子轰击相应的靶元素。但由于无法生产出可称量的超过100号的元素，所以102号以后的元素，都是选择适当重量的较重离子（如碳、氧、氖等）来轰击作为靶的重元素。例如，1970年，美国用加速到85兆电子伏的高速氮—15核轰击60微克作为靶元素的锎—249核，得到105号元素。

通过人工方法合成超铀元素，原子序越大，自发裂变几率越大，半衰期越短。例如，101号元素钔同位素中半衰期最长的56天，而106和107号元素的半衰期不足1秒，这就给更重的元素合成和鉴定带来严重困难。目前，世界上人工合成超铀元素每年产量，钚为几吨，镎、镅、锔为数十公斤，96号以后的元素更少，每年全世界人工合成的98号元素锎仅有数十克。对原子序数大于100的元素，人工合成产物低得可怜，一次实验往往只能产生几十个甚至几个原子。例如，1955年第一次合成101号元素钔时，用加速的高能α粒子轰击第99号元素锿—253核，3个小时才产生1个钔—256原子。好在科学家们已经发明了高度灵敏的辐射探测仪器并掌握了非常高超的辐射探测技术，他们在仪器上安装了一个警铃，只要有一个钔原子生成，它衰变时放射出的标志辐射就会使警铃发出很响的声音，证明钔原子的存在。

1982年，前联邦德国达姆斯塔特国立重离子研究实验室用加速器进行合成新元素试验，他们以铁—58为子弹，以铋—209为靶子，用铁—58轰击铋—209。由于两种原子核发生聚变反应的机会很小，几率仅为十万亿分之一，即10—14，科学家们进行了长时间耐心地实验，经过一个星期的等待，最后才合成了109号元素的1个原子。

从1940年以来，全世界已经用人工合成的方法，制得了从93号到109号的17种超铀元素、160多种同位素。其中，第99号元素锿和第100号元素镄，都是1952年美国在比基尼岛上进行热核实验（氢弹爆炸）中获得的。在人工合成超重元素方面，美国、前苏联和欧洲科学家做出的贡献最多。

1964年，前苏联报导合成了104号元素；1969年，美国也报导合成了104号元素；1967年，前苏联报导合成了105号元素；1970年，美国也报导合成了105号元素。前苏联和美国分别为这两个元素命名，引起激烈争论。后来，国际纯粹和应用化学联合会（无机化学命名委员会）规定从103号以后的元素命名，以拉丁文和希腊文数词连接起来，加词尾表示，元素符号采用各数词第一个字母连接起来表示。从此，元素命名就不再争论了。

人工合成的超铀元素对核能的发展和利用有重要意义。钚—239是反应堆和核电站的重要燃料；钚—238用于制造心脏起搏器；钚—238、锔—242、锔—244用于制造气象卫星和航天技术上的热电源；锎—252用做体积小、产额高的自发裂变中子源。此外，人工合成超铀元素对探索物质结构、元素起源、寻找更重的超铀元素，扩展元素周期表等都有重要的理论意义。

人只有献身社会，才能找出那实际上是短暂而有风险的生命的意义。

——爱因斯坦