千万个为什么 13.超铀元素为什么要人工合成

千万个为什么 超铀元素为什么要人工合成

在化学元素周期表中，第92号元素铀以后的化学元素称为超铀元素。迄今所发现的绝大部分超铀元素都是人工合成的放射性元素。

本世纪30年代，元素周期表中最后一个元素是铀。1934年美国科学家费米认为铀不是元素周期表的终点，而存在原子序大于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——93号元素锋，从此开始了入工合成超轴元素的新时代。紧接着

美国化学家西博格又发现的第94号元素钚，他们两人都因对超袖元素的研究和发现而荣获1951年度诺贝尔化学奖。 后来发现，锋和钚在自然界中也存在，主要是在轴矿中。然而，天然铀矿中的锋和钚含量极其微小，供研究和应用的全部超铀元素都由人工方法合成，其主要途径有两大类模反应。一类是中子俘获反应，利用铀为起始核，通过一次或几次俘获中子的核反应，再经一次或几次B衰变，使铀核电荷——原子序增加一或几，获得超铀元素。例如核反应堆中轴经中子俘获和B衰变生成钚，再进而生成95号元素铺和96号元素锅等；核爆炸时极高通量的脉冲中子使铀多次俘获中子，并连续多次β衰变，生成比铀原子序大许多的超铀元素，直到99号元素银和100号元素锁。 另一类是带电粒子核反应，加速器产生的高能粒子轰击做为靶子的元素，形成激发态的复合核，然后失去一定数目的中子，即

合成比做为靶的元素更重的元素。例如，用加速到85兆电子伏的氮离子轰击60微克的

铜-249靶，制得第105号元素。人工合成超铀元素，原子序越大，自发裂变几率越大，半衰期越短。101号元素同位素中半衰期最长的为56天，而106号和107号元素半衰期不到一秒，这给重元素的人工合成的鉴定带来很大困难。目前，世界上人工合成钚每年达数吨，锋、媚、铜年产后业数士 4店乙十工100量达数公，饮为，际了万八的元素合成，产物可怜，一次实验往往仅能产生几十个甚至几个原子。例如，1955年第一次合成时，用α粒击第99号元素银-253原子，三个小时才产生1个钉一256原子。好在科学家们已经掌握了非常高超的辐射探测技术和仪器，他们在仪器上装了一个警铃，只要有一个旬原子生成，它衰变时放射出的标识辐射就会使警铃发出很响的声音，证明它的存在。

从1940年以后，已经用人工合成的方法制得了从第93号到109号的17个超铀元素，约160多种同位素，其中美国、苏联和欧洲的一些科学家做出的贡献最多。

人工合成的超铀元素对核能的发展和利用有重要意义，钚一239是核反应堆和核电站的重要燃料，钚一238用于制造心脏起搏器，钢一252是理想的自发裂变中子源。此外，人工合成超铀元素对探索元素起源、扩展元素周期表、研究物质结构和星体起源和天体演化等都有重要意义。