超铀元素为什么要人工合成

【分类】化学
【答案】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
20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号元素镎，从此开始了人工合成超铀元素的新时代
紧接着美国化学家酉埔格又发现的第94号元素钚，他们两人都因对超铀元素的研究和发现而荣获1951年度诺贝尔化学奖
后来发现，镎和钚在自然界中也存在，主要是在铀矿中
然而，天然铀矿中的镎和钚含量极其微小，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核反应
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|3衰变，使铀核电荷――原子序增加一或10几，获得超铀元素
例如核反应堆中铀经中子俘获和|3衰变生成钚，再进而生成95号元素镅和96号元素锔等；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|3衰变，生成比铀原子序大许多的超铀元素，直到99号元素锿和100号元素镄
另一类是带电子粒子核反应，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微克的锎-294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号元素锎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，镎、镅、锔年产量达数公斤，锎仅为数克，对原子序大于100的元素合成，产物少得可怜，一次实验往往仅能产生几十个甚至几个原子
例如，1955年第一次合成钔时，用a粒子轰击第99号元素锿-253原子，三个小时才产生1个钔-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謦铃，只要有一个钔原子生成，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、前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，钚一293是核反应堆和核电站的重要燃料，钚-238用于制造心脏起搏器，锎-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

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