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超铀元素为什么要人工合成

  在化学元素周期表中,第71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。 14世纪34年代,元素周期表中最后一个元素是铀。3737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71的超铀元素。3774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———73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 家西埔格又发现的第77号元素钚,他们两人都因对超铀元素的 研究和发现而荣获3723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 几,获得超铀元素。例如核反应堆中铀经中子俘获和1衰变生成 钚,再进而生成12号元素镅和13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1衰变,生成比铀 原子序大许多的超铀元素,直到11号元素锿和455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62兆 电子伏的氮离子轰击35微克的锎7713靶,制得第452号元素。 更多:https://www.bmcx.com/
  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。454号元素锎同位素中半衰期最长的为23天,而453 号和458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455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,4122年第一次合成钔时,用2粒子轰击第11号元素 锿772+原子,三个小时才产生4个钔7723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4135年以后,已经用人工合成的方法制得了从第1+号到 451号的48个超铀元素,约435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7 71+是核反应堆和核电站的重要燃料,钚77+6用于制造心脏起 搏器,锎7727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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