[科普中國]-人工放射性元素

發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)20年代末，由第1號元素氫到第92號元素鈾組成的元素周期表只剩下43號、61號、85號和87號四個空位。人們用各種方法尋找這四種“空位元素”。

1934年法國科學(xué)家F.約里奧－居里和I.約里奧－居里發(fā)現(xiàn)了人工放射性，為人工獲得放射性元素開辟了道路。1937年意大利礦物學(xué)家C.佩列爾和美國物理學(xué)家E.G.塞格雷在加利福尼亞大學(xué)勞倫斯-伯克利實驗室用回旋加速器加速的氘核轟擊鉬靶， 通過下述核反應(yīng)98Mo(d,n)99Tc 合成了锝，這是人類首次用人工的方法制造出來的元素。1940年美國科學(xué)家D.R.科森等用加速的α 粒子轟擊鉍靶，合成了85號元素砹。同年，美國化學(xué)家E.M.麥克米倫等發(fā)現(xiàn)了镎、G.T.西博格等發(fā)現(xiàn)了钚，開始了超鈾元素的合成。

40多年來，已陸續(xù)合成了十幾種超鈾元素，進(jìn)一步發(fā)展了元素周期系。人工放射性元素的發(fā)現(xiàn)和重要性質(zhì)見表。2

合成方式人工放射性元素是通過人工核反應(yīng)合成的。合成的方式有：

① 反應(yīng)堆中子輻照合成, 可合成的最重的核素是鐨257，是唯一能獲得可稱量超鈾元素的方法。

② 從輻照過的核燃料中提取, 核燃料在反應(yīng)堆中經(jīng)中子輻照發(fā)生裂變反應(yīng)，能產(chǎn)生大量裂變產(chǎn)物，锝和钷即可從中提?。ㄒ娏炎儺a(chǎn)物化學(xué)）。

③ 用加速器加速粒子轟擊合成, 粒子轟擊由各種重元素制成的靶，通過核反應(yīng)可合成絕大多數(shù)超鈾元素。

④ 熱核爆炸合成，熱核爆炸裝置中的鈾核在大約10-7～10-8秒的時間內(nèi), 多次俘獲中子, 形成極富中子的鈾同位素，再經(jīng)一系列的β-衰變，即可得到重超鈾元素。

舉例锝锝（dé）是首個以人工方法制得的元素，其主要來源為反應(yīng)堆中鈾裂變產(chǎn)物。至80年代初還沒有在地球上找到天然存在的锝。用氫在500～600℃還原硫化锝(Tc2S7)或過锝酸銨，可得金屬锝。在硫酸溶液中電解過锝酸銨也可析出金屬锝。锝的性質(zhì)與同族元素錸相似。高溫下锝與氧生成揮發(fā)性的氧化物Tc2O7。常見同位素Tc-97的半衰期260萬年，可用作制備β射線標(biāo)準(zhǔn)源。少量的（約5×10^(-5) mol）過锝酸銨可使鋼材的腐蝕大為減慢。锝和锝鉬合金具有良好的超導(dǎo)性質(zhì)。1960年以前，锝只能小量生產(chǎn)，價格曾高達(dá)2800美元/克；70年代末已能進(jìn)行千克量級生產(chǎn)，價格已下降到60美元/克以下?，F(xiàn)在锝已經(jīng)達(dá)到成噸級的產(chǎn)量，是從核燃料的裂變產(chǎn)物中提取的。金屬锝抗氧化，在酸中溶解度不大，因此可用作原子能工業(yè)設(shè)備的防腐材料。 該金屬呈銀白色，但通常獲得的是灰色粉末。在潮濕的空氣中緩慢失去光澤，在氧氣中燃燒，溶于硝酸和硫酸。锝是地球上已知的最輕的沒有穩(wěn)定同位素的化學(xué)元素。3

鋦通過用氦核轟擊钚原子制得。鋦的放射性如此強烈，以至于在黑暗中會閃閃發(fā)光。鋦，原子序數(shù)96，因紀(jì)念著名科學(xué)家居里夫婦而得名。1944年美國科學(xué)家西博格、詹姆斯等用32兆電子伏特的α粒子轟擊钚239時發(fā)現(xiàn)鋦242，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)為238～251的全部鋦同位素。鋦的發(fā)現(xiàn)先于95號元素镅。

钚钚（Pu）是一種放射性元素，是原子能工業(yè)的一種重要原料，可作為核燃料和核武器的裂變劑。投于長崎市的原子彈，使用了钚制作內(nèi)核部分。其也是放射性同位素?zé)犭姍C的熱量來源。

钚于1940年12月首次在美國加州大學(xué)伯克利分校及勞倫斯伯克利國家實驗室被合成[1-4]。參與合成者包括諾貝爾獎得主西博格（伯克利校長）[1-2]和諾貝爾獎得主埃德溫·麥克米倫等人[1-2]。

镅镅的原子序數(shù)為95號元素，也就是第三個超鈾元素，是在1944年底被美國加州大學(xué)伯克利分校核物理學(xué)[1-2]、化學(xué)家西博格和他的同事們[3]——詹姆斯、摩根和吉奧索等人首先完成的[2][5]。他們用美洲一詞（America）命名這一新元素為americium，元素符號為Am。1

應(yīng)用金屬锝及其合金在低溫下是超導(dǎo)體，可用于火箭、計算機和受控?zé)?img src="https://img-xml.kepuchina.cn/images/newsWire/1YgVO45ZMzGlJ1DJs8Bq3XVc4WPZHAXrFdw7.jpg" alt="" />核反應(yīng)裝置中。钷 147是理想的示蹤原子，可用作純β放射源，用钷制成的熒光物可用于航標(biāo)燈,钷也是制作核電池的燃料之一。钚239可用作核燃料；其他超鈾元素的應(yīng)用有放射性示蹤劑、核熱源、核電池和中子源等方面。