超铀元素 (英語:Transuranium element )在化学 上指的是原子序数 大於92(铀 的原子序数)的重元素 。它們都是不穩定 的放射性元素 ,會衰變成其他元素。除了在鈾礦中痕量存在的镎 和鈽 之外,地球上沒有天然存在的超鈾元素,所以它們都是人工合成元素 。
原子序数从1到92的元素中,除了锝 、钷 、砹 和钫 之外,都可以在地球 上检测到相當的量,它們大多具有穩定 或長半衰期 的同位素,或者是鈾 和釷 的普遍衰變產物 。锝、钷、砹和钫雖然也存在於自然界中,但僅有痕量 的存在。砹和钫只存在於鈾衰變鏈 和錒衰變鏈 的非常小的分支中,不但難以被生成,半衰期也極短,會很快衰變成其他元素;而原子序數較小的锝和钷只能由鈾-238 的自發裂變 以及由鉬 /釹 分別發生中子俘獲 而產生。
原子序数92以上的超鈾元素由於半衰期較短,從地球 誕生至今早已衰變殆盡,且現今自然界中也缺乏形成它們的途徑或機制,因此都是以人工合成 的方法產生的,僅有兩個原子序最小的超鈾元素在地球上被發現自然生成:錼 和鈽 ,不過皆為以痕量的存在。我們可以在富铀的矿石中检测到它们的痕迹。这些痕迹是铀矿石经过中子俘获 後紧接着發生β衰变 而生成的,例如以下反應:238 U +n →239 U →239 Np →239 Pu 。
超鈾元素可以用核反应堆 或者粒子加速器 人工合成。原子序≤100(鐨 以前)的超鈾元素大多是在核反應爐中以中子 照射母核種靶核來合成的,能夠較大量地生產。至於原子序超過100的超鈾元素只能以粒子加速器加速帶電粒子撞擊重原子核來合成,合成難度高且產量極少。[ 1] 此外,在核试验 后也會生成少量的超鈾元素,自二戰 以來的多次核武器 試驗已將至少八種超鈾元素釋放到環境中,包括錼、鈽、鋂 、鋦 、鉳 、鉲 、鑀 和鐨。[ 2]
原子序大於103(鐒 )的超鈾元素又稱為超重元素 ,超重元素的半衰期很短,極為不穩定,只能在人工環境中少量製成,且生成後會快速衰變,因此難以對其性質進行詳細研究。[ 3] [ 4] 目前所發現原子序最大的超重元素是118號的鿫 。
超鈾元素的半衰期有随着原子序数的增加而缩短的趋势,然而也有例外:例如鐒、𨧀 、鎶 和鈇 的一些同位素 的半衰期就比預料中的還要長。格伦·西奥多·西博格 预言了在这一系列元素中有更多的反常核種 ,并且把它们归类于“稳定岛 ”,即质子 數或中子 數为幻数 的原子核 具有特别的稳定性。
超铀元素中未发现的元素 及已发现但尚未正式命名的元素,皆使用IUPAC元素系统命名法 。超铀元素的命名曾引起很大的争论,104到109号元素命名的争论从1960年代开始一直到1997年才解决(參見超鐨元素爭議 )。
越重的超鈾元素生產難度越大,成本越高,價格隨原子序數增大而快速上漲。截至2008年,武器級鈽 的價格約為每克4,000美元 [ 5] ,而每克鉲 的價格超過6,000萬美元。[ 6] 鑀 是目前產量能以肉眼所見的最重元素。[ 7]
序號 元素 符號 電子 在每個能階 的排佈93 镎 Np 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2 94 钚 Pu 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 95 镅 Am 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2 96 鋦 Cm 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2 97 锫 Bk 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2 98 鐦 Cf 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2 99 鎄 Es 2, 8, 18, 32, 29, 8, 2 100 鐨 Fm 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2 101 鍆 Md 2, 8, 18, 32, 31, 8, 2 102 鍩 No 2, 8, 18, 32, 32, 8, 2 103 鐒 Lr 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 104 鑪 Rf 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2 105 𨧀 Db 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 106 𨭎 Sg 2, 8, 18, 32, 32, 12, 2 107 𨨏 Bh 2, 8, 18, 32, 32, 13, 2 108 𨭆 Hs 2, 8, 18, 32, 32, 14, 2 109 䥑 Mt 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 110 鐽 Ds 2, 8, 18, 32, 32, 16, 2 111 錀 Rg 2, 8, 18, 32, 32, 18, 1 112 鎶 Cn 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 113 鉨 Nh 2, 8, 18, 32, 32, 18, 3 114 鈇 Fl 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4 115 鏌 Mc 2, 8, 18, 32, 32, 18, 5 116 鉝 Lv 2, 8, 18, 32, 32, 18, 6 117 鿬 Ts 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 118 鿫 Og 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8
在元素週期表 中的超重元素 Z > 103 (鐒, Lr)
超重元素 (也稱為超重原子,通常縮寫為SHE )通常是指從鑪 (原子序數104)開始的锕系后元素 (transactinide elements)。(第一個 6d 元素鐒 有時也包括在內,但不一定)。這些元素只被人工製造出來,目前沒有任何實際用途,因為它們的半衰期很短,從幾小時到幾毫秒不等,會在很短的時間後衰變,這也使得它們極難被研究。[ 3] [ 4]
超重原子都是從20世紀後半葉開始被創造出來的,隨著科技的進步,21世紀的超重原子也不斷被創造出來。它們是透過在粒子加速器中轟擊元素而產生的,數量達到原子規模,目前尚未發現大規模產生的方法。[ 3]
超鈾元素在科技領域的應用取決於每個核種 的核特性(如衰變方式、半衰期、可分裂 性等),而不是利用這些元素的物理及化學性質。[ 8]
鈽-239 具有高的熱中子 分裂 截面 ,用於製造核武器 和用作核反應爐 中的核燃料 (如快中子增殖反應爐 )。
鈽-238 和鋦 -244衰變時會放出大量熱能,被用作放射性同位素熱電機 的熱源,作為人造衛星 、太空探測器 及無人燈塔 等設施的電源。[ 9] [ 10] [ 11]
鋦-244是α粒子X射線光譜儀 中最常見的α粒子 射源,用於許多探測車 和著陸器 等太空探測器。[ 12]
游離煙霧探測器 中使用極微量的鋂 -241氧化物 作為游離輻射 源[ 13] ,可用來預防火災。這種煙霧探測器比光學煙霧探測器來得便宜、靈敏度較高,但更容易發生誤報。[ 14] [ 15] [ 16] [ 17] 鋂-241還可用作中子 [ 18] 、γ射線 及α粒子射源。[ 19] [ 20]
鉲 -252是一種強中子放射源 ,使用於醫療 、科學及工業領域,例如癌症 治療[ 21] 、反應爐的啟動中子源 ( 英语 : Startup neutron source ) [ 21] 、中子射線照相 ( 英语 : Neutron imaging ) [ 22] 、燃料棒 掃描儀[ 21] 及中子活化分析 [ 23] 等。
原子序數≥99(鑀 以後)的超鈾元素由於半衰期很短,非常不穩定,無法大量生產,因此目前在科學研究之外沒有實際用途。
在粒子加速器 中,使用較輕的超鈾元素作為高能帶電粒子撞擊的標靶,可以合成出其他原子序更高的超鈾元素。[ 24] [ 25]
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