[科普中国]-人工放射性元素

发现

20世纪20年代末，由第1号元素氢到第92号元素铀组成的元素周期表只剩下43号、61号、85号和87号四个空位。人们用各种方法寻找这四种“空位元素”。

1934年法国科学家F.约里奥－居里和I.约里奥－居里发现了人工放射性，为人工获得放射性元素开辟了道路。1937年意大利矿物学家C.佩列尔和美国物理学家E.G.塞格雷在加利福尼亚大学劳伦斯-伯克利实验室用回旋加速器加速的氘核轰击钼靶， 通过下述核反应98Mo(d,n)99Tc 合成了锝，这是人类首次用人工的方法制造出来的元素。1940年美国科学家D.R.科森等用加速的α 粒子轰击铋靶，合成了85号元素砹。同年，美国化学家E.M.麦克米伦等发现了镎、G.T.西博格等发现了钚，开始了超铀元素的合成。

40多年来，已陆续合成了十几种超铀元素，进一步发展了元素周期系。人工放射性元素的发现和重要性质见表。2

合成方式人工放射性元素是通过人工核反应合成的。合成的方式有：

① 反应堆中子辐照合成, 可合成的最重的核素是镄257，是唯一能获得可称量超铀元素的方法。

② 从辐照过的核燃料中提取, 核燃料在反应堆中经中子辐照发生裂变反应，能产生大量裂变产物，锝和钷即可从中提取（见裂变产物化学）。

③ 用加速器加速粒子轰击合成, 粒子轰击由各种重元素制成的靶，通过核反应可合成绝大多数超铀元素。

④ 热核爆炸合成，热核爆炸装置中的铀核在大约10-7～10-8秒的时间内, 多次俘获中子, 形成极富中子的铀同位素，再经一系列的β-衰变，即可得到重超铀元素。

举例锝锝（dé）是首个以人工方法制得的元素，其主要来源为反应堆中铀裂变产物。至80年代初还没有在地球上找到天然存在的锝。用氢在500～600℃还原硫化锝(Tc2S7)或过锝酸铵，可得金属锝。在硫酸溶液中电解过锝酸铵也可析出金属锝。锝的性质与同族元素铼相似。高温下锝与氧生成挥发性的氧化物Tc2O7。常见同位素Tc-97的半衰期260万年，可用作制备β射线标准源。少量的（约5×10^(-5) mol）过锝酸铵可使钢材的腐蚀大为减慢。锝和锝钼合金具有良好的超导性质。1960年以前，锝只能小量生产，价格曾高达2800美元/克；70年代末已能进行千克量级生产，价格已下降到60美元/克以下。现在锝已经达到成吨级的产量，是从核燃料的裂变产物中提取的。金属锝抗氧化，在酸中溶解度不大，因此可用作原子能工业设备的防腐材料。 该金属呈银白色，但通常获得的是灰色粉末。在潮湿的空气中缓慢失去光泽，在氧气中燃烧，溶于硝酸和硫酸。锝是地球上已知的最轻的没有稳定同位素的化学元素。3

锔通过用氦核轰击钚原子制得。锔的放射性如此强烈，以至于在黑暗中会闪闪发光。锔，原子序数96，因纪念著名科学家居里夫妇而得名。1944年美国科学家西博格、詹姆斯等用32兆电子伏特的α粒子轰击钚239时发现锔242，现已发现质量数为238～251的全部锔同位素。锔的发现先于95号元素镅。

钚钚（Pu）是一种放射性元素，是原子能工业的一种重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变剂。投于长崎市的原子弹，使用了钚制作内核部分。其也是放射性同位素热电机的热量来源。

钚于1940年12月首次在美国加州大学伯克利分校及劳伦斯伯克利国家实验室被合成[1-4]。参与合成者包括诺贝尔奖得主西博格（伯克利校长）[1-2]和诺贝尔奖得主埃德温·麦克米伦等人[1-2]。

镅镅的原子序数为95号元素，也就是第三个超铀元素，是在1944年底被美国加州大学伯克利分校核物理学[1-2]、化学家西博格和他的同事们[3]——詹姆斯、摩根和吉奥索等人首先完成的[2][5]。他们用美洲一词（America）命名这一新元素为americium，元素符号为Am。1

应用金属锝及其合金在低温下是超导体，可用于火箭、计算机和受控热核反应装置中。钷 147是理想的示踪原子，可用作纯β放射源，用钷制成的荧光物可用于航标灯,钷也是制作核电池的燃料之一。钚239可用作核燃料；其他超铀元素的应用有放射性示踪剂、核热源、核电池和中子源等方面。