元素

103 铹 Lr

本文作者:漂泊
铹是人工合成的放射性元素,美国伯克利劳伦斯国家实验室的科学家利用11B轰击249Cf得到,它得名于美国「劳伦斯国家实验室」。

铹的基本物理性质

分类 第ⅢB族▪锕系金属(放射性元素)
原子序号原子量 103 [262]
电子配置 5f146d17s2
发现者 A.Ghiorso, T.Sikkeland, A.E.Larsh,Robert M. Latimer
主要的同位素 254Lr, 255Lr, 256Lr, 259Lr, 260Lr, 261Lr, 262Lr, 266Lr
最长半衰期 10h (266Lr)
前后的元素 锘-铹-钅卢

铹的发现

1958年,美国伯克利劳伦斯国家实验室的科学家宣称用13C离子轰击244Cm,发现了102号元素(锘),与此同时,他们也在尝试合成103号元素。他们改用14N轰击244Cm,记录到了一种能量为9±1 MeV,半衰期约0.25秒的粒子的踪迹,这被认为是103号元素的一种同位素的衰变产物,后来证明这是257103发生α衰变产生的α粒子(能量为8.87MeV,半衰期0.6s)。但是这些证据还不足以支撑伯克利劳伦斯国家实验室宣称发现103号元素。于是他们开始尝试用10B和11B轰击252Cf来进行实验。

1961年,伯克利劳伦斯国家实验室的Albert Ghiorso, Torbjørn Sikkeland, Almon Larsh, Robert M. Latimer和他们的同事们进行了这项实验。他们利用重离子线性加速器加速10B和11B轰击252Cf靶,他们宣称探测到了257103的踪迹,并记录到了257103衰变释放出的α粒子(能量为8.6MeV,半衰期8±2s),稍后结论被修正为探测到了258103,但这不影响103元素已经被成功合成的结论。

1963年,苏联杜布纳联合核子研究所利用18O轰击243Am也得到了103号元素,反应式如下。但他们并不是直接探测到的,他们检测到了它的衰变产物252Fm的痕迹,从而间接证明了。

103号元素以著名物理学家,回旋加速器的发明者Ernest Lawrence命名,即Lawrencium,符号为Lr,中文译名为“铹”。铹也是最后一个锕系元素。 [1-8]

铹的发现者: Albert Ghiorso, Robert M. Latimer, Torbjørn Sikkeland, Almon Larsh (从左到右)

欧内斯特·劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence)与回旋加速器

欧内斯特·劳伦斯是美国著名物理学家,加州大学伯克利分校物理学教授。他设计和制造第一台高能粒子回旋加速器,并获得1939年度诺贝尔物理学奖。回旋加速器(Cyclotron)是高能物理中的重要仪器,它是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动,在运动中经高频电场反复加速的装置。由于劳伦斯的卓越贡献,第103号元素铹(Lawrencium)、美国的劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Lab)和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Lab)都是为纪念劳伦斯而命名的。

1928年,物理学家乔治·伽莫夫提出,可以用质子代替α粒子作为轰击物来实现人工核反应。由氢原子电离而得到的质子能量很小,需要通过电场或磁场进行加速,以保证作为“炮弹”的质子获得足够高的能量。于是,各种类型的粒子加速器逐步发展起来。1929年,欧内斯特·劳伦斯提出了回旋加速器的构造原理:即利用一个均匀磁场,使加速粒子沿螺旋形路径运动。在运动平面内,粒子将越过一个加速间隙,间隙里有一外加射频电场,其变化频率与离子旋转频率同相,以保证粒子每一次通过加速区时都能得到加速。其主要结构是在磁极间的真空室内的两个隔开相对放置半圆形金属扁盒(D形盒),D形盒上加交变电压,其间隙处产生交变电场。置于中心的粒子源产生带电粒子射出来,受到电场加速,在D形盒内不受电场力,仅受磁极间磁场的洛伦兹力,在垂直磁场平面内作圆周运动。绕行半圈的时间为πm/qB,其中q是粒子电荷,m是粒子的质量,B是磁场的磁感应强度。如果D形盒上所加的交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中作圆周运动的频率,则粒子绕行半圈后正赶上D形盒上电压方向转变,粒子仍处于加速状态。由于上述粒子绕行半圈的时间与粒子的速度无关,因此粒子每绕行半圈受到一次加速,绕行半径增大。经过很多次加速,粒子沿螺旋形轨道从D形盒边缘引出,能量可达几十兆电子伏特(MeV)。但是回旋加速器的能量会受制于随粒子速度增大的相对论效应,粒子的质量增大,粒子绕行周期变长,从而逐渐偏离了交变电场的加速状态。[9-13]

参考文献

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