元素

108 钅黑 Hs

本文作者:漂泊
钅黑是一种人工合成的放射性元素,由德国达姆施塔特重离子研究所科学家利用58Fe轰击208Pb得到,得名于发现地德国「黑森州」。

钅黑的基本物理性质

分类 第Ⅷ族(放射性元素)
原子序号原子量 108 [277]
电子配置  5f14 6d6 7s2
发现者 达姆施塔特重离子研究所
主要的同位素 263Hs, 264Hs, 265Hs, 266Hs, 267Hs, 268Hs, 269Hs, 270Hs, 271Hs, 273Hs, 275Hs, 277Hs
最长半衰期 9s(269Hs)
前后的元素 钅波-钅黑-钅麦

钅黑的发现

1978年,苏联杜布纳联合核子研究所一个由Yuri Oganessian领导的研究小组首次尝试了合成108号元素。由于最稳定的同位素的中子-质子比随着原子序数的增加而增长,对于原子序数很大的元素来说,它们的中子数几乎和质子数接近。传统的热核聚变方法会释放出数个中子,这不利于形成稳定的核素,因此他们发明了冷核聚变的方法:利用48Ca这种高中子-质子比的轻元素核素作为“子弹”,轰击226Ra,但是实验并没有成功。1983年,他们又进行了数次核反应:利用55Mn轰击 209Bi;利用58 Fe轰击 208Pb;利用10Ne轰击 249Cf。这些实验的结果似乎也不如预期。

1984年,德国达姆施塔特重离子研究所(Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI)一个由Peter Armbruster和 Gottfried Münzenberg领导的研究小组,利用重离子加速器加速58 Fe轰击208Pb靶,得到了265108,其半衰期只有0.002s,这是108号元素首次被成功合成。108号元素以其发现地德国黑森州(Hesse)命名为Hassium,符号为Hs,中文译名为“钅黑”。目前所获得的钅黑最稳定的同位素是269Hs,其半衰期为9s,放出α粒子后衰变为265Sg。通过质谱仪已经证实钅黑存在类似于OsO4的正四价氧化物。 [1-6]

达姆施塔特重离子研究所内部设施

核反应与超重元素合成

核反应是指原子核与原子核,或原子核与其他粒子(如质子,中子,光子和高能电子)发生相互作用,进而引发的改变或反应。在核反应的过程中,会产生不同于入射弹核或靶核的新原子核。因此,利用核反应可以合成各种不稳定的超重原子核。

核反应中反应前后的能量、动量、角动量、质量、电荷与宇称都必须守恒。它是宇宙中极为普遍的自然现象。如今自然界中存在的化学元素除了氢之外,都是通过宇宙的天然核反应合成的,在恒星上发生的核反应是恒星能够辐射出巨大能量的源泉。

1919年英国科学家卢瑟福用天然放射性物质放射的α粒子轰击14N,首次实现了人工核反应。在核反应中,用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子,被轰击的原子核称为靶核,核反应发射的粒子称为出射粒子,反应生成的原子核称为剩余核或产物核。入射粒子a轰击靶核A,发射出射粒子b并生成剩余核B的核反应可用以下方程式表示:A+a→B+b

给定的入射粒子和靶核能发生的核反应往往不止一种。每一种核反应称为一个反应道。反应道由入射道和出射道构成。入射粒子和靶核组成入射道,出射粒子和剩余核组成出射道。同一入射道可以有若干出射道,同一出射道也可以有若干入射道。发生某种核反应的几率用核反应截面来表示。只有满足质量数、电荷、能量、动量、角动量和宇称守恒等条件,核反应才能发生,相应的反应道是开放的,或简称开道,反之为闭道。核反应过程总是伴随着能量的吸收或释放,前者对应吸能反应,反者对应放能反应。

核反应通常分为四类:衰变、粒子轰击、裂变和聚变。第一种是自发发生的核转变,而后三种为人工核反应(即用人工方法进行的非自发核反应)。某些核反应存在链式反应的现象,如:235U和中子的核反应:只要有一个中子轰击235U,就会放出3个中子,3个中子再去轰击235U就会生成9个中子,这样连续下去,在几微秒的时间里,就使反应进行得非常剧烈而放出巨大的能量。具有这种特点的反应,我们称之为链式反应。原子弹的爆炸如此剧烈,就是因为发生了链式反应。粒子轰击常用的入射粒子有中子、氦核和其他轻元素的离子。48Ca在超重元素的合成过程中出现频率很高,这是因为48Ca是具有最高中子质子比的轻元素核素,越多的中子越能使合成的重原子核保持稳定。[7-10]

核反应示意图

参考文献

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