新核素的合成

新核素的合成

正文

原子核(含中子,Π介子,質子)-內部結構模型圖

利用粒子加速器、高通量反應堆、地下核爆炸及宇宙射線中的高能粒子，通過核反應合成迄今未知的核素的工作。到目前為止已經發現的核素有2000多種, 理論預言還有約4000種尚未發現。
新核素的分布　將核的中子數N對質子數Z作圖，穩定核集中於一條窄長的帶內。由於質子間的庫侖能,N 隨Z的增長而大大增加，Z＞20後,N與Z的比值從稍大於1逐漸上升。通過該帶的中心可以劃一條對發射正負電子和俘獲電子類型的衰變（β衰變）來說穩定的線，稱為β穩定線。按理論上推算，未知的新核素絕大部分分布在遠離β穩定線的區域；按理論計算推測，有一些超重核位於298 114及4822 164附近的穩定島上（見圖）。

β+衰變(下半圖)及β-衰變(上半圖)-模型圖

新核素的合成

在缺中子一側，遠離β穩定線區域的是極缺中子核素,已經發現其中有些是緩發質子的，即經β+ 衰變或軌道電子俘獲後到達子核激發態再發射質子,如碳9、氧13、氖17、鎂21、矽25、硫29和氬33等;有些是緩發α粒子的，如硼8、氮12、鈉20和鋁24等；有些是α放射性的，如釓148、鏑150、鈥151、鉺152、銩153、鐿 154和鑥155等；有些則可能是雙質子放射性的，如鈹6、碳8、氧12、氖16和鎂19等。在豐中子一側遠離β穩定線區域的是極豐中子核素,已經發現其中有些是緩發中子的,如鈹12、碳16、氮17等。在重核區,一些極缺中子核素（如鏷222～鏷225、釷221～釷224、錒213～錒 222等）能形成類似於天然放射系的衰變鏈；1983～1984年，又證實重核還能以發射核子簇團（如碳14、碳12、氖24等）進行衰變，或稱極不對稱裂變的現象。研究這些新核素的性質對於核結構理論的發展是十分重要的，其中有些核素還可能有實用價值。
新核素的合成　極缺中子的核素的合成方法有兩種：①用中能質子或α粒子通過(p，xn)或(α，xn)反應合成，例如：

197 Au(p,13n)185 Hg
159 Tb(p,10n)150 Dy

β衰變-周期表 上表註解:
強子(夸克)與輕子的大統一：
一.v中微子與u上夸克互為轉換,e-電子與d下夸克互為轉換。
v-反中微子與u-反上夸克互為轉換,e+正電子與d-反下夸克互為轉換。
e-電子(上表1號)加v-反微中子(上表2號),合成W-弱玻色子-易衰變逃逸
《W-弱玻色子-衰變逃逸,即中子衰變為質子(β-衰變);W-弱玻色子-疊加壓回,即質子衰變回中子
(β+衰變能量需大於1.022MeV)》
(見上表n中子第一族1號及2號夸克)

151 Eu(α,6n)149 Tb

缺中子的輕核的合成中,用中子較少的3 He核作轟擊粒子也比較有效，例如：

6 Li(3 He,n)8 B
24 Mg(3 He,n)26 Si
28 Si(3 He,n)30 S

②通過重離子核反應合成，例如：

197 Au(16 O,9n)204 Fr
141 Pr(14 N,6n)149 Dy
144 Sm(20 Ne,7n)157 Hf
209 Bi(58 Fe,n)266 109

合成極豐中子的核素有兩種方法：①利用高通量反應堆或地下核爆炸的高注量率的中子, 通過多重(n,γ)反應合成，目前高通量反應堆的中子注量率可達5×1015 厘米-2 ·秒-1 ，一年間的中子注量為0.13摩/厘米2 ；熱核爆炸在小於1微秒的時間內可造成2～45摩/厘米2 的中子注量。在這樣高的中子注量率下，被照射的靶核可連續俘獲多箇中子,生成極豐中子的核素。例如鈾238在熱核爆炸時可連續俘獲 17箇中子，生成鈾255。②高能裂變，重核的中質比(N/Z)較高,高能裂變產物有些是豐中子的。例如比穩定同位素鋱 159多 5箇中子的放射性同位素鋱164，可通過重核的高能裂變獲得。
如果298 114和4822 164核存在的話，它們的中質比分別為1.61和1.94。通過普通核反應不可能製備這些核素。人們構想用重核熔合-裂變反應製備,但迄今尚未實驗成功。
新核素的合成需要從多方面的實驗加以證實。半衰期較長的核素可以用放射化學方法分離。半衰期短的核素常採用反衝法通過高速傳動帶或惰性氣體流載帶出來進行分析。其本身的化學性質、特徵 X射線的能量、子體的原子序數和質量數,以及與母體的時間相關關係(即生長-衰變關係)均可用於未知核素的鑑定。

配圖

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