鉝[116號化學元素]

鉝是一種人工合成的放射性化學元素，它的化學符號是Lv，它的原子序數是116，屬於弱金屬之一。俄羅斯杜布納核研究聯合科研所和美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）合作於2000年合成了元素周期表上的第116號元素，從而確認了這一新元素的存在。2000年7月19日，專家首次直接在加速器上合成了第116號元素，但該元素存在了0.05秒後便衰變成了其他元素。2012年，國際純粹與套用化學聯合會（IUPAC）宣布第116號元素命名為鉝（Livermorium），以紀念勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）對元素髮現作出的貢獻。2017年3月，日中德三國研究小組用人工熱核聚變造出116號元素鉝。

基本信息

• 中文名稱：鉝
• 外文名：Livermorium
• 符號：Lv

• 原子量：293

簡介

元素周期表

鉝是16族最重的元素，但至今仍沒有足夠穩定的同位素能用在實驗當中，以證明它和釙的特性相似。
鉝於2000年第一次被發現，至今約有30個原子被成功製造，它們是直接合成的，或是Uuo的衰變產物。他們的同位素質量為290至293，而鉝是當中最穩定的，半衰期為約60ms。

歷史

發現

2000年7月19日，位於俄羅斯杜布納聯合核研究所（JINR）的科學家使用鈣離子撞擊鋦目標，並探測到一個鉝原子的一次單獨的衰變。結果於2000年12月發布。這次α衰變活動能量為10.54MeV，起初指定到鉝的衰變，因為產物和先前指定的鈇有互相的關係。然而其後又更改為鈇，所以這活動也指定到鉝。他們於2001年4至5月進行的第二次實驗裡，再有兩個原子被發現。
同樣的實驗裡，他們也探測到了符合第一次觀測到的鈇衰變，並將此次衰變活動指定到鈇。在重複進行相同的實驗後，並沒有觀測到這個活動。不過，這可能是一個鉝的同核異能素Lv的衰變，或是已知的鉝一條較罕見的衰變支鏈，其中第一顆α粒子丟失了。進一步研究仍需進行。
研究團隊在2005年4月至5月重複了實驗，並探測到8個鉝原子。記錄的衰變數據證實了所發現的同位素是鉝。同時他們也通過4n通道第一次觀測到鉝。
2009年5月，聯合工作組報告了鎶的發現，並承認了同位素Cn的發現。因為承認了其衰變產物Cn，意味著鉝的正式發現（見下）；儘管實際的實驗如上。一份聯合工作組報告將會討論這些問題。

命名

鉝此前被提名為moscovium，以莫斯科為名，但由於這兩種新元素是俄羅斯和美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室研究人員合作的產物，美國研究人員最終在命名上贏得了勝利，因此最終定名livermorium(Lv)，以實驗室所在地利弗莫爾市為名。

發展實驗

德國重離子研究所本來預計進行一項實驗（2010年6月24日至7月25日），研究鉝在Cm(Ca,xn)反應中如何產生，作為日後以Cm目標進行的實驗的第一步，並最終合成Ubn。
位於杜布納的團隊表示有意利用Pu和Ti的反應合成鉝。通過這項實驗，他們可以研究以Z>20的發射體來合成Z>118的超重元素的可能性。雖然原定計畫是在2008年，但這項實驗至今仍未開始。
也有計畫使用不同發射體能量重複Cm反應，以進一步了解2n通道，從而發現新的同位素Lv。另外，他們計畫未來完成4n通道產物鉝的激發函式，並估量N=184核殼層對產生蒸發殘留物的穩定效應。

同位素與核特性

核合成

能產生Z=116覆核的目標、發射體組合下表列出各種可用以產生原子序為116的目標、發射體組合。

Se	Lv	至今失敗
Fe	Lv	尚未嘗試
Cr	Lv	至今失敗
Ti	Lv	尚未嘗試
Ca	Lv	反應成功
Ca	Lv	尚未嘗試
Ca	Lv	反應成功
Ar	Lv	尚未嘗試

Pb(Se,xn)Lv1998年，重離子研究所嘗試了輻射俘獲產物（x=0）以合成鉝。他們限制截面為4.8pb，並未發現任何原子。

熱聚變

U(Cr,xn)Lv有粗略的證據顯示重離子研究所在2006年曾經嘗試過這個反應。他們沒有發布實驗結果，表示很可能並沒有發現任何原子。
Cm(Ca,xn)Lv(x=3,4)1977年KenHulet和他的團隊在勞倫斯利福摩爾國家實驗室首次進行合成Lv的實驗。他們並未發現任何鉝原子。YuriOganessian和他的團隊在Flerov核反應實驗室之後在1978年嘗試了這個反應，但最終失敗。1985年，伯克利實驗室和在重離子研究所的PeterArmbruster團隊進行了實驗，結果依然是失敗的，計算出來的截面限度為10至100pb。
2000年，杜布納的俄羅斯科學家終於成功探測到一個Lv原子，指向到同位素鉝。2001年，他們重複了這一個反應，再次合成了2個原子，驗證了此前的實驗結果。另外也不確定地探測到一個鉝原子，因為其首次α衰變違背探測到。2004年4月，團隊又再使用較高能量重複實驗，並發現了一條新的衰變鏈，指向到鉝。根據這個發現，原先的數據就被重新指向到鉝。不確定的衰變鏈因此可能是這個同位素的稀有的一條分支。這個反應另外有產生了2個鉝原子。
Cm(Ca,xn)116(x=2,3)為了找出合成出的鉝同位素的原子量，在2003年3月至5月期間杜布納的團隊用Ca離子撞擊Cm目標。他們觀察到了兩個新的同位素：鉝和鉝。這個實驗在2005年2月至3月成功重複進行，其中合成了10個原子，其衰變數據與2003年實驗報告中的相符。
作為衰變產物鉝也在Uuo的衰變中被探測到。2006年10月，在一個用鈣離子撞擊鐦的實驗中，3個Uuo原子被發現，並迅速衰變成鉝。
觀察到鉝，意味著成功合成了Uuo，也證明了成功合成元素Uuo。
原子量為116的覆核的裂變位於杜布納的Flerov核反應實驗室在2000至2006年進行了一系列的實驗，研究Lv覆核的裂變特性。實驗使用了4條核反應：Cm+Ca、Ca+Ca、Pu+Ti和Th+Fe。結果反映了這種原子核裂變的方式主要為放出閉殼原子核，如Sn(Z=50,N=82)。另一發現為，使用Ca和Fe發射體的聚變裂變路徑產量相似，說明在未來合成超重元素時，可以使用Fe發射體。另外，比較使用Ca和Ti發射體合成鉝的實驗，如果用Ti，聚變裂變產量約少3倍，表示未來能用於合成超重元素。
撤回的同位素鉝1999年，勞倫斯伯克利國家實驗室在《物理評論快報》中宣布成功合成Uuo（見Uuo）。所指的同位素鉝經過了11.63MeV能量的α衰變，半衰期為0.64ms。翌年，他們宣布撤回此前的發現，因為其他研究人員未能複製實驗結果。2002年6月，實驗室主任公布，原先這兩個元素的發現結果是建立在VictorNinov編造的實驗數據上的。因此，這一鉝同位素至今仍是未知的。

Lv	2002年	Cf(Ca,3n)
Lv	2003年	Cm(Ca,2n)
Lv	2004年	Cm(Ca,4n)
Lv	2000年	Cm(Ca,3n)

同位素產量

熱聚變下表列出直接合成鉝的熱聚變核反應的截面和激發能量。粗體數據代表從激發函式算出的最大值。+代表觀測到的出口通道。

Ca	Cm	Lv		1.1 pb, 38.9 MeV	3.3 pb, 38.9 MeV
Ca	Cm	Lv	0.9 pb, 33.0 MeV	3.7 pb, 37.9 MeV

理論計算

利用量子穿隧模型的理論計算支持合成鉝的實驗數據。
蒸發殘留物截面下表列出各種目標-發射體組合，並給出最高的預計產量。
DNS=雙核系統；σ=截面

Se	Lv	1n (Lv)	0.1 pb	DNS
Se	Lv	1n (Lv)	0.5 pb	DNS
Cr	Lv	2n (Lv)	0.1 pb	DNS
Ca	Lv	4n (Lv)	5 pb	DNS
Ca	Lv	4n (Lv)	2 pb	DNS
Ca	Lv	3n (Lv)	3 pb	DNS
Ca	Lv	3n (Lv)	1.5 pb	DNS

化學屬性

氧化態

鉝預計為7p系非金屬的第4個元素，並是元素周期表中16族（VIA）最重的成員，位於釙之下。這一族的氧化態為+VI，除了缺少d-軌域的氧外。硫、硒、碲及釙的氧化態都是+IV，穩定性由S(IV)和Se(IV)的還原性到Po(IV)的氧化性。Te(IV)是碲最穩定的氧化態。這表示較高氧化態穩定性較低，因此Lv應有氧化性的+IV態，以及更穩定的+II態。同族其他元素亦能產生−II態，如氧化物、硫化物、硒化物、碲化物和釙化物。

化學特性

鉝的化學特性能從釙的特性推算出來。因此，它應在氧化後產生二氧化物LvO₂。LvO₃也有可能產生，但可能性較低。在LvO中，鉝會展現出+II氧化態的穩定性。氟化後它可能會產生四氟化物LvF₄和/或二氟化物LvF₂。氯化和溴化後會產生LvCl₂和LvBr₂。碘對其氧化後一定不會產生比LvI₂更重的化合物，甚至可能完全不發生反應。

熱核聚變

2017年3月，一個由日本理化學研究所、中國科學院蘭州近代物理研究所及德國重離子核科學研究所等組成的國際研究小組，利用重離子直線加速器（RILAC），以原子序數20號的鈣（48Ca）射束和96號的鋦（248Cm）標靶進行熱核聚變反應，成功合成了原子序數116號的（鉝，讀lì）同位素292Lv和293Lv。這一成果為探索原子序數119號之後的新元素邁出了一步。研究成果發表在近期出版的《日本物理學會雜誌》上。