
【化】 superheavy nucleus
中文术语:超重核
英文对应:Superheavy Nuclei (或 Superheavy Elements)
核心定义:
超重核指原子序数(质子数)大于 103(即铹元素之后)的重元素原子核。这类核素通常通过人工核反应合成,具有极高的原子质量与电荷,在自然界中不存在稳定同位素,且半衰期极短(微秒至分钟量级)。
合成机制
通过重离子加速器使两种重原子核(如钙-48轰击锔、锫等靶核)发生融合反应生成,例如第 118 号元素 Og(Oganesson)的合成公式:
$$ ^{249}{98}text{Cf} + ^{48}{20}text{Ca} to ^{294}_{118}text{Og} + 3n
$$
该过程需克服库仑势垒,成功率极低。
“稳定岛”假说
理论预测原子序数接近 114 或 126 的超重核可能存在相对稳定的同位素(半衰期达数年),但尚未被实验证实。
研究价值
验证核结构模型极限,探索强相互作用与量子效应在极端条件下的行为,拓展元素周期表边界。
由国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)审定,中文名采用形声造字法(如“钿”[tián] 对应 Tennessine, Ts)。
以发现机构或科学家命名,如 Livermorium(Lv, 第116号元素)源于美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室。
推荐学术资源:
注:超重核研究依赖大型实验设施(如日本RIKEN、俄罗斯JINR),其性质验证需经国际联合工作组复核确认。
超重核是核物理中描述质量数极大、质子数远超常见稳定核的一类原子核,以下是综合多个研究资料的详细解释:
质量范围
超重核通常指质量数(A)大于238的原子核,部分理论预测其可能存在于原子序数(Z)164附近的“稳定岛”区域。这类核的质子数极高(如Z≥104),远超天然存在的铀元素(Z=92)。
稳定性挑战
由于质子间库仑斥力超过核子间的强相互作用结合力,超重核通常寿命极短(如亚微秒级),甚至难以通过实验直接观测。例如,新发现的Rf-252半衰期仅亚微秒量级。
稳定岛假说
理论认为超重核可能存在于核素图上的“稳定岛”区域,该区域由双幻数结构(如Z=114、N=184)提供额外结合能,从而增强稳定性。这一假说基于量子壳层效应,突破了经典核模型对库仑斥力的限制。
合成与观测
实验主要通过重离子熔合反应(如铀轰击铀)合成超重核,但成功率极低。例如,俄罗斯杜布纳研究所成功合成了114号元素(Flerovium),其存在时间约0.1秒。
超重核研究对完善核结构理论、探索元素周期表边界具有重要意义。目前主流理论模型包括宏观-微观模型和相对论平均场理论,实验进展则依赖于高能加速器和新型探测器技术。
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