
【化】 superheavy nucleus
中文術語:超重核
英文對應:Superheavy Nuclei (或 Superheavy Elements)
核心定義:
超重核指原子序數(質子數)大于 103(即铹元素之後)的重元素原子核。這類核素通常通過人工核反應合成,具有極高的原子質量與電荷,在自然界中不存在穩定同位素,且半衰期極短(微秒至分鐘量級)。
合成機制
通過重離子加速器使兩種重原子核(如鈣-48轟擊锔、锫等靶核)發生融合反應生成,例如第 118 號元素 Og(Oganesson)的合成公式:
$$ ^{249}{98}text{Cf} + ^{48}{20}text{Ca} to ^{294}_{118}text{Og} + 3n
$$
該過程需克服庫侖勢壘,成功率極低。
“穩定島”假說
理論預測原子序數接近 114 或 126 的超重核可能存在相對穩定的同位素(半衰期達數年),但尚未被實驗證實。
研究價值
驗證核結構模型極限,探索強相互作用與量子效應在極端條件下的行為,拓展元素周期表邊界。
由國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)審定,中文名采用形聲造字法(如“钿”[tián] 對應 Tennessine, Ts)。
以發現機構或科學家命名,如 Livermorium(Lv, 第116號元素)源于美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室。
推薦學術資源:
注:超重核研究依賴大型實驗設施(如日本RIKEN、俄羅斯JINR),其性質驗證需經國際聯合工作組複核确認。
超重核是核物理中描述質量數極大、質子數遠超常見穩定核的一類原子核,以下是綜合多個研究資料的詳細解釋:
質量範圍
超重核通常指質量數(A)大于238的原子核,部分理論預測其可能存在于原子序數(Z)164附近的“穩定島”區域。這類核的質子數極高(如Z≥104),遠超天然存在的鈾元素(Z=92)。
穩定性挑戰
由于質子間庫侖斥力超過核子間的強相互作用結合力,超重核通常壽命極短(如亞微秒級),甚至難以通過實驗直接觀測。例如,新發現的Rf-252半衰期僅亞微秒量級。
穩定島假說
理論認為超重核可能存在于核素圖上的“穩定島”區域,該區域由雙幻數結構(如Z=114、N=184)提供額外結合能,從而增強穩定性。這一假說基于量子殼層效應,突破了經典核模型對庫侖斥力的限制。
合成與觀測
實驗主要通過重離子熔合反應(如鈾轟擊鈾)合成超重核,但成功率極低。例如,俄羅斯杜布納研究所成功合成了114號元素(Flerovium),其存在時間約0.1秒。
超重核研究對完善核結構理論、探索元素周期表邊界具有重要意義。目前主流理論模型包括宏觀-微觀模型和相對論平均場理論,實驗進展則依賴于高能加速器和新型探測器技術。
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