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锎

Wikipedia · 2025-12-09 维基百科 👁 1 阅读

，是一種人工合成的化學元素，其化學符號为**'，原子序數为98。鉲屬於錒系元素，是第六種人工合成的超鈾元素，具強放射性。伯克利加州大學於1950年以α粒子撞擊鋦，首次人工合成出鉲元素，因此該元素是以美國加利福尼亞州（California）及加州大學命名的。

鉲的外觀為銀白色金屬，擁有三種晶體結構，分別存在於正常氣壓900 °C以下、正常氣壓900 °C以上與高壓下（48 GPa）。在室溫下，鉲金屬塊會在空氣中緩慢地失去光澤。鉲的化合物主要由能夠形成3個化學鍵的鉲(III)形成。目前已知的20種鉲的同位素中，鉲-251最為穩定，其半衰期為898年，而鉲-252是最常被使用的同位素，半衰期約為2.64年，該同位素主要在美國的橡樹嶺國家實驗室及俄羅斯的（俄語：Научно-исследовательский институт атомных реакторов）合成。

鉲是少數具有實際用途的超鈾元素之一，也是最後一種除了科學研究外有實際應用的元素，所有原子序高於鉲的元素由於半衰期普遍較短，且生產難度大得多，產量也十分稀少，而都沒有實際的用途。利用某些鉲同位素是強中子射源的特性，鉲能夠用於啟動核反應爐，還可以使用在中子衍射技術和中對材料進行研究。另外，鉲可用来合成质量数更高的元素，例如118號元素鿫是以鈣-48離子撞擊鉲-249合成的。但在處理鉲的時候，也因此必須考慮到放射性的問題。當鉲累積在動物的骨骼組織時，將破壞紅血球的形成，影响造血功能。

歷史
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1950年2月9日前後，物理學家（Stanley Gerald Thompson）、、阿伯特·吉奥索及格倫·西奧多·西博格在伯克利加州大學首次發現了鉲元素。鉲是第六個被發現的超鈾元素。研究小組在1950年3月17日發佈了該項發現。

美國加州伯克利的1.5米直徑迴旋加速器將α粒子（）加速至35 MeV能量，射向一微克大小的鋦-242目標，以此產生了鉲-245（）和一顆自由中子（）。
: + → +
這次實驗只產生了大約5千個鉲原子，這些原子的半衰期為44分鐘。

該新元素以加州和加州大學命名為Californium。這和95至97號元素的命名方式有所不同：第95至97號錒系元素是利用類似於其上方的鑭系元素之命名方式而命名的。但是位於98號元素之上的鏑（Dysprosium）名稱原意為「難取得」，所以研究人員決定打破這項非正式的命名規律。不過在期刊物理評論上公布98號元素的發現時，他們對此有所說明：「我們要指出一點，鏑（Dysprosium）這個名字是由一個希臘字變來的，意思是『很難達到』；而在一個世紀以前，尋找另一種元素的人們（指淘金者）覺得加州是個難以達到的地方。」

海峽兩岸對此元素的漢字命名均遵從音譯原則。1951年，中國大陸《化學命名原則》修訂時新增這一元素，並將其訂名為“”，後《簡化字總表》將其簡化為“”，而非按照類推簡化原則作“”，以防與表示酒器的“鈃”相混淆。台灣則將其訂名為“”。

愛達荷國家實驗室通過對鈈目標體進行輻射，首次產生了重量可觀的鉲元素，並於1954年發佈了研究結果。產生的樣本中能夠觀察到鉲-252的高自發裂變率。1958年，科學家首次對濃縮鉲進行了實驗。在對鈈-239進行中子輻射連續5年之後，科學家在樣本中發現了從鉲-249到鉲-252的各個同位素。兩年後的1960年，勞倫斯伯克利國家實驗室的伯里斯·坎寧安（Burris Cunningham）和詹姆斯·沃爾曼（James Wallman）把鉲置於蒸汽與鹽酸中，第一次製成了鉲的化合物——三氯化鉲、氯氧化鉲及氧化鉲。

1960年代，位於美國田納西州橡樹嶺的橡樹嶺國家實驗室利用其（HFIR）產生了少量的鉲。到1995年為止，HFIR的實際鉲年產量為500毫克。在《》下英國向美國提供的鈈元素曾用於製造鉲。

美國原子能協會在1970年代初起向工業及學術機構銷售鉲-252同位素，每微克價格為10美元

特性
物理特性
鉲是一種銀白色的錒系金屬，熔點為900 ± 30 °C，估計的沸點為1470 °C。處於純金屬態時，鉲是具延展性的，可以用刀片輕易切開。在真空狀態下的鉲金屬到了300 °C以上時便會氣化。在51 K（−220 °C）以下的鉲金屬具鐵磁性或亞鐵磁性，在48至66 K時具反鐵磁性，而在160 K（−110 °C）以上時具順磁性。它與鑭系元素能夠形成合金，但人們對其所知甚少。

在一個大氣壓力下，鉲有兩種晶體結構：在900 °C以下為雙層六方密排結構（稱α型），接近室温時密度為15.10 g/cm3；而另一種面心立方結構（β型）則在900 °C以上出現，密度為8.74 g/cm3。在48 GPa的壓力下，鉲的晶體結構會由β型轉變為第三種正交晶系結構。這是由於鉲原子中的5f電子在此壓力下會變成離域電子，這些自由電子能夠參與鍵結的形成。

鉲的體積模量為50 ± 5 GPa，這與三價的鑭系金屬相似，但比一些常見的金屬低（如鋁：70 GPa）。

化學特性及化合物
鉲的化合價可以是4、3或2，也就是說一個鉲原子能夠形成2至4個化學鍵。其化學屬性預計將會類似於別的三價錒系元素，以及在元素週期表中位於鉲以上的鏑。鉲在室溫下會在空氣中緩慢地失去光澤，速度隨著濕度的提高而加快。鉲可以和氫、氮和任何氧族元素加熱進行反應，其中與不含濕氣的氫或與水溶無機酸反應的速度極快。

鉲只有在處於鉲(III)正離子狀態才具有水溶性。科學家目前仍未能還原或氧化溶液中的+3離子。鉲在形成氯化物、硝酸鹽、高氯酸鹽及硫酸鹽時易溶於水；形成氟化物、草酸鹽或氫氧化物時則會沉澱。

同位素
目前已知的鉲同位素共有20個，質量數從237到256不等，都是放射性同位素。其中最穩定的有鉲-251（半衰期為898年）、鉲-249（351年）、鉲-250（13.08年）及鉲-252（2.645年）。其餘的同位素半衰期都在一年以下，大部份甚至少於20分鐘。鉲-252有96.9%的機率進行α衰變（損失兩顆質子和兩顆中子），並形成鋦-248，剩餘的3.1%機率進行自發裂變。其他大部份的鉲同位素都以α衰變形成鋦的同位素（原子序為96）。

科學家曾認為超新星會產生鉲，因為超新星物質的衰變符合254Cf的60天半衰期。不過，之後的研究未能探測到鉲譜線，現在人們也一般認為超新星的光變曲線是符合鎳-56的特徵的。

含鈾量極高的礦藏中，重元素經中子捕獲和β衰變之後，可能會自然產生痕量的鉲，儘管這一點尚未得到證實。從95號鋂至100號鐨的超鈾元素，包括鉲，都曾在位於加彭奧克洛的天然核反應爐中自然產生，但至今已不再形成了。

合成
鉲可以在核反應爐和粒子加速器中產生。錇-249（）受中子撞擊（中子捕獲(n,γ)）後立即進行β衰變（β−），便會形成鉲-250（）。反應如下：
:(n,γ) → + β−
鉲-250在受中子撞擊後會產生鉲-251和鉲-252。

對鎇、鋦和鈈元素進行中子輻射可以製成數毫克的鉲-252和數微克的鉲-249。直到2006年，科學家利用特殊的反應爐對鋦-244至248進行中子輻射，主要產生出鉲-252，另有較少的鉲-249至255。

經過美國核能管理委員會可以購得微克量的鉲-252作商業用途。世界上僅有兩處生產鉲的設施：位於美國的橡樹嶺國家實驗室以及位於俄羅斯的核反應器研究所。到2003年為止，兩座設施分別每年生產0.25克和0.025克的鉲-252。

設施還生產三個半衰期頗長的鉲同位素，這需要鈾-238捕獲中子15次，期間不進行核裂變或α衰變。從鈾-238開始的核反應鏈經過幾個鈈同位素、鎇同位素、鋦同位素、錇同位素以及鉲-249至253（見圖）。

應用
鉲是目前在科學研究之外有實際用途的最重元素。鑀及以上的元素由於半衰期太短，生產難度大，因此只能在實驗室中用於合成更重的元素。

鉲-252為一種強中子射源，有著幾個應用的範疇。每微克的鉲每分鐘能夠產生1.39億顆中子。在放射治療無效時，子宮頸癌和腦癌的治療目前用到了鉲所產生的中子。自從1969年（）向佐治亞理工學院借出119 µg的鉲-252之後，鉲一直用於教育。

由於中子能夠穿透物質，所以鉲也可以用在探測器中，如燃料棒掃描儀，使用來探測飛機和武器部件的腐蝕、問題焊接點、破裂及內部濕氣，以及便攜式金屬探測器等。利用鉲-252來尋找油井中的水和石油，為金銀礦的實地探測提供中子源，以及探測地下水的流動。1982年鉲-252的主要用途按用量比例分別為：反應爐啟動源（48.3%）、燃料棒掃描儀（25.3%）及活化分析（19.4%）。到了1994年，大部份的鉲-252都用於中子射線照相（77.4%），而燃料棒掃描儀（12.1%）和反應爐啟動源（6.9%）則成了次要的應用範圍。

鉲-251的臨界質量很低（約為5 kg），但人們也曾低估其臨界質量，并誇大其臨界質量較低的特性的潛在用途。

2006年10月，位於俄羅斯杜布納的聯合核研究所研究人員宣佈成功合成3顆Og（118號元素）原子。他們利用鈣-48撞擊鉲-249，產生了這個目前最重的元素。該次實驗的目標體是一片面積為32 cm2、含有10 mg鉲-249的鈦薄片。其它用到鉲來合成的超鈾元素還包括1961年以硼原子核撞擊鉲所形成的鐒元素。

安全
如同其他鑭系及錒系元素，鉲在生物體中不發揮任何生物學功用。累積在骨骼組織裏的鉲會釋放輻射，破壞身體製造紅血球的能力。由於放射性很強，鉲對生物體有著極高的毒性。

在進食受鉲污染的食物或飲料，或吸入含有鉲的懸浮顆粒之後，鉲就會進入體內。在身體裏，只有0.05%的鉲會進入血液裏，其中的65%會積累在骨骼中，肝臟25%，其餘的主要通過排尿排出身體。骨骼和肝臟中積累的鉲分別會在50年和20年後消失。鉲會首先附在骨骼的表面，之後會慢慢蔓延到骨骼的各個部分。

一旦進入體內，鉲會造成很大的損害。另外，鉲-249和鉲-251能釋放伽瑪射線，對外表組織造成傷害。鉲所釋放的電離輻射在骨骼和肝臟中可致癌。

註释
参考文献
引用
書籍
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外部連結

#化学元素 #人工合成元素 #第7周期元素 #锕系元素 #锎

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