鈾235與鈾238的“脾氣”大不一樣:鈾235是個“急性子”,鈾238卻是個“慢性子”。鈾235受到中子攻擊時,會迅速發生鏈式反應,在一刹那間釋放出大量原子能,形成劇烈的爆炸。在原子彈裏,就裝著鈾235。可是,鈾238受到中子攻擊時,卻不動聲色地把中子“吞”了進去,並不會發生爆炸。

在天然鈾礦中,絕大多數是鈾238,而鈾235僅占7‰(質量分數)。人們千方百計地從鈾礦中提取那少量的鈾235,用它製造原子彈,而大量的鈾238卻被廢棄了。

鈾238難道真的是廢物嗎?

人們經過仔細的研究,結果發現,鈾238可以作為製造鈈的原料,而鈈的脾氣跟鈾235差不多,也是個急性子,可以用來製造原子彈!

本來,在天然鈾礦中,隻含有一百萬億分之一鈈。如今,人們用鈾238作原料,大量製造鈈。於是,鈈的產量迅速增加,從隻有一根頭發的1‰那麼重猛增到數以噸計。不久,人們不僅製成了以鈈為原料的原子彈,而且還用它製成了原子能反應堆,用來發電。

這樣一來,鈈一下子成了原子能工業的重要原料。

鈈是一種銀灰色的金屬,很重。在空氣中也很易氧化,在表麵形成黃色的氧化膜。

鈈的壽命也很長,達24360年。

鈈的發現和廣泛應用,一下子就使人們對化學元素的認識,進入一個新階段:原來,世界上還有許多很重要的未被發現的新元素哩!

镅和鋦的發現

鈈發現後,也完成了它的化學性質的研究。西博格等又著手合成95號和96號元素。為此,首先必須使鈈的量達到能用肉眼觀察的程度。能用肉眼觀察的最小量即能用天平稱量的量,即1微克(百萬分之一克)。1942年分離出了1微克用回旋加速器製得的鈈,這是有史以來人工元素最大的獲取量。以後,隨著原子反應堆的應用,製得了更多的鈈。

西博格等人的實驗最初沒能成功,這是因為95和96號元素具有與鈈非常相似的性質。另外,根據對鎿和鈈的化學性質的研究,已知它們作為錸和鋨的同族元素無法排入周期表中。

按照麥克米倫的設想,鎿和鈈作為鈾的一族元素排列,故95號、96號元素的分離沒能成功。如果周期表中在鑭元素下麵,從錒開始與稀土元素同樣有一組元素的話,這一係列問題就都解決了,從而使95號和96號元素分離成功。

用回旋加速器加速氦離子照射鈈,發現了96號元素的同位素。

這一新元素由居裏夫婦命名為鋦Cm。

95號元素的發現要晚一些,是1945年從原子反應堆中中子照射的靶中分離出來的:

原子反應堆中的中子密度高,而且可連續長時間運轉,因此靶核在原子反應堆中照射數月後,有可能吸收2個中子,而可吸收3個中子。的半衰期是6580年,是13年,是458年。

95號元素根據美國一詞命名為镅。镅和鋦分別排在銪和釓下麵,這樣排列,意思就是歐洲之後是美國,稀土元素的先驅加多林之後有居裏。從錒開始的這一組元素與稀土元素性質相似,在周期表中排在稀土元素下麵。對應鑭係元素,這些元素總稱錒係元素。

錇和鐦的發現

镅和鋦發現後,接下來是原子序數為97和98的元素。同樣這首先要確保镅和鋦積累到能用肉眼觀察的量。1940年底,在中子密度高的原子反應堆中,能得到毫克(千分之一克)級的,西博格再次用回旋加速器加速氦離子照射根據這一反應,1949年末獲得了原子序數比Am大2的97號元素,它的半衰期是4.6小時。因為97號元素在加利福尼亞大學所在地伯克利市合成得到,故而命名為錇Bk。

繼續以加利福尼亞的回旋加速器加速氦離子後照射鋦,通過如下反應得到98號元素。

98號元素的這一同位素半衰期是44分鍾,本實驗中測到的98號元素原子隻有5000個,原子的放射性根據少量原子的衰變即可測定,當然也能確定其化學性質。

98號元素就以加利福尼亞命名為鐦Cf。這樣鐦前後的超鈾元素都與加利福尼亞大學有關。

氫彈實驗中發現的99、100號元素。

99和100號元素的發現與以往有所不同。

1952年11月在太平洋比基尼島上進行了最早的熱核爆炸試驗——氫彈試驗。試驗後,美國科學家從該島的珊瑚礁中收集爆炸的下落物,對其進行化學分析,在西雅圖阿爾康努研究所和新墨西哥羅斯阿拉莫研究所分別發現了等鈈的豐中子同位素。這些同位素是吸收6個和8個中子後衰變生成的。

這次熱核爆炸持續的時間非常短,爆炸中心中子密度非常大,用中子密度高的原子反應堆,即使反應一年也得不到熱核爆炸時瞬間形成的豐中子同位素,既然能連續吸收8個中子,其中必有即使少量但吸收10個以上中子的物質,它發生β衰變,就能生成比鐦原子序數大的99或100號元素。如果真是這樣,是否就能從核爆炸的下落物中發現這些元素就不得而知了。

為此,加利福尼亞大學的西博格和上述兩家研究所的科學家們開始共同尋找99號和100號元素。

這3個小組從比基尼島的爆炸地帶回的幾百千克珊瑚,用離子交換法分離後發現了α衰變半衰期為20天的99號元素的同位素和α衰變半衰期為22小時的100號元素的同位素,它們分別是,實際是由吸收17個中子衰變後生成的。

1955年,美國加利福尼亞大學在實驗室中製得了這兩種新元素。99號元素以提出相對論的愛因斯坦命名為鎄,100號元素以原子能的開創者費米命名為镄。

隨後,將較多量的鈈放入高中子密度原子反應堆中,照射兩三年,便在實驗室裏製得了鎄,但鎄的總量還不足1微克。

如此說來,多次吸收中子,再β衰變,似乎能製備更重的原子。然而,實際上原子多次吸收中子後,隨著質量數的增加引發核裂變的概率也增大,所以利用這種手段,製取質量數更大的元素的可能性很小。

100號後元素的發現

1955年,就在製得鎄以後,美國加利福尼亞大學的科學家們用氦核去轟擊鎄,使鎄原子核中增加2個質子,變成了101號元素。他們把101號元素命名為“鍆”,紀念化學元素周期律的創始人、俄國化學家門捷列夫。

有趣的是,最初製得的鍆竟如此之少——隻有17個原子!然而,正是這17個原子,宣告了一種新元素的誕生。

緊接著,在1958年,加利福尼亞大學與瑞典的諾貝爾研究所合作,用碳離子轟擊鋦,使鋦這個本來隻有96個質子的原子核一下子增加了6個質子,製得了極少量的102號元素。他們用“諾貝爾研究所”的名字來命名它,叫作“锘”。但是,他們的研究成果,一開始並沒有得到人們的承認。直到幾年以後,別人用另一種辦法也製成了102號元素時,才獲得國際上的正式承認。

人們追索不息。1961年,美國加利福尼亞大學的科學家們著手製造103號元素。他們用原子核中含有5個質子的硼,去轟擊原子核中含有98個質子的鐦,進行原子“加法”: