超重元素

超重元素（）是指原子序数超过103（铹）的重元素。这些元素均为人工合成元素，具有極高的放射性，半衰期很短，非常不稳定。其中原子序位於104（鑪）与120（Ubn）之间者稱為錒系後元素；原子序位於121（Ubu）与153（Upt）之间者則稱為超錒系元素。目前所发现原子序数最大的超重元素是118号的鿫。由于超重元素的原子序数都大于92（铀），因此所有的超重元素也都屬於超铀元素。

雖然超重元素的半衰期大多極短，且有随着原子序数的增加而缩短的趋势，然而也有例外：例如𨧀、鎶、鈇和鉝的一些同位素的半衰期就比預料中的還要長。格伦·西奥多·西博格预言了在這一系列元素中有更多的反常元素，并且把它们归类于“稳定岛”，即质子數或中子數为幻数的原子核具有特别的稳定性。

由於超重元素的生產難度極高，每次的產量也極少（至多數十顆原子），且半衰期都極短，非常不穩定，生成後會快速衰變，因此在科學研究之外沒有任何實際用途。

超重元素中未发现的元素及已发现但尚未正式命名的元素，皆使用IUPAC元素系统命名法。超重元素的命名曾引起很大的争论，104到109号元素命名的争论从二十世纪六十年代开始，一直到1997年才解决（參見超鐨元素爭議）。

概论

超重元素的产生 

一个超重元素的原子核是在两个不同大小的原子核的聚变中产生的。粗略地说，两个原子核的质量越不相等，两者发生反应的可能性就越大。由较重原子核组成的物质会做成靶子，它会被较轻原子核的粒子束轰击。两个原子核只能在距离足够近的时候，才能核聚变成一个原子核。通常，原子核（全部都有正电荷）会因为静电排斥而相互排斥。只有两个原子核的距离足够短时，强核力才能克服这个排斥力。束核因此被粒子加速器大大加速，以使这种排斥力与粒子束的速度相比变得微不足道。 施加到粒子束上以加速它们的能量可以使它们达到高达光速十分之一的速度。但是，如果施加太多能量，粒子束可能会分崩离析。

只是靠的足够近不足以使两个原子核聚变。当两个原子核逼近彼此时，它们通常会在一起约 10−20秒，然后裂变（产物不需要和反应物相同），而不是形成一个单独的原子核。发生这种情况是因为在尝试形成单个原子核的过程中，静电排斥会裂变正在形成的原子核。每一对目标和粒子束的特征在于它的截面——如果两个原子核彼此接近，发生聚变的概率。 这种聚变可能是量子效应的结果，其中原子核可以通过静电排斥进行隧穿。如果两个原子核可以在该阶段之后保持靠近，则多个核相互作用会导致能量的重新分配和平衡。

两个原子核产生的一个原子核处于激发态，它被称为，非常不稳定。为了达到更稳定的状态，这个暂时存在的原子核可能会直接核裂变，或是放出一些带走激发能量的中子。如果中子不足以带走这些激发能量，复合原子核就会放出γ射线。这个过程会在原子核碰撞后的 10−16秒发生，并创造出更稳定的原子核。 (JWP) 定义，一个化学元素的原子核只有10−14秒内不进行放射性衰变，才能被识别出来。这个值大约是一个原子核得到它的外层电子，显示其化学性质所需的时间。

衰变和探测 

粒子束穿过目标后，会到达下一个腔室——分离室。如果反应产生了一个新的原子核，它就会被这个粒子束携带。在分离室中，新产生的原子核会从其它核素（原本的粒子束和其它反应产物）中分离，并转移到中，在这里停止原子核。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。这个转移需要 10−6秒的时间。也就是说，这个原子核需要存活这么长的时间才能被检测到。衰变被记录后，这个原子核被再次记录，并测量位置、衰变能量和衰变时间。

原子核的稳定性源自于强核力。然而，强核力的作用距离很短，随着原子核越来越大，强核力对最外层的核子（质子和中子）的影响减弱。同时，原子核会被质子之间，范围不受限制的静电排斥力撕裂。强核力提供的核结合能以线性增长，而静电排斥力则以原子序数的平方增长，即后者增长更快，并且对于重元素和超重元素变得越来越重要。因此，超重元素的主要衰变方式——α衰变和自发裂变都是这种排斥引起的。 几乎所有会α衰变的核素都有超过210个核子，而主要通过自发裂变衰变的最轻核素有238个核子。在这两种衰变中，它们的有限位势垒抑制了原子核衰变，但它们可以隧穿这个势垒，发生衰变。

α粒子通常在放射性衰变中产生。α粒子中的每个核子的质量足够小，足以为α粒子留下一些能量，用作离开原子核的动能。自发裂变则是由静电排斥力将原子核撕裂，会产生各种不同的产物。随着原子序数增加，自发裂变迅速变得重要：自发裂变的部分半衰期从铀（元素92）到锘（元素102）下降了23个数量级，从钍（元素90）到镄（元素100）下降了30个数量级。早期的液滴模型因此表明，由于具有约280个核子的原子核的消失，自发裂变几乎会立即发生。 之后的核壳层模型表明具有大约300个核子的原子核将形成一个稳定岛，其中的原子核对自发裂变的抵抗力更强，并且主要经历具有更长半衰期的α衰变。 随后的发现表明，预测存在的稳定岛可能比原先预期的更远。他们还表明，长寿命锕系元素和稳定岛之间的原子核发生了变形，并从壳层效应中获得了额外的稳定性。 对较轻的超重核素以及那些更接近稳定岛的核素进行的实验表明，它们已经显示出比先前预期更大的抗自发裂变稳定性，表明壳层效应对原子核的重要性。

α衰变由发射出去的α粒子记录，在实际衰变之前很容易确定衰变产物。如果这样的衰变或一系列连续衰变产生了一个已知的原子核，则可以很容易地确定反应的原始产物。（衰变链中的所有衰变确实彼此相关，因为这些衰变的位置确定的，它们必须在同一个地方。） 已知的原子核可以通过它经历的衰变的特定特征来识别，例如衰变能量（或更具体地说，发射粒子的动能）。然而，自发裂变会产生各种分裂产物，因此无法从其分裂产物确定原始核素。

因此，旨在合成超重元素的物理学家可以获得的信息是探测器收集到的信息：粒子到达探测器的位置、能量和时间，以及粒子衰变的信息。物理学家分析了这些数据并试图得出结论，它确实是由一种新元素引起的，不可能是由与声称的核素不同的核素引起的。通常，如果提供的数据不足以得出一个新元素确实是被创造出来的结论，并且对观察到的影响没有其他解释，就可能在解释数据时出现错误。

已發現的超重元素列表

参见 
超铀元素
穩定島
元素周期表
锕系后元素

注释

参考资料

参考书目
 pp. 030001-1–030001-17 , pp. 030001-18–030001-138, Table I. The NUBASE2016 table of nuclear and decay properties 
 
 
 
 

原子核物理学
化学元素集合
人工合成元素