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歷史

發(fā)現(xiàn)

1998年12月，位于俄羅斯杜布納聯(lián)合核研究所（JINR）的科學(xué)家使用 Ca離子撞擊 Pu目標(biāo)體，合成一個(gè) ? 原子。該原子以9.67 MeV的能量進(jìn)行α衰變，半衰期為30秒。該原子其后被確認(rèn)為 Fl同位素。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)在1999年1月公布。 然而，之后的實(shí)驗(yàn)并未能重現(xiàn)所觀測(cè)到的衰變鏈。因此這顆原子的真正身份仍待確認(rèn)，有可能是穩(wěn)定的同核異構(gòu)體 Fl。

1999年3月，同一個(gè)團(tuán)隊(duì)以 Pu代替 Pu目標(biāo)體，以合成其他的 ? 同位素。這次，他們成功合成兩個(gè) ? 原子，原子以10.29 MeV的能量進(jìn)行α衰變，半衰期為5.5秒。這兩個(gè)原子確認(rèn)為 Fl。 其他的實(shí)驗(yàn)同樣未能重現(xiàn)這次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，因此真正產(chǎn)生的原子核身份一樣不能被確定，但有可能是穩(wěn)定的同核異構(gòu)體 Fl。

杜布納的團(tuán)隊(duì)在1999年6月進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，成功制成 ? 。這項(xiàng)結(jié)果是受到公認(rèn)的。他們重復(fù)進(jìn)行 Pu的反應(yīng)，并產(chǎn)生兩個(gè)鈇原子，原子以9.82 MeV能量進(jìn)行α衰變，半衰期為2.6秒。

研究人員一開(kāi)始把所產(chǎn)生的原子認(rèn)定為 Fl，但2002年12月進(jìn)行的研究工作則將結(jié)論更改為 Fl。

2009年5月，IUPAC的聯(lián)合工作組發(fā)布鎶的發(fā)現(xiàn)報(bào)告，其中提到 Cn的發(fā)現(xiàn)。 由于 Fl和 Lv（見(jiàn)下）的合成數(shù)據(jù)牽涉到 Cn，因此這也意味著鈇的發(fā)現(xiàn)得到證實(shí)。

2009年1月，伯克利團(tuán)隊(duì)證實(shí) Fl和 Fl的發(fā)現(xiàn)。接著在2009年7月，德國(guó)重離子研究所又證實(shí) Fl和 Fl的發(fā)現(xiàn)。

2011年6月11日，IUPAC證實(shí) ? 的存在。

命名

Flerovium（Fl）是IUPAC在2012年5月30日正式采用的，以紀(jì)念蘇聯(lián)原子物理學(xué)家格奧爾基·弗廖羅夫 。此前根據(jù)IUPAC元素系統(tǒng)命名法所產(chǎn)生的臨時(shí)名稱為Ununquadium（Uuq） ?？茖W(xué)家通常稱之為“元素114”（或E114）。 2013年7月，中華人民共和國(guó)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)通過(guò)以鈇為中文定名。

未來(lái)的實(shí)驗(yàn)

日本理化學(xué)研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì)已表示有計(jì)劃研究以下的冷聚變反應(yīng)：

Flerov核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室在未來(lái)有計(jì)劃研究在 Pu和 Ca反應(yīng)中合成的較輕的 ? 同位素。

也有計(jì)劃使用不同發(fā)射體能量再次用 Pu進(jìn)行反應(yīng)，以進(jìn)一步了解2n通道，從而發(fā)現(xiàn)新的同位素 Fl。

同位素與核特性

核合成

能產(chǎn)生Z=114復(fù)核的目標(biāo)、發(fā)射體組合

下表列出各種可用以產(chǎn)生114號(hào)元素的目標(biāo)、發(fā)射體組合。

冷聚變

Pb( Ge, x n) Fl

第一次以冷聚變合成 ? 的實(shí)驗(yàn)于2003年法國(guó)國(guó)家大型重離子加速器（GANIL）進(jìn)行，產(chǎn)量限制為1.2 pb時(shí)并沒(méi)有合成任何原子。

熱聚變

Pu( Ca, x n) Fl ( x =3,4,5)

杜布納的一個(gè)團(tuán)隊(duì)于1998年11月首次嘗試合成 ? 。他們探測(cè)到一個(gè)源自 Fl的長(zhǎng)衰變鏈。 在1999年重復(fù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)再次合成了兩個(gè) ? 原子，這次則是 Fl。 團(tuán)隊(duì)在2002年進(jìn)一步研究了這項(xiàng)反應(yīng)。在測(cè)量3n、4n和5n中子蒸發(fā)激發(fā)函數(shù)時(shí)，他們探測(cè)到3個(gè) Fl原子、12個(gè) Fl原子及1個(gè)新同位素 Fl原子。根據(jù)這些結(jié)果，第一個(gè)被探測(cè)到的原子是 Fl或 Fl，而接著的兩個(gè)原子是 Fl。 2007年4月利用 Cn來(lái)研究鎶的化學(xué)特性時(shí)，科學(xué)家再次進(jìn)行這條反應(yīng)。瑞士保羅謝勒研究所和Flerov核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室直接探測(cè)到兩個(gè) Fl原子，這為對(duì) ? 的首次化學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

2008年6月，科學(xué)家再用該反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生 Fl同位素，以研究 ? 的化學(xué)特性。這次發(fā)現(xiàn)了一個(gè) ? 原子，這得以確認(rèn)它的屬性類似于惰性氣體。

2009年5月至7月，德國(guó)重離子研究所第一次研究了這個(gè)反應(yīng)，再進(jìn)一步嘗試合成Ts。團(tuán)隊(duì)成功確認(rèn)了 Fl和 Fl的合成與衰變數(shù)據(jù)，合成的原子中，前者有9個(gè)，而后者有4個(gè)。

Pu( Ca, x n) 114 ( x =2,3,4,5)

杜布納的團(tuán)隊(duì)首先在1999年3月至4月研究了這項(xiàng)反應(yīng)，并探測(cè)到兩個(gè) Fl原子。 由于有關(guān) Cn的數(shù)據(jù)有沖突，所以科學(xué)家在2003年9月重復(fù)進(jìn)行了該實(shí)驗(yàn)，以確認(rèn) Fl和 Cn的衰變數(shù)據(jù)（詳見(jiàn)鎶）。他們通過(guò)測(cè)量2n、3n和4n激發(fā)函數(shù)得到了 Fl、 Fl和新同位素 Fl的衰變數(shù)據(jù)。

2006年4月，保羅謝勒研究所和Flerov核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的合作計(jì)劃曾使用過(guò)這項(xiàng)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生 Cn，以研究鎶的屬性。在2007年4月進(jìn)行的一項(xiàng)確認(rèn)實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)直接探測(cè)到 Fl，并能夠取得有關(guān) ? 原子化學(xué)特性的最初數(shù)據(jù)。

2009年1月，伯克利的團(tuán)隊(duì)使用伯克利充氣分離器（BGS）和新得到的 Pu樣本繼續(xù)進(jìn)行研究，通過(guò)以上反應(yīng)嘗試合成 ? 。2009年9月，他們公布成功探測(cè)到2個(gè) ? 原子，分別為 Fl和 Fl，證實(shí)了Flerov核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室取得的衰變數(shù)據(jù)，但是所測(cè)量的截面更低。

2009年4月，瑞士和俄羅斯的合作研究計(jì)劃再次使用以上反應(yīng)進(jìn)行了對(duì) ? 化學(xué)屬性的研究，其中探測(cè)到一個(gè) Cn原子。

2010年12月，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)公布發(fā)現(xiàn)了 Fl原子，并觀測(cè)到5個(gè)衰變產(chǎn)物的新同位素。

作為衰變產(chǎn)物

科學(xué)家也曾在鈇和Og的衰變鏈中觀測(cè)到鈇的同位素。

撤回的同位素

Fl

在1999年發(fā)現(xiàn) Og的報(bào)告中， Fl是以11.35 MeV能量進(jìn)行α衰變的，半衰期為0.58 ms。發(fā)現(xiàn)者于2001年撤回了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。這個(gè)同位素最后是在2010年被合成的，其衰變屬性和1999年報(bào)告中的不符，意味著撤回的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。

同位素發(fā)現(xiàn)時(shí)序

原子序?yàn)?14復(fù)核的裂變

2000年至2004年期間Flerov核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了幾項(xiàng)研究 Fl復(fù)核衰變屬性的實(shí)驗(yàn)。他們所使用的核反應(yīng)為 Pu+ Ca。結(jié)果顯示，這些復(fù)核進(jìn)行裂變時(shí)主要發(fā)射完整軌域原子核，如 82 132 Sn。另一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是，使用 Ca和 Fe作為發(fā)射體的聚變裂變路徑相似，這表示未來(lái)在合成超重元素時(shí)有可能使用 Fe發(fā)射體。

核異構(gòu)體

Fl

第一次合成的鈇同位素為 Fl，它以9.71 MeV的能量進(jìn)行α衰變，時(shí)長(zhǎng)為30秒。之后的直接合成實(shí)驗(yàn)中并未被觀測(cè)到這種現(xiàn)象。然而，在一次 Lv的合成實(shí)驗(yàn)中，所測(cè)得的衰變鏈釋放了9.63 MeV能量的α粒子，時(shí)長(zhǎng)為2.7秒。之后其他的衰變都與 Fl的相似。這很明確地表明，這些衰變活動(dòng)都是來(lái)自于同核異構(gòu)體的。近期實(shí)驗(yàn)中并未出現(xiàn)類似的活動(dòng)，表示這種同核異構(gòu)體的產(chǎn)量約為基態(tài)的20%，而第一個(gè)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的現(xiàn)象只是巧合。要解釋這個(gè)問(wèn)題，必須進(jìn)行更多的研究。

Fl

使用 Pu作為目標(biāo)的初次實(shí)驗(yàn)中，所觀測(cè)到的 Fl同位素進(jìn)行衰變時(shí)放射能量為10.29 MeV的α粒子，時(shí)常為5.5秒。其衰變產(chǎn)物再進(jìn)行自發(fā)裂變，時(shí)常符合先前合成的 Cn。后來(lái)科學(xué)家再?zèng)]有觀測(cè)到同樣的衰變活動(dòng)（詳見(jiàn)鎶）。不過(guò)，兩者的相關(guān)性表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果是非隨機(jī)的，而合成方式是不會(huì)影響同核異構(gòu)體的生成的。這些問(wèn)題要經(jīng)過(guò)更多研究才能解決。

同位素產(chǎn)量

下表列出直接合成鈇的聚變核反應(yīng)的截面和激發(fā)能量。粗體數(shù)據(jù)代表從激發(fā)函數(shù)算出的最大值。+代表觀測(cè)到的出口通道。

冷聚變

熱聚變

理論計(jì)算

蒸發(fā)殘留物截面

下表列出各種目標(biāo)-發(fā)射體組合，并給出最高的預(yù)計(jì)產(chǎn)量。

MD = 多面；DNS = 雙核系統(tǒng)； σ = 截面

衰變特性

對(duì)Fl不同同位素半衰期的理論估算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。 沒(méi)有裂變的同位素 Fl的α衰變半衰期預(yù)計(jì)有17天。

尋找穩(wěn)定島： Fl

根據(jù)宏觀—微觀理論，原子序114是下一個(gè)幻數(shù)。這意味著，該原子核呈球體狀，而其基態(tài)將會(huì)有高和寬的裂變位壘，因此自發(fā)裂變部分的半衰期會(huì)很長(zhǎng)。

當(dāng)原子序?yàn)?14時(shí)，宏觀—微觀理論表示下一個(gè)中子幻數(shù)為184，因此 Fl原子核很有可能會(huì)是繼 Pb（原子序82、中子數(shù)126）之后下一個(gè)滿足雙重幻數(shù)的原子核。 Fl位于理論預(yù)計(jì)的“穩(wěn)定島”的中央。然而，其他運(yùn)用相對(duì)論平均場(chǎng)理論的計(jì)算顯示，原子序120、122和126才是幻數(shù)。有一種可能性是，穩(wěn)定性并不在單一數(shù)字上飆升，而是在原子序從114到126時(shí)都是較高的。

由于偶核效應(yīng)， Mc的軌域修正能量最低，因此裂變位壘最高。由于較高的裂變位壘，任何在這穩(wěn)定島上的原子核都只會(huì)進(jìn)行α衰變，所以半衰期最長(zhǎng)的原子核將會(huì)是 Fl。半衰期預(yù)計(jì)很難超過(guò)10分鐘，除非中子數(shù)為184的中子軌域?qū)嶋H比理論上預(yù)計(jì)的更穩(wěn)定。另外，由于有奇數(shù)中子， Fl的半衰期可能會(huì)更長(zhǎng)。

化學(xué)屬性

推算的化學(xué)屬性

氧化態(tài)

鈇預(yù)計(jì)屬于7p系，并是元素周期表中14 (IVA)族最重的成員，位于鉛之下。這一族的氧化態(tài)為+IV，而較重的元素也表現(xiàn)出較強(qiáng)的+II態(tài)，這是因?yàn)槎栊噪娮訉?duì)效應(yīng)。錫的+II和+IV態(tài)強(qiáng)度相近。鉛的+II態(tài)比+IV態(tài)強(qiáng)。因此 ? 應(yīng)該繼續(xù)這一趨勢(shì)，有著氧化性的+IV態(tài)和穩(wěn)定的+II態(tài)。

化學(xué)特性

鈇的化學(xué)特性應(yīng)與鉛相近，能形成FlO、FlF 2 、FlCl 2 、FlBr 2 和FlI 2 。如果其+IV態(tài)能夠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，它將只能形成FlO 2 和FlF 4 。它也有可能形成混合氧化物Fl 3 O 4 ，類似于Pb 3 O 4。

一些研究指出鈇的化學(xué)特性可能和惰性氣體氡更接近。

實(shí)驗(yàn)化學(xué)

原子氣態(tài)

2007年4月至5月，瑞士保羅謝勒研究所與Flerov核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的合作計(jì)劃研究了鎶的化學(xué)特性。第一項(xiàng)反應(yīng)為 Pu( Ca,3n) Fl，第二項(xiàng)反應(yīng)為 Pu( Ca,4n) Fl。他們將所生成的原子在面上的吸收屬性與氡的屬性作了比較。第一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)探測(cè)到3個(gè) Cn原子，但同時(shí)也似乎探測(cè)到了1個(gè) Fl原子。這項(xiàng)結(jié)果是出乎意料的，因?yàn)橐苿?dòng)生成了的原子需時(shí)大約2秒， ? 原子應(yīng)該在被吸收前已經(jīng)衰變了。第二個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生了2個(gè) Fl原子和1個(gè) Fl原子。其中兩個(gè)原子的吸收特性符合惰性氣體的特性。2008年進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)肯定了這一重要的結(jié)果，所產(chǎn)生的 Fl原子特性也符合先前的數(shù)據(jù)，表示 ? 和金發(fā)生交互作用時(shí)類似于惰性氣體。

參見(jiàn)

穩(wěn)定島: Fl –Ubn–Ubh

鉛

擴(kuò)展元素周期表

Fl的同位素

參考資料

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