人工合成元素

人工合成元素，又称为人造元素，在化学中是指自然界中不存在，只有通过人工方法才能制造出来的化学元素。一般透过将两种元素的原子以高速撞击，使两者融合，以增大其原子核内质子的个数，达到增大原子序数、制造出新元素的目标。至今已有24种人工合成元素被合成出来，它们均是不稳定的放射性元素，但彼此间衰变的速率差异很大，半衰期从几千万年（如锔-247）到仅仅只有数百微秒（如鿫-294）。^[1]

注意：本页有Unihan新版汉字：“鿫、鿬”，这些字符可能会错误显示，详见Unicode扩展汉字。

  自然界中不存在，完全由人工方法合成出的放射性元素

  自然界中存量稀少，通常由人工合成的方式生产的放射性元素

  自然界中较普遍，有稳定存量的天然放射性元素

有五种元素最初是通过人工合成的方式发现，但是后来在自然界中，也发现有痕迹量的存在，包括锝、钷、砹、镎和钚，由于存量极为稀少，从天然矿石中提取它们并不实际，所以通常还是由人工合成的方式生产这些元素。因此，它们有时仍被标记为人工合成元素。^[2]其中第一个被发现的是锝，首次合成于1937年。^[3]而工业及军事上最重要的钚于1940年首次被合成出，主要以其在原子弹和核反应堆中的用途而闻名。^[4]钚也是如今天然存在的元素中原子序数最大的（94号），原子序≥95（镅以后）的元素都不出现在自然界中，只能以人工合成的方式生产，即随附元素周期表中的紫色区块元素。

原子序数≥99（锿以后）的人工合成元素由于半衰期都极短，非常不稳定，无法大量生产，因此在科学研究之外没有任何实际用途。

概述

人工合成元素皆具有放射性，会衰变成其他较轻的核素。由于它们的半衰期与地球的寿命相比过短，即使在地球形成的初期曾经存在过这些元素，到现今也已经全部衰变为其他元素而消失在地球上了。目前，只有在核武器或是在核反应堆、粒子加速器中进行的核试验中才能发现人工合成元素的原子。人工合成元素的产生方式有核聚变和中子俘获。

对于自然存在的元素来说，其原子量由地壳和大气层中天然同位素的丰度比例来决定。但是由于人工合成元素的同位素完全由人工合成产生，天然同位素的丰度对其没有任何意义，因此，在元素周期表中，人工合成元素的原子量使用其最稳定（即半衰期最长）的同位素之原子量来表示。

并不是所有的放射性元素都是人工合成元素，比如铀、钍和铋都没有稳定同位素，但是它们最稳定同位素的半衰期均极长，因此在地壳和大气层中均有分布，同时，它们的衰变产物——钋、镭和氡等元素，尽管半衰期很短，也能在自然界中找到相当的量。

生产

从核反应堆的用过核燃料中可以找到一些自然界中非常稀少或不存在的超铀元素，包括镎、钚、镅和锔等，它们是核燃料中的铀俘获中子后经β衰变而产生的。^[5]

较轻的人工合成元素大多是在核反应堆中以中子冲击母核素靶核来生产，可以较大量地生产。^[6]100号元素镄是能以这种方式生产的最重元素，不过至今科学家仍没有制得纯镄。^[7]目前单质产量能以肉眼所见的最重元素为99号的锿。^[8]

原子序数为101（钔）以上的超镄元素（transfermium element）只能利用粒子加速器将高能粒子轰击母核素来合成，合成难度较高且产量极少，因此用途皆仅限于研究。^[6]

历史

世界上第一个通过人工合成而发现的化学元素是锝，在1936年，该发现被最终确认并填补了元素周期表的43号位置的空白。锝不存在稳定同位素，其最稳定的同位素锝-98的半衰期为420万年，远低于地球的年龄，因此地球形成时所产生的锝到今天已经衰变殆尽。现今自然界中仅存在痕迹量的锝，是由铀-238的自发裂变以及钼矿石的中子俘获而产生。

第一个完全由人工合成而产生的元素是1944年合成的锔，之后是镅、锫和锎等。冷战期间，苏联和美国各自独立合成出了𬬻和𬭊等超重元素，这些元素的命名权曾引起很大的争论，直到1997年才解决（参见超镄元素争议）。^[9][10]

目前最新发现的元素为2010年合成出的鿬（Tennessine, Ts），而目前发现原子序最大的元素则是118号的鿫（Oganesson, Og），于2006年合成出，至此所有第七周期元素已经合成成功。^{[11][12][13][14]}科学家们至今仍借由人工核反应力图合成出原子序更大的新元素。

人工合成元素列表

下表所列人工合成元素均为自然界中所不存在的化学元素，其原子序数≥95，均为超铀元素。

元素名称	元素符号	原子序数	首次合成年代
镅	Am	95	1944
锔	Cm	96	1944
锫	Bk	97	1949
锎	Cf	98	1950
锿	Es	99	1952
镄	Fm	100	1952
钔	Md	101	1955
锘	No	102	1957
铹	Lr	103	1961
𬬻	Rf	104	1966（苏联），1969（美国）*
𬭊	Db	105	1968（苏联），1970（美国）*
𬭳	Sg	106	1974
𬭛	Bh	107	1981
𬭶	Hs	108	1984
鿏	Mt	109	1982
𫟼	Ds	110	1994
𬬭	Rg	111	1994
鿔	Cn	112	1996
鿭	Nh	113	2003
𫓧	Fl	114	1999
镆	Mc	115	2003
𫟷	Lv	116	2000
鿬	Ts	117	2010
鿫	Og	118	2002
* 视为共同拥有发现权

其他人工合成元素

下列元素在自然界中皆有痕量的分布，但通常由人工合成方式所产生。

元素名称	元素符号	原子序数	首次发现年代	在自然界中发现之年代	在地壳中之丰度 （单位：mg/kg）
锝	Tc	43	1937	1962	~ 3×10−9
钷	Pm	61	1945	1965	2×10−19
钋	Po	84	1898		2×10−10
砹	At	85	1940	1943	3×10−20
钫	Fr	87	1939		~ 1×10−18
锕	Ac	89	1902		5.5×10−10
镤	Pa	91	1913		1.4×10−6
镎	Np	93	1940	1952	≤ 3×10−12
钚	Pu	94	1940	1941–42	≤ 3×10−11