Bohrium

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英语：Bohrium）是一种人工合成的化学元素，其化学符号为Bh，原子序数为107。以丹麦物理学家尼尔斯·玻尔命名。𬭛是一种放射性极强的超重元素及锕系后元素，其所有同位素的半衰期都很短，非常不稳定，其中寿命最长的是270Bh，半衰期仅约61秒。

在元素周期表中，𬭛是位于d区块的过渡金属，为第7周期、第7族的成员。人们对𬭛的化学属性并不完全了解，就目前实验结果所知，𬭛符合7族中位于铼之下元素的特性。

目录 1 概述 2 历史 2.1 正式发现 2.2 提出的命名 3 核合成 3.1 冷核聚变 3.2 热核聚变 3.3 作为衰变产物 4 同位素 4.1 稳定性与半衰期 4.2 同核异构体 5 化学特性 5.1 推算 5.2 化学实验 6 注释 7 参考资料 8 外部链接 概述 此节转录于最重元素概论。 (编辑 | 历史) 参见：超重元素 § 概论 核聚变图示 核聚变反应的图示。两个原子核融合成一个，并发射出一个中子。在这一刻，这个反应和用来创造新元素的反应是相似的，唯一可能的区别是它有时会释放几个中子，或者根本不释放中子。 外部视频链接 video icon 基于澳大利亚国立大学的计算，核聚变未成功的可视化[6] 超重元素[a]的原子核是在两个不同大小的原子核[b]的聚变中产生的。粗略地说，两个原子核的质量之差越大，两者发生反应的可能性就越大。[12]由较重原子核组成的物质会作为靶子，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，才能聚变成一个原子核。原子核（全部都有正电荷）会因为静电排斥而相互排斥，所以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并发生聚变。粒子束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。[13]不过，只是靠得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，它们通常会融为一体约10−20秒，之后再分开（分开后的原子核不需要和先前相撞的原子核相同），而非形成单一的原子核。[13][14]如果聚变发生了，两个原子核产生的一个原子核会处于激发态[15]，被称为复合原子核，非常不稳定。[13]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裂变，[16]或是放出一些带走激发能量的中子。如果这些激发能量不足以使中子被放出，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，产生更稳定的原子核。[16]联合工作团队（JWP）定义，化学元素的原子核只有10−14秒内不衰变，才能被识别出来，这个值大约是原子核得到它的外层电子，显示其化学性质所需的时间。[17][c]

粒子束穿过目标后，会到达下一个腔室——分离室。如果反应产生了新的原子核，它就会被这个粒子束携带。[19]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，[d]并转移到半导体探测器中，在这里停住原子核。撞击至探测器时的确切位置、能量和到达时间将会被记录下来。[19]这个转移需要10−6秒的时间，意即这个原子核需要存活这么长的时间才能被检测到。[22]若衰变发生，衰变的原子核被再次记录，并测量位置、衰变能量和衰变时间。[19]

原子核的稳定性源自于强核力，但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。[23]超重元素[24]的主要衰变方式——α衰变和自发裂变都是这种排斥引起的。[e]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。[f]（衰变链中的所有衰变都必须在同一个地方发生。）[19] 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）。[g]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。[h]

尝试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。物理学家分析这些数据并试图得出结论，确认它确实是由新元素引起的，而非由不同的核素引起的。如果提供的数据不足以得出创造出来的核素确实是新元素的结论，并且对观察到的效应没有其他解释，就可能在解释数据时出现错误。[i]

历史

第107号元素最初被建议以丹麦核物理学家尼尔斯·玻尔命名为Nielsbohrium（Ns）。IUPAC其后将其改名为现名Bohrium（Bh） 正式发现 位于德国达姆施塔特重离子研究所，由彼得·安布鲁斯特和哥特佛莱德·明岑贝格为首的团队于1981年首次确定性地成功合成𬭛元素。它们将铬-54原子核加速撞击铋-209目标，并制造出5个𬭛-262同位素原子：[36]

209 83Bi

n IUPAC/IUPAP镄后元素工作小组在其1992年的报告当中将重离子研究所的团队列为𬭛的正式发现者。[37]

提出的命名 该德国团队建议将该元素命名为Nielsbohrium，符号为Ns，以纪念丹麦物理学家尼尔斯·波尔。前苏联杜布纳联合核研究所的科学家却曾经建议把第105号元素（现名为𬭊）命名为Nielsbohrium。德国的团队希望在纪念波尔的同时，肯定杜布纳团队作为首次提出该冷核聚变反应的一方，从而解决命名争议。杜布纳团队与德国团队就此对107号元素的命名达成了共识。[38]

在104至106号元素命名争议的同时，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）使用Unnilseptium（符号为Uns）作为临时的系统化命名。[39]1994年，IUPAC的一个委员会建议将107号元素命名为Bohrium（现名），而非Nielsbohrium，因为此前并没有以某科学家的全名为元素取名的先例。[39][40]发现者对此表示反对，并担心这样的名称会和硼（Boron）混淆，特别是两者的含氧阴离子的国际命名：Bohrate（𬭛酸盐）和Borate（硼酸盐）。这个问题交由IUPAC位于丹麦的分支处理，但最终的投票结果仍然决定使用Bohrium。鉴于国际上对104至107号元素名均存在较大分歧，1997年8月27日IUPAC在协商后正式对101至109号元素的重新英文定名，其中Bohrium一名成为了国际承认的107号元素的命名。[39]虽然有关于硼酸盐和𬭛酸盐的歧义，IUPAC之后并没有将𬭛酸盐改称。[41]

全国科学技术名词化学名词审定委员会据此于1998年7月8日重新审定、公布101至109号元素的中文命名，其中首次给出107号元素中文名：“𬭛”（bō，音同“波”）[42]，名称源自IUPAC决定的英文名Bohrium，以纪念丹麦物理学家尼尔斯·波尔。[43][44]

核合成 主条目：𬭛的同位素 𬭛等超重元素的合成方法是将两种较轻的元素通过粒子加速器相互高速撞击，并以此产生核聚变反应。多数𬭛同位素都可以用这种方法合成，但某些较重的同位素则目前只在原子序更高的元素的衰变产物当中发现。[45]

根据所用能量的高低，核合成分为“热”和“冷”两类。在热核聚变反应中，低质量、高能的发射体朝着高质量目标（锕系元素）加速，产生处于高激发能的复核（约40至50 MeV），再裂变或蒸发出3至5颗中子。[46]在冷核聚变反应中，聚变所产生的复核有着低激发能（约10至20 MeV），因此这些产物的裂变可能性较低。复核冷却至基态时，会只射出1到2颗中子，因此产物的含中子量更高。[45]冷核聚变一词在此指的不是在室温下发生的核聚变反应（见冷核聚变）。[47]

冷核聚变 在1981年重离子研究所团队成功合成𬭛之前，杜布纳联合核研究所的科学家曾于1976年尝试进行冷核聚变合成𬭛。他们探测到两次自发裂变事件，半衰期分别为1至2毫秒和5秒。根据别的冷核聚变反应推断，两次裂变分别来自于261Bh和257Db。不过，之后的证据降低了261Bh的自发裂变支链，因此事件指定为𬭛的确定性也大大降低。指定为𬭊的裂变事件之后改为指向258Db，而2毫秒长的自发裂变事件则指定为258Rf的33%电子捕获支链。[37]重离子研究所团队在1981年研究了这条反应，并成功发现𬭛。利用衰变母子体关系法，他们探测到5个262Bh原子。[36]1987年，来自杜布纳的内部报告指出，其团队曾经直接探测到261Bh的自发裂变。重离子研究所团队又在1989年进一步研究这条反应，并在测量1n和2n激发函数时，发现了新同位素261Bh，但是并没有探测到261Bh的自发裂变支链。[48]2003年，他们利用新制造的三氟化铋（BiF3）目标继续进行研究，并取得更多有关262Bh及其衰变产物258Db的数据。2005年，由于质疑此前数据的准确性，位于劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的团队重新测量了1n激发函数。他们观测到18个262Bh原子和3个261Bh原子，并证实了262Bh的两个同核异构体。[49]

2007年，LBNL的团队研究了类似的反应，首次使用铬-52发射体寻找最轻的𬭛同位素260Bh：

209 83Bi

n 研究人员成功探测到8个260Bh原子，它们经过α衰变形成256Db，期间放射的α粒子能量为10.16 MeV。这种能量显示N=152的闭核持续有着稳定的作用。[50]

杜布纳的团队在1976年在一系列利用冷核聚变产生新元素的实验中，研究了铅-208目标和锰-55发射体之间的反应：

208 82Pb

n 他们观测到与铋-209和铬-54之间反应相同的自发裂变事件，并同样指向261Bh和257Db。之后的证据表示事件应该改为指向258Db和258Rf（见上）。[37]1983年，他们重新进行实验，并用到新的方法：测量经化学分离出的衰变产物的α衰变。研究人员探测到来自衰变产物262Bh的α衰变，加强证实𬭛原子核的成功合成。[37]位于LBNL的团队之后详细研究这条反应，并在2005年探测到33次262Bh的衰变及2个261Bh原子。这确定了这条反应释放一颗中子的激发函数，以及提供了有关两种262Bh同核异构体的光谱数据。2006年重复进行这条反应时研究了释放两颗中子的激发函数。该团队发现，释放一颗中子的反应的截面比使用209Bi目标的相应反应较高，著与预期的相反。要得出其原因则需要进一步的研究。[51][52]

热核聚变 劳伦斯伯克利国家实验室首次于2006年研究了铀-238目标与磷-31发射体之间的反应。

238 92U

位于中国兰州近代物理中心（IMP）研究了镅-243目标与镁-26发射体之间的反应，以合成新的同位素265Bh，以及搜集有关266Bh的更多数据：

243 95Am

日本理化学研究所的团队首次于2008年研究了锔-248目标和钠-23之间的反应，以了解266Bh的衰变属性。该同位素是他们所声称的鿭衰变链中的产物：[55]

248 96Cm

首次利用热核聚变尝试合成𬭛的实验是在1979年由杜布纳的团队进行的。他们使用氖-22发射体和锫-249目标：

249 97Bk

作为衰变产物 在衰变过程中发现的𬭛同位素 蒸发残余 𬭛同位素 294Ts, 290Mc, 286Nh, 282Rg, 278Mt 274Bh[5] 288Mc, 284Nh, 280Rg, 276Mt 272Bh[60][61] 287Uup, 283Uut, 279Rg, 275Mt 271Bh[60] 282Uut, 278Rg, 274Mt 270Bh[60] 278Uut, 274Rg, 270Mt 266Bh[61] 272Rg, 268Mt 264Bh[62] 266Mt 262Bh[63] 𬭛也在更高原子序的元素衰变时作为产物被发现。鿏是其中一种这样的元素，它共有7个已知的同位素，全部都进行α衰变，形成𬭛原子核，质量数从262到274不等。鿏本身也可以是𬬭、鿭、镆或鿬的衰变产物。至今发现的元素当中，除以上的之外没有别的可以衰变成𬭛。[64]例如在2010年1月，杜布纳的研究团队通过Uus的α衰变链发现了𬭛-274：[5]

294 117Ts → 290 115Mc

稳定性与半衰期 较轻的𬭛同位素一般有较短的半衰期。260Bh、261Bh、262Bh、262mBh和263Bh的半衰期在100毫秒以下。同位素264Bh、265Bh、266Bh和271Bh较为稳定，半衰期在1秒左右，而267Bh和272Bh则有大约10秒的半衰期。质量最高的同位素最为稳定，其中270Bh和274Bh分别有大约61秒和54秒的半衰期。未知的273Bh和275Bh同位素预期将会有更长的半衰期，分别为90分钟和40分钟。值得注意的是，在被发现之前，理论预计的274Bh半衰期也长达90分钟左右，但最终实际只有54秒。[64]

高质子量的260Bh、261Bh和262Bh是直接由冷核聚变产生的，262mBh和264Bh则是在鿏和𬬭的衰变链中被发现的。高中子量的266Bh和267Bh是通过向锕系元素目标进行放射产生的。中子量最高的四个同位素270Bh 、271Bh 、272Bh 和274Bh分别是在282Nh、287Mc和288Mc和294Nh的衰变链中发现的。后七个同位素的半衰期在8毫秒至1分钟不等。[58]

同核异构体 262Bh 𬭛的唯一一个确定的同核异构体出现在262Bh。直接和成262Bh会产生两种状态：基态和一个同核异能态。已证实，基态会经α衰变，放射的α粒子能量为10.08、9.82和9.76 MeV，半衰期为84毫秒。激发态也通过α衰变，放射的α粒子能量为10.37和10.24 MeV，半衰期为9.6毫秒。[36]

化学特性 推算 𬭛预计是元素周期表中6d系过渡金属的第四个元素，也是7族元素中最重的一个，位于锰、锝和铼之下。该族的所有元素都拥有明显的+7氧化态，其稳定性随着质量的增加而提升。因此𬭛也预计会有稳定的+7态。锝同时也有稳定的+4态，而铼拥有稳定的+4和+3态。𬭛也有可能拥有这些较低的氧化态。

该族的重元素会形成具挥发性的七氧化物M2O7，所以𬭛应该会形成具挥发性的Bh2O7。这个氧化物应该会在水中溶解，形成高𬭛酸HBhO4。铼和锝在其氧化物的卤化反应后能够形成卤氧化物MO3Cl，所以BhO3Cl也可能会在这种反应中产生。该族较重元素的氧化物在氟化反应会产生MO3F和MO2F3，而铼则另外会形成ReOF5和ReF7。因此，𬭛也应会产生这些氟氧化物，从而证实它会延续7族元素的化学特性。

化学实验 1995年第一次尝试分离𬭛元素的实验以失败告终。[66]

尽管相对论效应颇为重要，不过107号元素仍然是个典型的7族元素，这在2000年得到证实。[67]

2000年，保罗谢尔研究所的团队利用267Bh原子进行了化学反应。这些𬭛原子是Bk-249和Ne-22离子的融合产物。这些原子在经过热能化后，与HCl/O2混合物反应，并形成一种具挥发性的氯氧化物。这条反应也同时产生了同族的较轻元素锝（同位素为108Tc）及铼（同位素为169Re）。测量出来的吸附等温线明确指出一种挥发性氯氧化物的产生，其特性和氯氧化铼相似。这证实𬭛是一个典型的7族元素。[59]

2 Bh + 3 O 2 + 2 HCl → 2 BhO 3Cl + H 2 化学式 名称 BhO3Cl 氯氧化𬭛

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