《表1 氢元素的放射性同位素[5]》

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《氢元素教学内容的重构》

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氢的自然同位素一般是3种：氢（氕），氘和氚。然而，人工制造的氢同位素也至少有3种（表1），这些氢的同位素一般是由高能粒子轰击而得到，粒子轰击技术制备放射性同位素是20世纪物理学的重要成就，也是人类认识原子结构的重要的手段，特别是周期表中新发现的重元素几乎都是人工合成的。人工合成元素的方法[2]包括三类：中子轰击法、氘核轰击法和铀裂变法。中子轰击法可借助镭-铍源、回旋加速器或铀堆来产生中子，其中铀堆产生有效中子的速率最大，达105个中子每秒，因此也是最常用的一种中子轰击源。氘核轰击法使用能对带电粒子进行加速的设备，如回旋加速器，可以制备中子轰击法无法得到的同位素。而铀裂变法，虽然在30Zn、63Eu同位素的合成中有独到之处，但由于铀在裂变过程中会产生巨大的能量，安全性问题较为突出，且可能产生系列副产物，故其实际的常规应用仍受到限制。再具体到4H–6H的氢同位素的制备[3，4]:4H可通过反应2H（t，p）4H（其中，t指tritium，即氚，p指proton或protium，即质子或氕）或3H（t，d）4H（其中，d指deuterium，即氘）制得，实验中采用58 MeV氚核束轰击液态氘或氚，得到4H。5H可借助6He束轰击液态1H的过程，获得5H和两个中子，反应描述为1H（6He，2p）5H；6H则可以采用82 MeV的7Li束进行撞击，通过反应7Li（7Li，8B）6H得到。不过，5H和6H均不稳定，容易衰变为3T和2个中子。以上反应涉及的同位素，均可在大型加速器和碎片分离器实现合成与分离。通过介绍人工合成元素的方法，可以增强学生对基础科学前沿领域的了解。从而使学生认识到：人类在认识物质微观世界的道路上一直在不断深入。