20世纪中期以来，核物理学家发展了原子核壳模型理论，预言质子或中子为幻数的原子核具有特别的稳定性，理论预测在质子数为114、中子数为184的“双幻数核”（魔数核）298114附近的原子核将具有较高的稳定性，围绕它可能存在着由成百个超重元素核组成的“稳定岛”，有可能被合成出来，这些核被称为超重核。原子核为超重核的元素称为超重元素。

中文名：超重元素

外文名：super heavy elements

开始于：20世纪中期以来

发现了：原子核壳模型理论

super heavy elements 原子量大于已发现元素的假设新元素。一经发现,则将这些元素排在现周期表元素之后。

根据核理论预言可能存在的原子序数大于 110的化学元素。相对应的原子核称为超重核。自从1940年人工合成93号元素镎和94号元素钚以来，元素周期表就开始“延长”。随着超钚元素的陆续合成，元素周期表究竟能延长到哪里的问题很自然地就提到了人们的面前，为了回答这个问题，在1966年前后，核理论工作者根据原子核的壳层模型理论（见核模型）提出了关于超重元素存在的预言。

20世纪20年代末发展起来的原子核壳层模型理论解释了周期表中具有2、8、20、28、50、82和 126等幻数的核的丰度较大和特别稳定等实验结果。1948年以来,美国物理学家M.G.迈尔等强调了质子数Z或中子数N为幻数的原子核的特别稳定性。1959年丹麦物理学家S.G.尼尔松等将尼尔松单粒子能级图外推到Z=126，显示出 Z=114的壳层效应。1960年前后瑞典物理学家S.A.E.约翰松在普遍液滴模型基础上，利用尼尔松轨道作了壳修正；他的计算证明，在N=184附近可能存在寿命足够长的核。1965～1966年迈尔等推广了液滴模型公式，并在核近似为球形时加以壳修正，从半经验质量公式出发,预言超重核稳定岛的存在。裂变势垒高达几兆电子伏。苏联物理学家B.M.斯特鲁宾斯基发展了壳修正法，提出Z=114为质子幻数。1969年尼尔松等全面系统地进行了计算和讨论,得出了Z=114、N=184的核298114为双幻数核，围绕它可能存在一个由成百个超重核组成的稳定岛，其中寿命最长的可达108年。1972年核物理学家 E.O.菲塞特等预测最稳定的超重核自发裂变半衰期可达 1015年。1976年丹麦核物理学家J.朗德鲁普等又进一步修正计算模型,预测最稳定的超重核自发裂变或α衰变半衰期约为1年。可见根据不同模型计算出来的超重核半衰期能相差几十个数量级。1977年美国核物理学家J.R.尼克斯等估计, 由于计算采用单粒子能级图以及计算模型等因素,使超重核自发裂变半衰期预测值的不确定因子达10±7～10±10。1986年联邦德国核化学家P.默勒等引进他们提出的壳修正，应用一个半经验关系式计算超重核的自发裂变或α衰变的半衰期仅为1～2秒,这一结果使得寻找超重元素的研究面临着十分困难的局面。

自从60年代中超重元素理论预言提出后，实验工作者通过以下三种途径寻找它们：

新建和改建重离子加速器

①新建和改建一些重离子加速器,根据各种设想的重离子反应机理,使用更重的入射离子轰击重元素靶，进行人工合成超重元素。设计并已使用过的核反应有：

但实验结果都是否定的。

利用运载工具

②用高空气球、宇宙飞船等运载工具，带着核乳胶和其他探测器寻找宇宙射线中可能存在的超重核。曾使用核乳胶叠和核乳胶、聚碳酸酯与醋酸纤维组成的混合叠等探测装置，升至约40公里高空进行探测，但未获得肯定结果。

利用核探测方法

③在地球和陨石物质以及月球样品中,用X射线荧光光谱分析法、质谱法以及各种核探测方法等寻找可能存在的长寿命的超重元素。已寻找的物质包括不同来源的陨石、月岩、月尘、金、铜、铂、铅、汞、钼、锌、镍等几百种矿物，金属冶炼厂的烟道灰、阳极泥，海底锰结核，以及数以千克计的纯铂、汞、铅、钨等样品。但结果都是否定的。

为了克服重离子与靶核间的库仑势垒，发生全融合反应，就必须提高重离子的能量；提高能量的后果常使剩余核处于高激发态，很容易发生裂变，因而影响形成超重核。由于重离子反应截面低，需要提高重离子束流强度,至少应再提高三、四个数量级,一般加速器尚无法满足这一要求。为了实现超重核的人工合成，核化学家提出了用冷融合反应合成超重核的设想。1985年默勒提出下述反应合成271110： 64Ni+208Pb─→271110+n

美国核化学家A.吉奥索提出另一冷融合反应：

59Co+209Bi─→266110+2n

此外，还有用较小原子序数的重离子轰击重超铀靶的设想，如：

23Na+254Es─→273110+4n

26Mg+249Cf─→271110+4n

上述设想能否实现，有待实验的检验。

理论预测超重核的半衰期的误差非常大，而超重核的半衰期可能远小于108年。这样一来,在地球形成时可能存在的超重核都已衰变完了，所以在矿物、岩石等样品中没有找到。若其半衰期小于105年,则宇宙射线中可能存在的超重核也将于它们到达地球之前衰变完了，因此在宇宙线中也无法找到它们。若超重核的半衰期果真为108年左右,那么迄今没有找到它们可能的原因是：①宇宙中自然合成超重核的几率非常小，从现有的数据来看，自然界重元素的合成，主要是通过快中子吸收过程，但这一过程可能达不到超重区；而重离子反应合成的截面可能也极小,所以在自然界合成超重核的数量极少,不易发现。②寻找方向上还带有某些盲目性，在一些工作中，样品的选择多半只着重考虑化学性质的同族相似性（如铅中找类铅、铂中找类铂等），而较少注意对现有的同位素地球化学规律的应用。③超重核分散在非常大量的基体当中，由于浓集方法有问题，使超重核浓集不起来或丢失。④样品中的超重核含量极微，由于探测器灵敏度还不够高，分辨不出来。

2023年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室研究人员首次揭示了宇宙中的核裂变现象，他们发现了裂变的潜在特征，这表明自然界可能会产生超出元素周期表中最重元素的超重原子核。

十几年来寻找超重元素的种种实验,虽未获成功,但从壳层模型理论对已有实验事实的成功解释来看，在铅208双幻数核以后,还是有可能存在下一个双幻数核的。也就是说，可能存在一个超重核稳定岛。即使岛上超重核的寿命达不到预测值那样长──稳定岛不像理论预测的那样高或大。但岛上原子核的寿命肯定比其周围的原子核要长，足以用核探测器测定。持乐观态度的核化学家认为，稳定岛的存在是无疑的，重离子合成反应可能是合成超重核的比较现实的途径。