|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Трансурановые элементы | Трансурановые элементы (далее Т), элементы, расположенные в периодической системе элементов Д. И. за ураном, то есть с номером Z ³ 93. Известно 14 Т Из-за относительно высокой скорости их радиоактивного распада Т в заметных количествах не сохранились в земной коре. Возраст Земли около 5×109 лет, а период полураспада T1/2 наиболее долгоживущих изотопов Т меньше 107 лет. За время существования Земли Т, возникшие в процессе нуклеосинтеза, либо полностью распались, либо их количество резко уменьшилось (до 1012 раз). В природных минералах найдены микроколичества 244 - наиболее долгоживущего Т (T1/2 ~ 8×106 лет), который, возможно, сохранился на Земле с момента ее формирования. В рудах обнаружены следы 237 (T1/2 ~ 2,14×106 лет) и 239 (T1/2 ~ 2,4×104 лет), которые образуются в результате ядерных реакций с участием ядер .
Первые Т были синтезированы в начале 40-х гг. 20 в. в (США) группой ученых под руководством Э. Макмиллана и Г. Сиборга, удостоенных Нобелевской премии за открытие и изучение этих элементов. Известно несколько способов синтеза Т Они сводятся к облучению мишени потоками нейтронов или заряженных частиц. Если в качестве мишени используется , то с помощью мощных нейтронных потоков, образующихся в ядерных реакторах или при взрыве ядерных устройств, можно получить все Т до (Z = 100) включительно. Процесс синтеза состоит либо в последовательном захвате нейтронов, причем каждый акт захвата сопровождается увеличением массового числа А, приводящим к b-распаду и увеличению заряда ядра Z, либо в мгновенном захвате большого числа нейтронов (взрыв) с длинной цепочкой b-распадов. Возможности этого метода ограничены, он не позволяет получать ядра с Z > 100. Причины - недостаточная плотность нейтронных потоков, малая вероятность захвата большого числа нейтронов и (что наиболее важно) очень быстрый радиоактивный распад ядер с Z > 100.
Элемент с Z = 101 (менделевий) был открыт в 1955 при облучении 25399 ( ускоренными a-частицами. Пять элементов с Z > 101 были получены на ускорителях заряженных частиц (циклотрон Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ; Дубна, СССР) и линейный ускоритель тяжелых ионов "Хайлак" ( США)) в ядерных реакциях с ускоренными тяжелыми ионами. Определяющий вклад в эти работы внесли группа ученых под руководством Г. Н. Флерова (Дубна) и группа Г. Сиборга - А. Гиорсо (Лаборатория им. Лоуренса, Существенные результаты были получены также в Окриджской национальной лаборатории США.
Для синтеза далеких Т используется два типа ядерных реакций - слияния и деления. В первом случае ядра мишени и ускоренного иона полностью сливаются, а избыточная энергия образовавшегося возбужденного составного ядра снимается путем "испарения" нейтронов. При использовании ионов С, О, и мишеней из , , образуется сильно возбужденное составное ядро (энергия возбуждения ~ 40-60 Мэв). Каждый испаряемый нейтрон способен унести из ядра энергию в среднем порядка 10-12 Мэв, поэтому для "остывания" составного ядра должно вылететь до 5 нейтронов. С испарением нейтронов конкурирует процесс деления возбужденного ядра. Для элементов с Z = 104-105 вероятность испарения одного нейтрона в 500-100 раз меньше вероятности деления. Это объясняет малый выход новых элементов: доля ядер, которые "выживают" в результате снятия возбуждения, составляет всего 10-8-10-10 от полного числа ядер мишени, слившихся с частицами. В этом кроется причина того, что за последние 20 лет синтезировано всего 5 новых элементов (Z = 102-106).
В ОИЯИ разработан новый метод синтеза Т, основанный на реакциях слияния ядер, причем в качестве мишеней используются плотно упакованные устойчивые ядра изотопов , а в качестве бомбардирующих частиц сравнительно тяжелые ионы , , . Избыточная энергия ионов расходуется на "распаковку" составного ядра, и энергия возбуждения оказывается низкой (всего 10-15 Мэв). Для снятия возбуждения такой ядерной системы достаточно испарения 1-2 нейтронов. В итоге получается весьма заметный выигрыш в выходе новых Т Этим методом был осуществлен синтез Т с Z = 100, Z = 104 и Z = 106.
В 1965 Флеров предложил использовать для синтеза Т вынужденное деление ядер под действием тяжелых ионов. Осколки деления ядер под действием тяжелых ионов имеют симметричное распределение по массе и заряду с большой дисперсией (следовательно, в продуктах деления можно обнаружить элементы с Z значительно, большим, чем половина суммы Z мишени и Z бомбардирующего иона). Экспериментально было установлено, что распределение осколков деления становится шире по мере использования все более тяжелых частиц. Применение ускоренных ионов или позволило бы получить новые Т в качестве тяжелых осколков деления при облучении мишеней. В 1971 в ОИЯИ были ускорены ионы с помощью 2 циклотронов, которыми облучалась мишень. Результаты показали, что новый метод пригоден для синтеза тяжелых Т
Т испытывают все виды радиоактивного распада. Однако электронный захват и b-распад - процессы относительно медленные, и их роль становится небольшой при распаде ядер с Z > 100, имеющих короткие времена жизни относительно a-распада и спонтанного деления. По мере утяжеления элемента конкуренция между спонтанным делением и (b-распадом становится все более заметной. Нестабильность относительно спонтанного деления, очевидно, определяет границу периодической системы элементов. Если период полураспада для спонтанного деления 92 ~ 1016 лет, для 94 ~ 1010 лет, то для 100 он измеряется часами, для 104-го элемента - секундами (см. Курчатовий), для 106-го элемента - несколькими мсек. О свойствах Т (до Z = 104) и строении их электронных оболочек см. в ст. Актиноиды.
Теоретическое рассмотрение показывает, что возможно существование очень тяжелых ядер, имеющих повышенную стабильность относительно спонтанного деления и a-распада. "Остров стабильности" должен располагаться вблизи магического ядра, у которого число протонов 114, а число нейтронов 184. Если гипотетическая область стабильности окажется реальной, то границы периодической системы элементов существенно расширятся. Ведутся поиски экспериментальных путей для проникновения в эту область элементов. Получить 114 протонов в новом ядре сравнительно легко, а 184 нейтрона - трудно. Причем отступление от магического числа 184 даже на несколько единиц резко понижает устойчивость ядра к спонтанному делению.
Расчеты барьеров деления и времен жизни сверхтяжелых элементов привели к выводу, что некоторые сверхтяжелые элементы могут иметь период полураспада около 108 лет и их микроколичества могли сохраниться на Земле до нашего времени. В 1968 под руководством Флерова начаты поиски сверхтяжелых элементов в природе. Исследуются земные минералы, продукты извержения вулканов, геотермальные воды, а также объекты, способные к аккумуляции тяжелой компоненты космических лучей ( конкреции со дна океанов, илы донных отложений озер и морей, метеориты, породы лунного регалита). Изучают образцы, в которых, согласно теоретическим представлениям, могут содержаться элементы с Z > 108. Одновременно ведутся исследования с помощью ускорителей многозарядных ионов.
Лит.: Флеров Г. Н., Звара И., элементы второй сотни. Сообщения ОИЯИ Д7-6013, (Дубна, 1971): Флеров Г. Н., Поиск и синтез трансурановых элементов, в кн.: Peaceful uses of atomic energy, . . - Vienna, v. 7, 1972, p. 471; Радиоактивные элементы - (Ns) - ¼, под ред. И. В. Петрянова-Соколова, М., 1974.
Г. Н. Флеров, В. А. Друин.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
