Трансуранові елементи
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Трансуранові елементи

Трансуранові елементи , хімічні елементи, розташовані в періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва за ураном, тобто з атомним номером Z ³ 93. Відоме 14 Т. е. Із-за відносно високої швидкості їх радіоактивного розпаду Т. е. у помітних кількостях не збереглися в земній корі. Вік Землі біля 5×10 9 років, а період напіврозпаду T 1/2 найбільш довгоживучих ізотопів Т. е. менше 10 7 років. За час існування Землі Т. е., що виникли в процесі нуклеосинтезу, або повністю розпалися, або їх кількість різко зменшилася (до 10 12 раз). У природних мінералах знайдені мікрокількості 244 Pu — найбільш довгоживучого Т. е. ( T 1/2 ~ 8×10 6 років), який, можливо, зберігся на Землі з моменту її формування. У уранових рудах виявлені сліди 237 Np ( T 1/2 ~ 2,14×10 6 років) і 239 Pu ( T 1/2 ~ 2,4×10 4 років), які утворюються в результаті ядерних реакцій за участю ядер U.

загрузка...

  Перші Т. е. були синтезовані на початку 40-х рр. 20 ст в Берклі (США) групою учених під керівництвом Е. Макміллана і Г. Сиборга, удостоєних Нобелівській премії за відкриття і вивчення цих елементів. Відомо декілька способів синтезу Т. е. Вони зводяться до опромінення мішені потоками нейтронів або заряджених часток. Якщо як мішень використовується U, то за допомогою потужних нейтронних потоків, що утворюються в ядерних реакторах або при вибуху ядерних пристроїв, можна отримати все Т. е. до Fm ( = 100) включно. Процес синтезу полягає або в послідовному захваті нейтронів, причому кожен акт захвату супроводиться збільшенням масового числа А , що приводить до b-розпаду і збільшенню заряду ядра Z , або в миттєвому захваті великого числа нейтронів (вибух) з довгим ланцюжком b-розпадів. Можливості цього методу обмежені, він не дозволяє отримувати ядра з Z > 100. Причини — недостатня щільність нейтронних потоків, мала вірогідність захвату великого числа нейтронів і (що найбільш важливе) дуже швидкий радіоактивний розпад ядер з Z > 100.

  Елемент з Z = 101 ( менделевій ) був відкритий в 1955 при опроміненні 253 99 Es (ейнштейнію) прискореними а-частками. П'ять елементів з Z > 101 були отримані на прискорювачах заряджених часток [циклотрон Об'єднаного інституту ядерних досліджень (ОЇЯЇ; Дубна, СРСР) і лінійний прискорювач важких іонів «Хайлак» (Берклі США)] у ядерних реакціях з прискореними важкими іонами. Визначальний вклад в ці роботи внесли група учених під керівництвом Р. Н. Флерова (Дубна) і група Г. Сиборга — А. Гиорсо (Лабораторія ім. Лоуренса, Берклі). Істотні результати були отримані також в Окріджськой національної лабораторії США.

  Для синтезу далеких Т. е. використовується два типи ядерних реакцій — злиття і ділення. У першому випадку ядра мішені і прискореного іона повністю зливаються, а надлишкова енергія збудженого складеного ядра, що утворилося, знімається шляхом «випару» нейтронів. При використанні іонів З, Про, Ne і мішеней з Pu, Cm, Cf утворюється сильно збуджене складене ядро (енергія збудження ~ 40—60 Мев ). Кожен випаровуваний нейтрон здатний понести з ядра енергію в середньому порядка 10—12 Мев , тому для «охолодження» складеного ядра повинне вилетіти до 5 нейтронів. З випаром нейтронів конкурує процес ділення збудженого ядра. Для елементів з Z = 104—105 вірогідність випару одного нейтрона в 500—100 разів менше вірогідності ділення. Це пояснює малий вихід нових елементів: доля ядер, які «виживають» в результаті зняття збудження, складає всього 10 —8 —10 —10 від повного числа ядер мішені, що злилися з частками. У цьому криється причина того, що за останні 20 років синтезовано всього 5 нових елементів ( Z = 102—106).

  В ОЇЯЇ розроблений новий метод синтезу Т. е., заснований на реакціях злиття ядер, причому як мішені використовуються щільно упаковані стійкі ядра ізотопів Pb, а як бомбардуючі частки порівняно важкі іони Ar, Ti, Cr. Надлишкова енергія іонів витрачається на «розпаковування» складеного ядра, і енергія збудження виявляється низькою (всього 10—15 Мев ). Для зняття збудження такої ядерної системи досить випару 1—2 нейтронів. У результаті виходить вельми помітний виграш у виході нових Т. е. Цим методом був здійснений синтез Т. е. з Z = 100, Z = 104 і Z = 106.

  В 1965 Флеров запропонував використовувати для синтезу Т. е. вимушене ділення ядер під дією важких іонів. Уламки ділення ядер під дією важких іонів мають симетричний розподіл по масі і заряду з великою дисперсією (отже, в продуктах ділення можна виявити елементи з Z значно, більшим, ніж половина суми Z мішені і Z бомбардуючого іона). Експериментально було встановлено, що розподіл уламків ділення стає ширшим у міру використання усе більш важких часток. Вживання прискорених іонів Xe або U дозволило б отримати нові Т. е. як важкі уламки ділення при опроміненні уранових мішеней. У 1971 в ОЇЯЇ були прискорені іони Xe за допомогою 2 циклотронів, якими опромінювалася уранова мішень. Результати показали, що новий метод придатний для синтезу важких Т. е.

  Т. е. випробовують всі види радіоактивного розпаду. Проте електронний захват і b-розпад — процеси відносно повільні, і їх роль стає невеликою при розпаді ядер з Z > 100 що мають короткі часи життя відносно а-розпаду і спонтанного ділення. У міру того, що обважнює елементу конкуренція між спонтанним діленням і (b-розпадом стає усе більш помітній. Нестабільність відносно спонтанного ділення, очевидно, визначає кордон періодичної системи елементів. Якщо період напіврозпаду для спонтанного ділення 92 U ~ 10 16 років, для 94 Pu ~ 10 10 років, то для 100 Fm він вимірюється годинами, для 104-го елементу — секундами (див. Курчатовій ), для 106-го елементу — декількома мсек . Про хімічні властивості Т. е. (до = 104) і будові їх електронних оболонок див.(дивися) в ст. Актиноїди .

  Теоретичний розгляд показує, що можливе існування дуже важких ядер, що мають підвищену стабільність відносно спонтанного ділення і а-розпаду. «Острів стабільності» повинен розташовуватися поблизу магічного ядра, в якого число протонів 114, а число нейтронів 184. Якщо гіпотетична область стабільності виявиться реальною, то кордони періодичної системи елементів істотно расширятся. Ведуться пошуки експериментальних доріг для проникнення в цю область елементів. Отримати 114 протонів в новому ядрі порівняно легко, а 184 нейтрони — важко. Причому відступ від магічного числа 184 навіть на декілька одиниць різко знижує стійкість ядра до спонтанного ділення.

  Розрахунки бар'єрів ділення і часів життя надважких елементів привели до виводу, що деякі надважкі елементи можуть мати період напіврозпаду біля 10 8 років і їх мікрокількості могли зберегтися на Землі до нашого часу. У 1968 під керівництвом Флерова початі пошуки надважких елементів в природі. Досліджуються земні мінерали, продукти виверження вулканів, геотермальні води, а також об'єкти, здібні до акумуляції важкої компоненти космічних променів (марганцеві для заліза конкреції з дна океанів, іли донних відкладень озер і Морея, метеорити, породи місячного регаліта). Вивчають зразки, в яких, згідно теоретичним виставам, можуть міститися хімічні елементи з > 108. Одночасно ведуться дослідження за допомогою прискорювачів багатозарядних іонів.

  Літ.: Флеров Р. Н., Звара І., Хімічні елементи другої сотні. Повідомлення ОЇЯЇ Д7-6013 [Дубна, 1971]: Флеров Р. Н., Пошук і синтез трансуранових елементів, в кн.: Peaceful uses of atomic energy, N. Y. — Vienna, v. 7, 1972, р. 471; Радіоактивні елементи Po — (Ns) — ¼, під ред. І. Ст Петрянова-Соколова, М., 1974.

  Р. Н. Флеров, Ст А. Друїн.