ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
химические
Первые T. э. были синтезированы в нач.
В-распадов. Возможности этого метода
Элемент с Z = 101 (менделевий)
Для синтеза далёких Т. э. используется
В ОИЯИ разработан новый метод синтеза
В 1965 Флёров предложил использовать
Т. э. испытывают все виды радиоактивного
Теоретич. рассмотрение показывает,
Расчёты барьеров деления и времён жизни
Лит.: Флёров Г. Н., 3вара И.,
Г. Н. Флёров, В. А.
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
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
элементы, расположенные в периодической системе элементов Д. И.
Менделеева за ураном, т. е. с ат. н. Z>= 93. Известно 14 Т. э. Из-за
относительно высокой скорости их радиоактивного распада Т. э. в заметных
количествах не сохранились в земной коре. Возраст Земли ок. 5 *109
лет, а период полураспада Т
Т. э., возникшие в процессе нуклеосинтеза, либо полностью распались, либо
их количество резко уменьшилось (до 1012 раз). В природных
минералах найдены микроколичества 244Рu- наиболее долгоживущего
Т. э. (Т
на Земле с момента её формирования. В урановых рудах обнаружены следы 237Np
(Т
лет), к-рые образуются в результате ядерных реакций с участием ядер
U.
40-х гг. 20 в. в Беркли (США) группой учёных под рук. Э. Макмиллана
и
Г. Сиборга, удостоенных Нобелевской премии за открытие и изучение
этих элементов. Известно неск. способов синтеза Т. э. Они сводятся к облучению
мишени потоками нейтронов или заряженных частиц. Если в качестве мишени
используется U, то с помощью мощных нейтронных потоков, образующихся в
ядерных
реакторах или при взрыве ядерных устройств, можно получить все Т. э.
до Fm (Z = 100) включительно. Процесс синтеза состоит либо в последовательном
захвате нейтронов, причём каждый акт захвата сопровождается увеличением
массового числа А, приводящим к В-pacпaду и увеличению заряда ядра Z,
либо
в мгновенном захвате большого числа нейтронов (взрыв)
с длинной
цепочкой
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.
был открыт в 1955 при облучении 253
ускоренными
а-частицами. Пять элементов с Z>101 были получены на ускорителях заряженных
частиц [циклотрон Объединённого института ядерных исследований
(ОИЯИ;
Дубна, СССР) и линейный ускоритель тяжёлых ионов "Хайлак" (Беркли,
США)] в ядерных реакциях с ускоренными тяжёлыми ионами. Определяющий
вклад в эти работы внесли группа учёных под рук. Г. Н. Флёрова
(Дубна)
и
группа Г. Сиборга - А. Гиорсо (Лаборатория им. Лоуренса, Беркли).
Существенные результаты были получены также в Окриджской нац. лаборатории
США.
два типа ядерных реакций - слияния и деления. В первом случае ядра мишени
и ускоренного иона полностью сливаются, а избыточная энергия образовавшегося
возбуждённого составного ядра снимается путём "испарения" нейтронов. При
использовании ионов С, О, Ne и мишеней из Pu, Cm, Cf образуется
сильно возбуждённое 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 возбуждённого 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, к-рые "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).
Т. э., основанный на реакциях слияния ядер, причём в качестве мишеней используются
плотно упакованные устойчивые ядра изотопов РЬ, а в качестве бомбардирующих
частиц сравнительно тяжёлые ионы Ar, Ti, Cr. 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. э. Этим методом был осуществлён синтез Т. э.
с Z = 100, Z = 104 и Z = 106.
для синтеза Т. э. вынужденное деление ядер под действием тяжёлых ионов.
Осколки деления ядер под действием тяжёлых 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
всё более тяжёлых частиц. Применение ускоренных ионов Хе или U позволило
бы получить новые Т. э. в качестве тяжёлых осколков деления при облучении
урановых мишеней. В 1971 в ОИЯИ были ускорены ионы Хе с помощью 2 циклотронов,
к-рыми облучалась урановая мишень. Результаты показали, что новый метод
пригоден для синтеза тяжёлых Т. э.
распада. Однако электронный захват и В-распад - процессы относительно
медленные, и их роль становится небольшой при распаде ядер с Z>100, имеющих
короткие времена жизни относительно а-распада и спонтанного деления. По
мере утяжеления элемента конкуренция между спонтанным делением и В-распадом
становится всё более заметной. Нестабильность относительно спонтанного
деления, очевидно, определяет границу периодической системы элементов.
Если период полураспада для спонтанного деления
лет, для 94Рu - 1010 лет, то для
элемента - несколькими мсек. О химических свойствах Т. э. (до Z
=
104) и строении их электронных оболочек см. в ст. Актиноиды.
что возможно существование очень тяжёлых ядер, имеющих повышенную стабильность
относительно спонтанного деления и а-распада. "Остров стабильности" должен
располагаться вблизи магического ядра, у к-рого число протонов 114,
а число нейтронов 184. Если гипотетич. область стабильности окажется реальной,
то границы периодич. 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. Причём отступление от магического числа 184 даже на несколько единиц
резко понижает устойчивость ядра к спонтанному делению.
сверхтяжёлых элементов привели к выводу, что нек-рые сверхтяжёлые элементы
могут иметь период полураспада ок. 108 лет и их микроколичества
могли сохраниться на Земле до нашего времени. В 1968 под рук. Флёрова начаты
поиски сверхтяжёлых элементов в природе. Исследуются земные минералы, продукты
извержения вулканов, геотермальные воды, а также объекты, способные к аккумуляции
тяжёлой компоненты космических лучей (железо-марганцевые конкреции
со дна океанов, илы донных отложений озёр и морей, метеориты, породы лунного
регалита). Изучают образцы, в к-рых, согласно теоретич. представлениям,
могут содержаться химич. элементы с Z > 108. Одновременно ведутся исследования
с помощью ускорителей многозарядных ионов.
Химические элементы второй сотни. Сообщения ОИЯИ Д7-6013, [Дубна, 1971];
Флёров Г. Н., Поиск и синтез трансурановых элементов, в кн.: Peaceful uses
or atomic energy, N. Y.- Vienna, v. 7, 1972, p. 471; Радиоактивные элементы
Ро - (Ns) - .... под ред. И. В. Петрянова-Соколова, М., 1974.
Друин.