трансурановые элементы

трансура́новые элеме́нты

химические элементы, расположенные в периодической системе после урана, то есть с атомного номера Z≥93. Известно 17 трансурановых элементов. Все они синтезированы с помощью ядерных реакций (в природе обнаружены только микроколичества Np и Pu). Трансурановые элементы радиоактивны; с увеличением Z период полураспада трансурановых элементов резко уменьшается (от 8·10⁷ лет для ²⁴⁴Pu до микросекунд для элементов с Z = 106—109).

* * *

ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ТРАНСУРА́НОВЫЕ ЭЛЕМЕ́НТЫ, химические элементы, расположенные в периодической системе после урана, то есть с атомным номером Z >92.
Все трансурановые элементы синтезированы с помощью ядерных реакций (см. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ) (в природе обнаружены только микроколичества Np и Pu). Трансурановые элементы радиоактивны; с увеличением Z период полураспада (см. ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА) T_1/2 трансурановых элементов резко уменьшается.
В 1932 г., после открытия нейтрона, было высказано предположение, что при облучении урана нейтронами должны образовываться изотопы первых трансурановых элементов. И в 1940 г. Э. Макмиллан (см. МАКМИЛЛАН Эдвин Маттисон) и Ф. Эйблсон с помощью ядерной реакции (см. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ) синтезировали нептуний (см. НЕПТУНИЙ) (порядковый номер 93) и изучили его важнейшие химические и радиоактивные свойства. Тогда же произошло открытие и следующего трансуранового элемента — плутония (см. ПЛУТОНИЙ). Оба новых элемента были названы в честь планет Солнечной системы.
Все трансурановые элементы до 101-го включительно были синтезированы благодаря применению легких бомбардирующих частиц: нейтронов, дейтронов и альфа-частиц. Процесс синтеза состоял в облучении 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 трансурановые элементы, до Fm (Z = 100) включительно. В качестве мишеней использовались также элементы с Z на 1 или на 2 меньше, чем у синтезируемого элемента. В период с 1940 по 1955 гг. американскими учеными под руководством Г. Сиборга (см. СИБОРГ Гленн Теодор) были синтезированы девять новых элементов, не существующих в природе: Np (нептуний (см. НЕПТУНИЙ)), Pu (плутоний (см. ПЛУТОНИЙ)), Am (америций (см. АМЕРИЦИЙ)), Cm (кюрий (см. КЮРИЙ)), Bk (берклий (см. БЕРКЛИЙ)), Cf (калифорний (см. КАЛИФОРНИЙ)), Es (эйнштейний (см. ЭЙНШТЕЙНИЙ)), Fm (фермий (см. ФЕРМИЙ)), Md (менделевий (см. МЕНДЕЛЕВИЙ)). В 1951 Г. Сиборгу и Э. М. Макмиллану была присуждена Нобелевская премия «за открытия в области химии трансурановых элементов».
Возможности метода синтеза тяжелых радиоактивных элементов, при котором применяется облучение легкими частицами, ограничены, он не позволяет получать ядра с Z > 100. Элемент с Z = 101 (менделевий (см. МЕНДЕЛЕВИЙ)) был открыт в 1955 г. при облучении ²⁵³99Es (эйнштейния) ускоренными a-частицами. Синтезы новых трансурановых элементов становились все сложнее по мере перехода к большим значениям Z. Все меньшими оказывались величины периодов полураспада их изотопов.
В 1965 г. Г. Н. Флеров (см. ФЛЕРОВ Георгий Николаевич) предложил использовать для синтеза трансурановых элементов деление ядер под действием тяжелых ионов. Например элемент курчатовий (см. КУРЧАТОВИЙ) с Z = 104 был получен Г. Н. Флеровым и сотрудниками по реакции: ²⁴²94Pu (²²10Ne, 4n) ²⁶⁰104Ku. Пять элементов с Z > 101 были получены на ускорителях заряженных частиц (циклотрон Объединенного института ядерных исследований (см. ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (ОИЯИ)); Дубна, СССР) и линейный ускоритель тяжелых ионов «Хайлак» (Беркли, США) в ядерных реакциях с тяжелыми нейтронами. Химические элементы с самыми большими порядковыми номерами 116 и 118, известными в настоящее время, впервые созданы на циклотроне в лаборатории Беркли в экспериментах по обстрелу свинцовой мишени ионами криптона с энергиями примерно 450 МэВ.
Из-за относительно малого времени жизни трансурановые элементы не сохранились в земной коре. В природных минералах найдены микроколичества ²⁴⁴Pu, наиболее долгоживущего трансуранового элемента (его период полураспада T_1/2 = 8^.10⁷ лет). В урановых рудах обнаружены следы ²³⁷Np (T_{1/ 2}ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ 2,14^.10⁶ лет и ²³⁹Pu (T_1/2 ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ 2,4^.10⁴ лет).
Существенные трудности возникают при изучении свойств синтезированных изотопов. Основные причины — малое время жизни. Периоды полураспада некоторых элементов измеряется долями секунд, а также сложность накопить такие короткоживущие элементы в достаточном количестве.
Трансурановые элементы находят практическое применение главным образом как изотопные источники энергии. Среди них особую роль играет плутоний-239, который является эффективным ядерным горючим.