ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

       

химич. элементы с ат. номером Z>92, расположенные в периодич. системе элементов за ураном. Известно 15 Т. э. Из-за относительно малого времени жизни Т. э. не сохранились в земной воре. Возраст Земли ок. 5•109 лет, а период полураспада T1/2 наиб. долгоживущих Т. э. меньше 108 лет. За время существования Земли Т. э., возникшие в процессе нуклеосинтеза, либо полностью распались, либо их кол-во резко уменьшилось (до 1012 раз). В природных минералах найдены микроколичества 244Pu — наиб. долгоживущего Т. э. (T1/2=8•107 лет). В урановых рудах обнаружены следы 237Np (T1/2=2,14•106 лет) и 239Pu(T1/2=2,4•104 лет), к-рые образуются в результате яд. реакций с участием U (см. ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО).

Первые Т. э. были синтезированы в нач. 40-х гг. 20 в. в Беркли (США) труппой учёных под руководством Э. Макмиллана и Г. Сиборга. Известно неск. способов синтеза Т. э., они связаны с облучением мишени нейтронами или заряж. ч-цами. Если мишенью служит U, то с помощью мощных нейтронных потоков (образующихся в ядерных реакторах или при ядерном взрыве) можно получить Т. э. до элемента Fm (фермий) с Z=100 включительно. Процесс синтеза состоит в последоват. захвате ядром нейтронов, причём каждый акт захвата сопровождается увеличением массового числа А, приводящим к электронному бета-распаду и увеличению заряда ядра Z. Эти методы не позволяют получать ядра с Z>100. Причины — недостаточная плотность нейтронных потоков, малая вероятность захвата большого числа нейтронов и (что наиб. важно) очень быстрый радиоактивный распад ядер с 2=100. Элемент с Z=101 (менделевий) синтезирован в 1955 облучением 25399Es (эйнштейния) ускоренными a-частицами. Шесть элементов с Z>101 были получены в яд. реакциях с ускоренными тяжёлыми ионами.

Для синтеза далёких Т. э. используются яд. реакции 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 (плутония, кюрия, калифорния) образуется сильно возбуждённое составное ядро (энергия возбуждения =40 —60 МэВ). Каждый испаряемый нейтрон способен унести из ядра энергию в ср. =10—12 МэВ, поэтому для «остывания» составного ядра должно вылететь до пяти нейтронов. С испарением нейтронов конкурирует процесс деления возбуждённого ядра. Для элементов с Z=104 и 105 вероятность испарения одного нейтрона в 500—1000 раз меньше вероятности деления, т. е. доля ядер, к-рые «выживают» в результате снятия возбуждения, составляет всего 10-8—10-10 от полного числа ядер мишени, слившихся с ч-цами. Это явл. причиной того, что за 20 лет синтезировано всего шесть новых элементов (от Z=102 до Z=107). При бомбардировке плотно упакованных устойчивых ядер Pb ионами Ar, Ti, Cr энергия ионов расходуется на «распаковку» составного ядра, и энергия возбуждения оказывается низкой (всего 10—15 МэВ), так что для его снятия достаточно испарения одного-двух нейтронов. Это позволило осуществить синтез ядер с Z=100, 104, 106 и 107.

В 1965 Г. Н. Флёров предложил использовать для синтеза Т. э. деление ядер под действием тяжёлых ионов(Хе, U). Осколки деления имеют симметричное распределение по массе и заряду с большой дисперсией. Следовательно, в продуктах деления можно обнаружить элементы с Z значительно большим, чем 1/2 суммы Z элемента-мишени и Z бомбардирующего иона. Распределение осколков деления становится шире по мере использования всё более тяжёлых ч-ц (см. ДЕЛЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА).

Т. э. испытывают все виды радиоактивного распада. Однако процессы b-распада относительно медленные, и их роль невелика при распаде ядер с 2>100, имеющих короткие времена жизни относительно a-распада и спонтанного деления. С ростом Z конкуренция между спонтанным делением, а- и b-распадами становится всё более заметной. Нестабильность относительно спонтанного деления должна, очевидно, определять границу периодич. системы элементов. Если период полураспада для спонтанного деления 92U 1016 лет, для 94Pu — 1010 лет, то для 100Fm он измеряется часами, для курчатовия — секундами, для 106-го элемента — миллисекундами.

Теор. рассмотрение указывает на возможность существования очень тяжёлых ядер, имеющих повышенную стабильность относительно спонтанного деления и a-распада. Такой «остров стабильности» должен располагаться вблизи магич. ядра с Z=114 и числом нейтронов N=184. Нек-рые из этих Т. э. могут иметь T1/2=108 лет и не исключено, что их микроколичества могли сохраниться на Земле до нашего времени.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.