Трансурановые элементы

Трансурановыми элементами называют химические элементы, расположенные в периодической системе за ураном, с атомными номерами от 93.

В 1933 г. итальянский ученый Э. Ферми провел опыт с целью получить элемент тяжелее урана. Он облучал уран нейтронами. Происходила ядерная реакция:

Новый изотоп урана испускал β^--частицу и превращался в 93-й элемент.

Ученые, повторившие опыты Ферми, считали, что им удалось получить и более тяжелые трансурановые элементы, до № 97 включительно. Они считали их химическими аналогами рения, осмия, иридия, платины и золота - элементов VI периода таблицы Менделеева. Казалось, химические исследования подтверждали такую точку зрения. В действительности здесь было досадное заблуждение. Урановая мишень содержала еще и изотоп ²³⁵U. Под действием медленных нейтронов он испытывал деление, в результате которого образовывались осколки - изотопы элементов середины периодической системы. Они-то и путали химическую картину.

В опытах Ферми действительно синтезировались первые трансурановые элементы, но доказать это с определенностью ни Ферми, ни его последователи не могли.

Открытие деления урана позволило ученым понять ошибку. И уже в 1940 г. последовал синтез нептуния -элемента с порядковым номером 93. Нептуний получен американскими учеными Э. Макмилланом и Ф. Эйблсоном по той же самой ядерной реакции, которую проводил и Э. Ферми. Но теперь были четкие доказательства синтеза 93-го элемента. Название нового элемента происходит от планеты Нептун, следующей в Солнечной системе за Ураном.

За время, прошедшее с открытия нептуния, было синтезировано еще 14 трансурановых элементов. Из них важнейшим оказался плутоний с Z = 94 (название происходит от планеты Плутон), который стал важнейшим ядерным горючим. За плутонием последовали америций (в честь Америки), кюрий (в честь М. и П. Кюри), берклий (по названию университета в Беркли, где проводился синтез элемента), калифорний (в честь штата в США Калифорнии), эйнштейний (в честь А. Эйнштейна), фермий (в честь Э. Ферми), менделевий (в честь Д. И. Менделеева). В ядерных реакциях синтеза этих элементов в качестве бомбардирующих частиц применялись а-частицы, нейтроны и дейтроны (ядра дейтерия). Но после того как был синтезирован менделевий (элемент № 101), стало почти невозможно подобрать подходящие мишени для дальнейших синтезов. Все изотопы тяжелых трансурановых элементов короткоживущи, их нельзя было накопить в количествах, необходимых для изготовления мишений.

Чтобы шагнуть за менделевий, физики использовали в качестве бомбардирующих частиц ускоренные тяжелые ионы (см. Ядерные реакции); поэтому проблема мишени утратила свою остроту. В 1957 г. группа ученых из Нобелевского института в Стокгольме пыталась получить элемент № 102, бомбардируя кюриевую мишень ионами углерода. Считая, что попытка удалась, исследователи назвали новый элемент нобелием (символ No). Но их результаты опровергли советские и американские физики. Группа ученых из социалистических стран во главе с академиком Г. Н. Флеровым (Дубна, Объединенный институт ядерных исследований) в 1963-1966 гг. синтезировала несколько изотопов 102-го элемента.

Элементы "второй сотни" преподнесли ученым новый сюрприз. Мало того, что они легко распадались путем спонтанного (самопроизвольного) деления и жили секунды и доли секунды, их можно было получить только в количестве единичных атомов. Ученым пришлось разработать новые методы быстрого определения их радиоактивных свойств и химической природы. Эти методы особенно пригодились при изучении 104-го элемента (синтезированного советскими физиками и названного в честь академика И. В. Курчатова курчатовием). Было доказано, что курчатовий - аналог гафния.

Элемент № 103 получил название "лоуренсий" (в честь изобретателя циклотрона Э. Лоуренса), а элемент № 105 советские ученые назвали нильсборием (в честь Нильса Бора). Это очень короткоживущие элементы. Еще меньшими периодами полураспада (тысячные доли секунды) характеризуются синтезированные изотопы 106-го и 107-го элементов, которые пока не имеют названий. Для их синтеза мишени из свинца и висмута облучались ускоренными ионами хрома.

Как далеко удастся продвинуться ученым в деле синтеза трансурановых элементов? Существует гипотеза, согласно которой элементы с порядковыми номерами 114, 126 и даже 164 могут оказаться относительно стабильными, т.е. иметь сравнительно большие периоды полураспада по спонтанному делению. В таком случае правомерны попытки искусственного синтеза этих элементов. Подобные попытки уже предпринимались, но к успеху, однако, пока не привели.