До 1940 года таблица Д. И. Мен- делеева кончалась 92-м элементом — ураном. В 1940-м году путем бомбардиров- ки нейтронами урана в Беркли получают два трансурановых элемента: нептуний (gsNp) и плутоний (94PU). Атомные реакторы позволили достаточно быстро получить элементы от америция с Z = 95 до калифорния Z = 98. С большим трудом в 1952 году путем переработки продуктов термоядерного взрыва на атолле Бикини выделяют атомы эйнштейния (Z^ = 99) и фермия (Z = 100). Однако все попытки продвинуться дальше подобным путем ни к чему не привели. Это связано с тем, что движение от урана (или его классических соседей) ко все большим Z^ шло путем последовательного захвата нейтронов, сопровождающегося затем /3-излучением. Но с ростом Z^ время жизни ядер становится все меньше (см. табл. 10.3) — в основном благодаря становящимся все более частым спонтанным делением ядер 0. И с неко- торого критического Z* время жизни т* становится меньше времени захвата еще одного нейтрона и дальнейший рост Z прекращается. Казалось бы можно было успокоится: природа дальше Z^ = 100 не пускает. Правда уже в 1955 году в Беркли синтезируют 17(!) атомов элемента с Z^ = = 101, который будет назван менделевием (Md). Он был получен при бомбардировке эйнштейния (дд3?^)а-частицами, разогнанными на небольшом циклотроне. Этот эксперимент был важен тем, что впервые для создания далеких трансуранов были использована бомбардировка тяжелой мишени многочастичными ионами 253 99 - 256ЛЛН - mima Наряду с этим еще одно обстоятельство не давало покоя. В 1950-х годах анализ устойчивости изотопов разных элементов таблицы Д. И. Менделеева привел к вы- *) Спонтанное деление ядер урана было открыто советскими физиками Г. Н. Флёровым и Петржаком в 1939 г. 10.6. От генераторов многозарядных ионов к острову стабильности 551 воду о существовании магических чисел протонов и нейтронов, при которых ядра особенно устойчивы. Примером могут служить ядра с дважды магическими числами: ядра гелия (Z^ = 2, N = 2 нейтрона), кислорода (ZM = 8, N = 8), кальция (ZM = 20, N = 20), свинца (ZM = 82, N = 126). Существование магических чисел указывало на наличие в ядре структур, которые условно — но только условно, можно назвать "оболочками". Здесь ситуация напоми- нает ту, которая имеет место в атомах, в которых заполнение электронных оболочек приводит к инертным газам. Итак, определив закономерность появления магических чисел, ученые пришли к выводу, что за ураном будет ядро с дважды "магическими числами" Z^ = 114 и TV = 184. Поэтому вблизи этих чисел должен появиться "остров стабильности", по отношению к спонтанному делению. Совершенно очевидно, что овладение этим "островом стабильности" сулит массу нового и неожиданного. Так появилась цель дальнейшего продвижения в области Z^ ~ 114—116. Но как это сделать? Идея фактически уже была, и она была продемонстриро- вана при синтезе менделевия Md. А именно, надо взять достаточно тяжелые ядра и столкнуть их с другими тяжелым ядром, при этом числа нейтронов (N\ и ЛГ2) у сталкивающих частиц должен быть как можно больше, т. к. рост числа нейтронов N в ядрах обгоняет рост числа протонов Z^. Так, у гелия при Z^ = 2 величина N = = 2, а в ядре урана при Z^ = 92, число нейтронов в ядре основного изотопа (g^U) равно N = 146. Идя таким путем, в Беркли были синтезированы элементы с Z^ = = 102 (нобелий, 1958 г.) и ^ = 103 (лоуренсий, 1961г.). Там же были сделаны заявки на открытие ряда последующих элементов. Однако они были не вполне убедительны. Темп и, главное, надежность получаемых результатов резко возросла, когда в начале 60-х годов академиком Георгием Николаевичем Флеровым A913- 1990) в г. Дубна в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) была основана лаборатория синтеза трансуранов. Вскоре в этой лаборатории создается самый мощный в мире ускоритель тяжелых ионов. Рабочими веществами становятся обогащенные нейтронами изотопы сначала неона igNe, а в последствии кальция 2(jCa. Уже в 1968-69 гг. с помощью неона-22 синтезируется новый элемент z Z[l= 104, а затем в 1970 и элемент z Z[l= 105. Практически одновременно атомы этих элемен- тов были получены в Беркли под руководством А. Гиарсо. Позднее международной организацией химиков элемент 104 был назван резерфордием, а 104 назван дубнием. Далее последовательно были получены элементы вплоть до 113-го и при этом, как и ожидалось, с увеличением Z быстро сокращалось общее время жизни, хотя после 108 по отношению к спонтанному делению оно начало расти. Все ждали, что же покажут 114-й и 116-й элементы. Элемент 114-й был синтезирован в Дубне Таблица 10.3 93 94 95 96 97 98 99 100 101 Названия Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифоний Эйнштейний Фермий Менделевий Символ Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md max 2-106 г 8-107 г 7400 г l,5-107 г 1400 г 900 г 275 дн 100 дн 51 дн на рубеже 1998-1999 г. Мишенью служил обогащенный нейтронами плутоний 552 Гл. 10. Примеры современных плазменных технологий который облучался ионами кальция из реакций ^4pu+; , также обогащенными нейтронами. Вот одна 289 114 Несколько позднее были синтезированы ядра 116-го элемента. И тут оказалось, что ряд изотопов 114-го, а тем более 116-го элемента, имеет по отношению к спон- танному делению очень большое время жизни тд. Во всяком случае измеряемые многими годами. В то же время эти далекие трансураны оказались подверженными интенсивным а-распадам. И типичная ситуация выглядит так, как показано на схеме A14) -^» A12) -^» (ПО) —> спонтанное деление. Синтезированные к сегодняшнему дню далекие трансураны имеют дефицит ней- тронов. Это хорошо видно на рисунке 10.6.9. Здесь представлены в координатах (ZM,7V) теоретически рассчитанные линии тс.р. = const, т.е. линии постоянной вре- мени жизни по отношению к спонтанному распаду. Здесь же отмечены координаты синтезированных изотопов. Видно, что они находятся вблизи подножья пика устой- чивости, и все из-за недостатка нейтронов. А его устранить пока не могут. Надежно установлен синтез ядер с Z^ 115, хотя есть указания, что были созданы ядра с Zn ^ 118, но пока это не всеми признано. 114 о. Стабильности Урановая верш и на пик Свинца ~^%, о. Тяжёлых Ядер Радиоактивности пик Олова 50 20 пик Кальция 20 50 184 126 число нейтронов Рис. 10.6.9. Условное изображение в координатах N,Z^ области стабильности и нестабиль- ности изотопов по отношению к спонтанному распаду. "Горные вершины" соответствуют устойчивым изотопам Тем не менее существование "острова стабильности" не вызывает теперь сомне- ния.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «На пути к острову стабильности» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
