Физическая энциклопедия - 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, аи 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.

.