Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 65
Текст из файла (страница 65)
3. Как изменяются свойства атомных ядер атом случае, когда соотношение между числом нейтронов и протонов отличается от равновесных значений, характерных для ядер долины стабильности? В настоящее время твердо установлено существование нейтронного гало и нейтронного слоя у легких нейтроноизбыточных ядер. Это породило в свою очередь дополнительные вопросы: ° Насколько это свойство расслоения протонной и нейтронной материи может проявиться в экзотических ядрах с сильно неравноаесным отношением Л/В? ° Каково распределение масс и зарядов в экзотических ядрах? в Изменяется ли величина спин-орбитального взаимодействия с изменением величины зт'/а? ° Существует ли состояние нейтронного гало в возбужденных состояниях ядер? ° Сушествуют ли эффекты кластеризации ядерных состояний в области малой нейтронной плотности? ° Какую форму имеют атомные ядра в областях с различными значениями ?1?/У? 4.
Какие качественно новые явления ожидаются при распаде экзотических ядер? Если основными модами радиоактивного распада ядер вблизи долины стабильности являются а-, Д-распады и т-переходы, то при приближении к границам нуклонной стабильности изменяется энергия Ферми для протонов и нейтронов. Вследствие этого появляются новые каналы распала — испускание запаздываюших нейтронов, протонов, лейтронов, ядер трития и непускание двух и трех нейтронов из возбужденных состояний ядер.
5. Как изменятся наши представления об эволюции Вселенной с появлением новой информации о свойствах экзотических ядер? 5 12. Сверхтяжелые ядра Химические элементы с Я > 92 называют транеуранавыми элементами. Все они были получены искусственным путем. Химические элементы с 2 = 93 и 94 были получены в результате облучения 11113 нейтронами. 21 зак зв 330 !!зава 6. А«номные ядра — связанные снсн«емы нухяоное В результате 25 -распада изотопа 22213 (Я = 92) образуется изотоп нептуния зза!«2р (Я = 93), который затем, распадаясь, образует изотоп плутония 22"Р (г= 94). Химический элемент с атомным номером Е = 95 (америций) был получен в 1944 г.
в результате реакции 2за 4 247 247 247 42О+2Не мРц+и, 44Ри а Ага+ е +р„. Четвертый трансурановый элемент, кюрий (Я = 96), также был получен в 1944 г. в результате реакции 274 4 Ьц НРц+ 2Не зьСгп+ и. Это ядро является а-излучателем с периодом полураспада 2772 — — ! 62,8 дня. Оно было затем обнаружено как продукт !3 -распада изотопа 242Апп 242 242 мАгп — аьСгп + е + Р«. Элемент с порядковым номером Я = 97 был получен в 1949 г. и назван берклнем: 24« 4 243 юАгп+ 2Не -' 4!В!с+ 2п.
Химический элемент калифорний с Я = 98 был получен в !950 г. в реакции 'аьСпз+ 2Не -«,аС2'+ и. Этот химический элемент был выделен в количестве 5000 атомов и обра- зовывался в результате облучения — 10 ь г кюрня. Ряд изотопов калифорния был получен путем бомбардировки мишени нз 22413 пучками ионов углерода и азота: '22О+ ьС- ааС2'+бп, 222 Ц 24Ь 2213+ ьС - заС7+4п, "220+ '7!«2-» ааС~+Р+ 3п. В табл.6.3 приведены реакции, в которых впервые были получены элементы тяжелее урана вплоть до Я = !01. Первые трансурановые элементы были получены в результате облучения 2'аО нейтронами.
В результате захвата нейтрона и последующего р -распада заряд первоначального ядра увеличивается на единицу. С созданием ядерных реакторов большой мощности стало возможным накапливать необходимые количества трансурановых элементов и использовать их в качестве мишеней лля продвижения к большим Я путем облучения на циклотронах легкими заряженными частицами. В частности, таким способом удалось получить достаточно большие количества изотопа 2'зрц, так как период полураспада его составляет 2,4 . 104 лет. Элементы с Я = 96-98 были получены впервые в результате облучения трансурановых мишеней а-частицами. Использование ялерных реакторов с большой плотностью потока нейтронов позволяет получать 331 З 12. Сверхтязгселые ядра Таблива б.З Реакции, в которых впервые были получены трансурановые элементы 96 Рис.
б.34. Образование трансурановь1х элементов при облучении нейтронами мишени нзРп. Для каждого изотопа приводится его период полураспада трансурановые элементы путем последовательного захвата нескольких нейтронов. Если в качестве исходного вещества, облучаемого в ядерном реакторе, выбрать изотоп "9Рп, то последовательность образующихся изотопов можно проследить на диаграмме, представленной на рис. 6.34. Таким образом, можно продвинуться в область Я = 97-98.
Цепочка будет обрываться на изотопа зззСГ, так квк образующийся в результате захвата нейтронов изотоп зззС1 является 13 -излучателем и с нерио- 21* 332 Глава 6. Атомные ядра — сяязонные системы нуклоное дом полураспада 17,8 дня превращается в изотоп мзЕз, распадающийся с испусканием а-частиц (1цз = 20,5 дня). В результате длительного облучения (около !00 суток) в реакторе с плотностью потока нейтронов 1Ом нейтронов/(смз с) можно получить около одного процента ядер изотопа гни от исходного количества !зари, Продвижение к элементам с ббльшим Я оказывается таким способом практически невозможным не только из-за того, что образующиеся изотопы имеют малые периоды полураспада, но главным образом потому, что основными видами распада образующихся изотопов трансурановых элементов являются а-распад, !5-распад и спонтанное деление. Можно попытаться продвинуться к ббльшим Я, используя мощные импульсные потоки нейтронов, так чтобы длительность нейтронного облучения была много меньше периодов полураспада изотопов, обрывающих цепочку.
Изотопы ~ ".Еа и мГш были впервые получены при взрыве термоядерного устройства в результате мгновенного (- !О ~ с) захвата ядром '~~~~О соответственно ! 5 и ! 7 нейтронов и последующего,у-распада образовавшихся изотопов 'зЪ и м'17. Сто первый элемент — менделевнй — был получен в 1955 г. в реакции 253 4 ьм ззЕз+,Не -,я, МО + и. Весь имеющийся запас эйнштейния, полученный путем облучения в ядерных реакторах к !955 г,, составлял около 10 ы г.
Поэтому, несмотря на то, что сечение реакции (а, и) довольно велико (- 10 -' бари), образование менделевия происходило со скоростью около 1 атома в час. В первой серии экспериментов было получено всего 17 ядер ! 01-го элемента. Здесь особенно отчетливо проявились все проблемы, с которыми пришлось вскоре столкнуться при получении новых элементов тяжелее фермия (о ) !00) — трансфермиевых элементов: !. Отсутствие в требуемых количествах мишеней из тяжелых трансурановых элементов.
2. Существенное уменьшение по мере увеличения Я времени жизни изотопов, что значительно усложняет идентификацию полученных элементов. Облучение з'и1! различными пучками тяжелых ионов (гелий, углерод, изотопы кислорода) привели к открытию большого числа изотопов с Я = 95-!00. В !951 г. Э. Макмиллан и Г Сиборг получили Нобелевскую премию за открытие в области химии трансурановых элементов. Как следует из табл.
6.3 и комментария к ней, первые трансурановые элементы были получены облучением а-частицами все более тяжелых мишеней, таких как плутоний, америций, кюрий, эйнштейний. Таким способом были получены изотопы Я = 96-100 в исследовательских группах Дубны (Г Флеров, 1О. Оганесян) и Беркли, США. Следующий этап в получении тяжелых ядер связан с использованием пучков ускоренных ионов тяжелее углерода, азота и кислорода.
Это 333 б 13. йлерядра позволило вернуться к использованию более доступных мишеней из стабильных изотопов свинца и висмута. Так, 102 элемент может быть получен как в реакции мРц + ~О так и в реакции а~РЬ + 1аСа Использование в качестве мишеней ядер, близких к магическим, имеет дополнительное преимушество, так как энергия реакции 9 становится существенно более отрицательной, и энергия возбужденного составного ядра, образующегося в результате слияния исходных ядер, оказывается при этом более низкой, что приводит к испусканию меньшего количества нейтронов из составного ядра при его охлаждении. Кинетическая энергия налетающей частицы выбирается минимальной, вблизи высоты кулоновского барьера, чтобы преодолеть кулоновское взаимодействие сталкивающихся ядер.
Уменьшение величины энергии возбужления ядра необходимо для уменьшения вероятности его деления. Концепция холодного синтеза была впервые выдвинута Ю. Оганесяном и оказалась решающей при получении сверхтя:келых элементов. Анализ цепочек распада трансфермиевых элементов показывает, что для большинства ядер с Я > 100 наблюлается каскадный а-распад. При этом по мере увеличения Я увеличивается и энергия а-распада.
Определение энергий последовательно испускаемых а-частиц является одним из основных методов идентиФикации трансфермиевых элементов. Для получения сверхтяжелых ядер использовались ускоренные пучки юТЬ пЧ, мРе, ~'Ь11, ~Х1, м2п и "~эе. В качестве мишеней применялись изотопы ивРЬ и ~азВ1. Различные изотопы 110 элемента были синтезированы в Лаборатории ядерных реакций им.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
