Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 157
Текст из файла (страница 157)
Не вдаваясь в подробности, заметим, что 97-й и 98-й элементы также могут быть получены путем длительного облучения нейтронами плутония 29494Рп в ядерных реакторах. Они были названы соответственно берклием (Вй) и колифорнием (С1). Эти названия происходят от города Беркли (США) и Калифорнийского университета в Беркли, где впервые были получены рассматриваемые трансураны. Существуют различные способы получения берклия и калифорния, равно как амернция н кюрия. Однако в больших количествах все эти элементы получаются только реакторным способом.
В настоящее время известно 11 изотопов америция с массовыми числами от 237 до 247, 13 изотопов кюрия (238 < А < 252), 9 изотопов берклия (243 < А < 251) и 16 изотопов калифорния (240 < А < 255). 5. Реакторный способ, хотя он н являегся единственным способом получения трансуранов в больших количествах, все же не всегда применим. Оказалось, что следующие за калифорнием (Я = 98) новые элементы вблизи ядерного реактора упорно не появляются. Причина этого в том, что не все ядра одного и того же изотопа после поглощения нейтрона претерпевают Д -распад. Большая часть ядер или испытывает деление, или распадается иным способом, не приводящим к образованию нового элемента с болыпим атомным номером.
Эгн процессы идут тем интенсивнее, чем тяжелее атомные ядра, и, наконец, полностью вытесняют,З -распад. Можно было бы думать, что указанные трудности имеют только технический характер и могут быть преодолены путем повышения мощности реактора. Но помимо технических трудностей есть и трудности принципиальные, когда в результате длинного ряда радиоактивных превращений опять возникает исходный элеменг, подвергнутый облучению нейтронами.
К этому, в частности, может привести ее-распад какого-либо ядра. Примером может служить следующая цепочка превращений: 249Ри+ 'п э 24оРи 94 О 94 24ори+ и э 241ри — э 241Агп о 94 О 94 99 "'Аш+ 'п -э "'Аш ~ — э "'Сш -э ""Ри 95 О' 99 99 94 249Р + 1п э 249Ри 94 О 94 9 94) Трансурановые элементы 621 Непреодолимое препятствие для реакторного способа возникает также, когда одно из звеньев в цепочке превращений выпадает. Такое препятствие возникает, когда в этом звене время жизни ядра очень мало, а также тогда, когда ядро, входящее в звено, полностью распадается нежелательным образом, например путем спонтанного деления.
6. Указанные затруднения связаны прежде всего с тем, что при облучении нейтронами от ядерных реакторов облучаемое ядро, как правило, поглощает только один или малое число нейтронов. Если увеличить поток облучающих нейтронов во много рэз, то некоторые ядра, возможно, будут поглощать сразу несколько нейтронов и окажутся в состоянии перепрыгнуть через «запрещеннуюь область в рсакторном методе. Таким путем могуг образовываться новые трансурановые элементы или новые изотопы уже известных элементов. И действительно, в 1952 г.
в США произвели испытание водородной бомбы, в которой происходит сгорание дейтериево-тритиевой смеси. Реакция происходит при температуре порядка ста миллионов градусов и длится всего доли секунды. В течение такого короткого времени через урановую оболочку бомбы проходит поток нейтронов, на много порядков превышающий поток нейтронов в ядерных реакторах зато же время. В радиоактивной пыли, образовавшейся при взрыве, были обнаружены ранее неизвестные изотопы плутония 244Рп и 249Рп. Они образуются в результате захвата ядром 24" В сразу б или 8 нейтронов с последующим,З -распадом, т.
е. 229Е+ 61в э 244П д э 24451р д 244рп 229 В + 8 ~ „ э 2494 1 о 24в 51„ ~ 249Р„ 92 9 92 93 94 (94.5) (94.6) 239П+ 151 252П ~ 253ь1 е 4 253Р (94.7) 17 9, ~ 29911 Д ~ 299Р1 о 4» о 4~ 299Е (94 8) Всего в настоящее время известно 14 изотопов эйнштейния с массовыми числами от 243 до 256 и 16 изотопов фермия с массовыми числами от 242 до 258. Эйнштейний и фермий характеризуются еще меньшими периодами полураспада относительно процессов спонтанного деления Американские ученые запросили срочно доставигь с атолла Бикини, где произошел взрыв водородной бомбы, около тонны кораллов. После весьма кропотливого труда из этих кораллов были выделены ничтожныс количества 99-го и 100-го эпементов. Они были названы соответственно ойнштейнием и е)оермиел4 в честь Эйнштейна и Ферми.
Обнаруженные изотопы эйнштейния (29992Ев) и фермия (~4~~~~Рш) получаются в результате следующих процессов. При взрыве водородной бомбы некоторые ядра урана одновременно захватывают 15 или 17 нейтронов. Последующая цепь |3 -распадов и приводит к образованию новых трансуранов: [Гл. Х!Н Нейтроны и деление аеполен х лдер 622 и испускания о-частиц, чем предшествующие трансураны.
Самый долгоживущий изотоп эйнштейния зэе'„'Еэ имеет период о-распада около 480 дней, а самый долгоживущий изотоп фермия з1оьгорш -- только 80 дней. У изотопа фермия ~~фРш очень небольшой период полураспада относительно спонтанного деления — всего около 160 мин. Можно было бы надеяться, что дальнейшие трансураны могут быть получены таким же способом, что и зйнштейний и фермий, если только увеличить мощность потока облучающих нейтронов. Но эти надежды не оправдались. В 60-х годах в С!ПА была произведена серия подземных ядерных взрывов.
Поток нейтронов в наиболее мощном из них по своей интенсивности превосходил примерно в 10 раз соответствующий поток на атолле Бикини. Но трансураны с атомным номером выше атомного номера фермия не образовывались. Причиной этого является спонтанное деление ядер. В цепочке ядерных превращений появляется ядро, практически мгновенно испытывающее спонтанное деление и тем самым обрывающее эту цепочку. Изложенные методы не позволяют получить ядра с Я > 100. Причины — - недостаточная плотность нейтронных по гоков, малая вероятность захвата большого числа нейтронов и (что наиболее важно) быстрый радиоактивный распад ядер с Л > 100.
Т. Для получения трансуранов с е > 100 пришлось обратиться к более старому методу, который применялся еще до открытия нейтрона. В этом методе мишень, содержащую атомные ядра одного элемента, подвер1вли бомбардировке атомными ядрами другого элеменэа. Происходило столкновение двух атомных ядер, в резулшите чего образовывалось новое атомное ядро. Оно могло оказаться промежуточным и испытать в дальнейшем радиоактивный распад с образованием других атомных ядер. В качестве мишени брали чаще всего уран или какой- либо из ранее полученных трансуранов, а в качестве бомбардирующего ядра более легкие атомные ядра, например ее-частицьь Недостаток метода состоит в том, что оба сталкивающихся ядра заряжены положительно, а потому они отталкиваются друг от друга.
Принято говорить, что между ядрами существует кулоновский потенциальный барьер. Чтобы при проникновении частицы-снаряда внутрь ядра-мишени между этими частицами произошла ядерная реакция, необходимо этот барьер преодолеть. Это сделать тем легче, чем болыпе энергия бомбардирующей частицы. Естественные ее-частицы, испускаемые радиоактивными элементами, обладают сравнительно неболыпими энергиями (не превышающими 8 МзВ). Хотя они и могут преодолевать потенциальный барьер, но это происходит только в результате маловероятного квантовомеханического эффекта туннельного просачивания через барьер.
Поэтому-то вместо о-частиц, возникающих при распаде, применяются искусственные о-частицы, т. е, ускоренные ионы гелия зНе, а также ускоренные 4 ионы других элементов. В 1940 — 1950 гг. в распоряжении физиков имелись только маломощные ускорители, которые могли ускорять до небольших энергий 4 94) Трансурановые алел«ент»~ лишь простейшие ядра водорода — протоны , 'Н, дейтроны 2Н, а также ядра гелия 4Не (о-частицы). Для синтеза нового трансурана сначала получали в реакторе ядра самого тяжелого из известных трансуранов и из них приготовляли мишень, а затем бомбардировали ее протонами, дейтронами или е»-частицами.
В результате получался элемент, атомный номер которого на одну или две единицы был больше, чем у ядра мишени. Примерами могут служить ядерные реакции 1Н+ озы — '2оп+ зв'чр» м~ "1 24 дяя 'Не+ ""Рп -» '".Сш+ 'и 2 94 ов о 42Не+ мв~Аш — > 2424Вй+ 2 оп, 2 ОЬ 4Не+ 24'.С вЂ” 24вс1+ 'и, оз о с помощью которых впервые были синтезированы изотопы элементов 94, 96, 97, 98. Они были получены в США в 1940, 1944, 1949 и 1950 гг, соответственно. Отметим, что сначала был открыт кюрий, а потом америций. Впоследствии другие изотопы тех же элементов получались другими способами, в частности путем облучения ядер трансуранов и самого урана нейтронами.
На образном языке технику эксперимента путем облучения трансуранов легкими заряженными частицами можно было бы назвать «легкой артиллерией». Последним элементом, синтезированным с помощью «легкой артиллерии», был 101-й элеменц названный л»енделевиел» в честь великого русского химика Д. И. Менделеева. Его впервые удалось получить в Беркли (США) в 1955 г. в результате реакции 4Не+ 253Кэ» 2ввМ«1+ 1п (94.9) Мишенью служил невидимый глазом тонкий слой атомов изотопа эйнштейния-253 (всего около миллиарда атомов), наяесенный на тонкую (тоньше человеческого волоса) золотую фольгу. На ускорителе в Беркли эта фольга облучалась е»-частицами с энергией 41 МэВ.
Альфа-частица, проникая в ядро эйнштейния, увеличивала его заряд на 2 единицы. В результате образовывались нейтрон и ядро 101-го элемента, которые попадали на расположенную сзади вторую золотую фольгу и осаждались на ней. Со втх»рой фольги в первом опыте химикам удалось собрать всего 17 атомов 101-го элемента. И все же химики определили некоторые радиоактивные и химические свойства этого элемента. Работой по синтезу 101-го элемента руководил А. Гиорсо (р.
1915). 8. Все трансурановые элементы от 93-го до 101-го включительно были впервые получены в США под руководством Г. Сиборга (р. 1912) и А. Гиорсо. Для получения трансуранов с большими атомными номерами от «легкой артиллерии» требовалось перейти к «артиллерии среднего калибра»,что и было сделано. В качестве снарядов для бомбардировки мишеней стали использоваться ускоренные ионы углерода [Гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
