Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 159
Текст из файла (страница 159)
Такая символика употребляется тогда, когда название элемента еще не установлено. 4 94) Трансурановые элементы 627 мишени использовался г'„'грп. Происходила ядерная реакция гг1че+ г«гРп » геоКп+ 4'и (94.11) в результате которой и получился указанный изотоп курчатовия. Всего в настоящее время открыто восемь изотопов курчатовия. 11. Во всех рассмотренных выше способах получения трансурановых элементов путем бомбардировки мишеней заряженными ионами в качестве мишеней брался либо уран, либо ранее полученный транс- уран. Последним элементом, найденным таким путем, был элемент 105, впервые синтезированный в Дубне в 1970 г.
в результате реакции ггЫе+ г«зА,п ~ гшр05+ 4»п (94.12) Он был назван ыильсборием (Хв) в честь Нильса Бора. В 1973 г. Ю. Ц. Оганесян в Дубне предложил вместо тяжелых радиоактивных мишеней применять обычный свинец. Это предложение основывалось на следующих соображениях. Бомбардирующее ядро должно быть ускорено до громадной кинетической энергии, достаточной для преодоления кулоновского потенциального барьера между этим ядром и ядром мишени.
Пусть в результате взаимодействия этих ядер сначала образуется компаунд-ядро. Оно получается в сильно возбужденном, или, как принято говорить, в сильно «нагретом» состоянии. В дальнейшем происходит «остывание» ядра. С точки зрения капельной модели механизм остывания аналогичен тому, который описан в предыдущем параграфе (см.
п.11). Сильно возбужденное компаунд-ядро начинает совершагь колебания. Если эти колебания становятся достаточно интенсивными, то ядро принимает форму гантели (см. рис. 159, положение 8). Из шейки гантели, как было выяснено в указанном параграфе, начинают интенсивно испаряться мгновенные нейтроны. За счет этого испарения и происходит осг ывание компаунд-ядра. При испускании нейтрона ядро может разделиться на части, но может и не разделиться. Испарение одного нейтрона без деления ядра — процесс, больше чем в 100 раз менее вероятный по сравнению с испарением, когорое сопровождается делением. При испускании двух нейтронов доля ядер, не испытавших деления, уменьшается больше чем в 100г = 10 000 рэз, при испускании трех нейтронов— больше чем в 100« = 1000000 раз, и т.
д. Таким образом, чем болыпе нейтронов испустиг компаунд-ядро при образовании нового трансуранового элемента, тем менее вероятно появление последнего. Допустим сначала, что мишенью служит малоустойчивое, или «рыхлое», ядро. При слиянии его с ядром-снарядом лишь относительно малая часть энергии последнего тратится на дополнительное «разрыхление» образовавшегося компаунд-ядра.
Основная доля энергии ядра-снаряда расходуется на дальнейшее возбуждение уже «рыхлого» компаунд-ядра. Поэтому последнее получается сильно возбужденным, или «горячим». Такая ситуация имеет место, когда мишенью служит тяжелое радиоактивное ядро. Так, при использовании ионов С, О, Ме и мишеней из Рп, Сш, СГ образуются сильно возбужденные ядра [Гл. Х!Н Нейтроны и д~ление атомн х. ядер 628 с энергией возбуждения 40 — 60 МэВ. Каждый испаряемый нейтрон способен унести из ядра энергию, в среднем равную 10 — 12 МэВ, так что для «остывания» компаунд-ядра и образования более устойчивого трансурана из компаунд-ядра должно вылететь до 5 нейтронов.
Подтверждением этого могут служить ядерные реакции (94.10), (94.11), (94.12), рассмотренные выше. Таким образом, вероятность образования трансурана будет очень малой. Допустим теперь, что в качестве мишени берется очень устойчивое, или «плотноупакованное», ядро. Тогда ядро-снаряд предварительно «разрыхляет» его, на что тратится значительная доля энергии.
Лишь оставшаяся энергия ядра-снаряда идет на дальнейшее возбуждение образовавшегося компаунд-ядра. Последнее получается менее возбужденным, или «холодным». Наиболее устойчивыми плотноупакованными ядрами являются магические и в особенности дважды магические ядра. У ядер с магическим числом протонов энергия, как функция числа 1У нейтронов, минимальна. Минимальна энергия и у ядер с магическим числом нейтронов, если се рассматривать как функцию зарядового числа е .
Для дважды магических чисел энергия минимальна уже как функция обоих переменных У и М. Ядро изотопа свинца ~ДРЬ (е = 82, Х = 126) дважды магическое, все остальные ядра этого элемента магические (е = 82,% ф 126). Магическим является и ядро висмута ~э~»ВО При использованиии мишеней из этих ядер компаунд-ядро получается сравнительна мало возбужденным. Так, при бомбардировке плотноупакованного ядра свинца ионами аргона, титана, хрома энергия возбуждения оказывается сравнительно низкой (всего 10 — 15 МэВ), так что для снятия возбуждения достаточно испускания уже одного- двух нейтронов.
Примерами могут служить ядерные реакции (94.13), (94.14), приводимые ниже. На основании изложенного можно было надеяться, ч"го метод так называемого «холодного» или «магического» синтеза трансурановых элементов, предложенный Ованесяном, более эффективен, чем метод, в котором в качестве мишеней используются тяжелые радиоактивные элементы. Этн надежды оправдались. 12.
Эффективность метода Оганесяна была испытана в Дубне прежде всего при облучении свинцовой мишени езРЬ ускоренными ионами ззТЬ В результате этого сразу были открыты три новых изотопа курчатовия ш«Кп (в зависимости от того, какие изотопы свинца и титана применялись на опыте). Несмотря на то что ускоренных ионов титана было в сотни раз меньше, чем ионов неона в реакции (94.11), на изучение свойств каждого изотопа курчатовия потребовалось всего несколько десятков часов работы циклотрона У-ЗОО, в то время как длительность первых опытов, в которых был синтезирован элемент 104, составляла свыше 10 ч. Методом Оганесяна в Дубне в 1974 г. был открыт 106-й элемент. Он получался в реакции е««Сг+ эо"РЬ вЂ” » зеэР06+ 21п, (94.
13) 5 94) Транеураноеые элементы 629 а в 1976 г. в реакции елсг + эеэзВ > э~~ 107 + 2 1 (94.14) был синтезирован 107-й элемент. Попутно были получены новые изотопы предшественников этих элементов по периодической системе Менделеева — от 100-го до 105-го. Группа западно-германских экспериментаторов в Дармштадте на линейном ускорителе «Унилак» синтезировала методом Оганесяна новый изотоп 107-го элемента, воспроизвела и подтвердила многие другие резулыаты дубненских исследователей и получила ряд новых данных. Предпринятые затем в Дубне и в Дармштадте попытки синтезировать 109-й элемент в реакции между висмутом эоЯВ~ и железом вере встретили затруднения.
Выяснилось, что вероятность его образования в десятки раз меньше вероятности образования 107-го элемента. В 1982 г. в опыте западно-германских физиков, который длился двенадцать суток подряд, удалось зарегистрировать только одно событие, которое могло претендовать на распад 109-го элемента с агомной массой 266. Для дальнейшего продвижения вперед требовалось значительно повысить чувствительность опытов. В Дубне она была повышена в несколько десятков раз. Там же на рубеже 1982-1983 гг, в ходе 260- часового опыта было зафиксировано восемь событий, свидетельствовавших о рождении ядер 109-го элемента. Несмотря на столь малый эффект, можно было сделать первые общие суждения о свойствах этого элемента. В начале 1984 г. в Дубне впервые были синтезированы два изотопа элемента 108 с массовыми числами 264 и 265.
Они получались путем бомбардировки изотопов свинца зДРЬ и эчэээРЬ ионами железа а" Ре, Изотоп с массовым числом 265 примерно в то же время был синтезирован и в Дармштадте. Весной 1984 г. в трех ядерных реакциях, проведенных на новом циклотроне У-400 (в реакциях свинца с железом и висмута с марганцем), были зарегистрированы 44 случая распада трех изо гонов 108-го элемента с массовыми числами 263, 264 и 265.
Все они чрезвычайно короткоживущи и распадаются не спонтанно, а испуская о-частицьь По спонтзнному же делению они не менее живучи, чем Г04-й и 106-й элементы, — вывод очень важный для теории и практики. Одновременно три ядра 108-го элемента (точнее, изотопа эеэ108) были зарегистрированы в аналогичной ядерной реакции, проведенной на ускоригеле: Унилакь группой западно-германских физиков.
Располагая уникальным„пока единственным в мире чрезвычайно селективным масс-спектрографом, западно-германские физики установили важнейшие характерисгики изотопа эаз108: период полураспада — около 2 мс, энергия ее-частиц —. 10,4 МэВ. В середине 1987 г. появилось сообщение о получении 110-го элемента периодической таблицы Менделеева. Ядро этого элемента было получено в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне в резул1ляте бомбардировки тория и изотопов урана мощным пучком ускоренных ядер кальция и аргона.
Всего было получено около 40 ядер 110-го элемента. Время жизни этих ядер оказалось порядка сотых долей [Гл. Х!Н Нейтроны и давление атомного ядер 630 секунды. Для столь тяжелых элементов такое время жизни исключительно велико. Возможно, что это является указанием на существование острова стабильности сверхтяжелых элементов.
Существование такого острова стабильности современная теория предсказывает в районе элементов с атомными номерами 110 — 114 (сьь п. 13). 13. Трансурановые элементы испытывают все виды радиоактивного распада. Однако процессы Д-распада относительно медленные; для ядер с Л ) 100, имеющих короткие времена жизни относительно ее- распада и спонтанного деления, роль р-распада невелика. С ростом Я конкуренция между спонтанным делением, ее- и )т'-распадамн нроянляется все более отчетливо.
Нестабильность относительно спонтанного деления и определяет верхнюю границу периодической системы элементов. Период полураспада относительно спонтанного деления зтзевЕ равен 10'ь лет, ~фрп-- 10' лет, ~1~~~~Рш 20 ч. Для Д~~Кп он снижается до 0,1 с, а для 106-го и 107-го элементов измеряется тысячными долями секунды. Естественно, возникает вопрос, почему физики упорно работают над получением столь короткожнвущих элементов и исследованием их свойств? К тому же такио элементы получаются в ничтожных количествах, иногда составляющих всего несколько атомов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
