Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 160
Текст из файла (страница 160)
Возможно, что в чисто научном отношении это и представляет интерес, но на непосредственное практическое применение рассматриваемых элементов вряд ли можно рассчитывать. Однако такое заключение в настоящее время является поспешным. В 1966 г. В.М. Струтинский предложил метод расчета ядерных оболочек, который неплохо воспроизводил периодические изменения свойств изученных ядер. Экстраполируя найденные таким путем закономерности на неисследованную область, можно было попытаться предсказать свойства еще не полученных трансуранов. В последующее десятилетие физиками разных сгран были произведены расчеты на самых сложных вычислительных машинах. Согласно этим расчетам ядра с числом протонов 114 или числом нейтронов 184 должны быть магическими, а ядро тэв114 — дважды магическим. Гипотетические элементы с числом протонов, близким к 114, и числом нейтронов около 184 называются сверзолемеитоми, а их ядра свертлдрами.
Есть основание ожидать, что сверхядра должны характеризоваться повышенной стабильностью, проявляющейся в относительно больших временах жизни. Поэтому совокупность значений еб и А сверхэлементов называют островом етабилье*оетпи. Основными типами радиоактивного распада сверхядер являются спонтанное деление и ее-распад. По теории самым устойчивым по отношению к спонтанному делению должно быть дважды магическое ядро ~""114.
Однако время жизни по отношению к ет-распаду у всех ядер сильно уменьшается с увеличением зарядового числа У. Конкуренция между ет-распадом и спонтанным делением должна по теории приводить к тому, что самым долгоживущим сверхэлементом будет 294 изотоп ™110. Ожидается, что наиболее вероятное время жизни для него должно составлять 10в — 10э лет. Однако этот вывод основан на 5 94) Трансурановые элементы теории ядра, а она далеко не совершенна. Удовлетворительная теория ядра еще не создана. Не исключено, что истинное время жизни во много раз больше или меньше приведенного выше, а самым долгоживущим ядром окажется одно из ядер с зарядовым числом между 108 и 126.
Предсказываемое теорией поведение гипотетических элементов в окрестности магического ядра ээе114 характеризуется резким изменением устойчивости и времени жизни даже при незначительных изменениях хотя бы одного из чисел л5 или Х. Так, если у самого долгоживущего ядра ~щ110 изменить всего на 2 — 3 единицы число протонов или нейтронов, то время жизни по теории уменьшится примерно в миллионы раз. Такой эффект аналогичен тому, что наблюдается у обычных элементов в окрестности предшествующего дважды магического ядра свинца з~."РЬ.
Это ядро настолько устойчиво, что его радиоактивный распад никому еще ие удавалось наблюдать. Но стоит к нему добавить всего один нейтрон, как время жизни полученного изотопа ~~~" РЬ из-за Д -распада снизится до 4,8 ч. Таким образом, по теории при приближении к сверхэлементам и в их окрестности время жизни меняется нерегулярно: с возрастанием атомного номера оно то уменьшается, то снова увеличивается, достигая очень больших значений для некоторых изотопов на острове стабильности, так что они могут считаться практически стабильными.
В этом отношении элементы в окрестности дважды магического ядра ~~в114 ведут себя аналогично элементам в окрестности предшествующего дважды магического ядра зф РЬ. У таллия (е5 = 81) и следующих за ним свинца и висмута есть изотопы со столь большими временами жизни, что эти времена практически не удается измерить. За висмутом идут радиоактивные элементы: полоний (лЬ = 84), астат (еЬ = 85), радон (Л = 86) ... Все изотопы элементов от полония до актиния превращаются в дочерние за очень короткие времена. Зато периоды полураспада наиболее стабильных изотопов урана и тория — - элементов с большими порядковыми номерами равны соответственно 4,5 и 14 млрд лет и сравнимы с возрастом Земли.
Нептуний, плутоний, америций, кюрий менее радиоактивиы, чем полоний или радий, хотя их порядковые номера значительно выше. 14. Если гипотетический остров стабильности действительно существует и если бы удалось найти способ синтезирования долгоживущих сверхэлементов в макроскопических количествах, то научно-техническое значение такого открытия было бы трудно переоценить. Г!оэтому понятен интерес ученых к вопросу о сверхэлементах. Вопрос о существовании сверхэлементов, в особенности стабильных и долгоживущих, может быль окончательно решен только экспериментально.
Для этой цели можно воспользоваться уже рассмотренным нами методом синтеза трансурановых элементов путем слияния ядра-мишени с ядром-снарядом с последующим охлаждением образовавшегося компаунд-ядра в процессе испускания нейтронов. Помимо этого метода слияния есть и другой метод получения трансурановых элементов— метод деления ядер, предложенный Г.Н. Флеровым в 1965 г.
В этом методе для бомбардировки урана используются ускоренные тяжелые [Гл. Х!Н Нейтроны и деление агпомн х ядер ионы (Хе, 13). Ядро-снаряд на очень короткое время (порядка 10 зг с) слипается с ядром-мишенью с образованием сильно перегретого гантелсобразного ядра, быстро вращающегося вокруг его центра масс (сьь задачу 4 к этому параграфу). В это время нуклоны в количестве до нескольких десятков имеют возможность перейти из одной половины ~антелеобразного ядра в другую.
Затем под действием громадной центробежной силы гантелеобразное ядро разрывается. Образовавшиеся осколки, будучи сильно перегретыми, сами испытывают деление. В резулытате деления образуются сотни изотопов самых разных элементов, в том числе и тяжелых. И действительно, уже в первом опыте в Дубне на тандем-циклотроне были обнаружены нейтроноизбыточные ядра тяжелых трансуранов, которые ранее получались ири термоядерных взрывах. В дальнейшем подобные опыты неоднократно повторялись не только в Дубне, но и в других странах, в частности в ФРГ (Дармштадт), где был использован наиболее мощный в мире ускоритель ионов урана, причем мишенью служил также уран.
Ученые ФРГ обнаружили, что ядерные «гантелиэ чаще всего делятся на два равных ядра урана. Более тяжелые и легкие осколки встречались реже. Чем больше различие в массах осколков, образовавшихся при делении ядерной «гантелиен тем менее вероятно такое деление. Была надежда, что среди изотопов, образовавшихся при делении, появятся и изотопы сверхэлементов. Но эта надежда не оправдалась.
С большим трудом удалось найти лишь ничтожные количества 102-го элемента. 15. Во многих лабораториях мира пытались найти ядерные реакции, в которых, по предположению, должны получаться магические ядра зээП4, хотя бы и в ничтожных количествах. Примерами могут служить предполагаемые реакции зззП+ зззП -э лтв164 — 'ьвНЬ+'""П4+12,'и, (94.16) гзвХе+зэ"П- зтз146- зээП4+12Се+4'и 54 эз 32 Ои' (94. 16) Однако практически осуществить все гипотетические реакции подобного рода пока никому не удалось.
Таким образом, на вопрос о существовании острова стабильности сверхэлементов опьггы пока не дают ответа. 16. Быть может, сверхэлементы или следы их существования надо искать в самой природе — на Земле или, лучше, в метеоритах? Ве останавливаясь на подробностях, ограничимся только некоторыми, далеко не полными, принципиальными замечаниями по этому трудному вопросу. Ядра урана и всякого трансуранового элемента испытывают спонтанное деление. Получающиеся осколки в момент своего образования обладают большой кинетической энергией — порядка 100 МэВ. Если деление произошло в кристаллической среде !минерале), то, двигаясь в ней, осколок до замедления производит множество разрушений — ведь атомы в решетке связаны относительно слабыми силами, для преодоления которых достаточно всего 2 — 3 эВ.
Осколки оставляют в среде следы, или треки, в виде микроскопически узких каналов. Г!одвергнув минерал травлению,т.е.подействовав на него подходящей кислотой или щелочью, эти каналы можно расширить в сотни раз, так как вещество нарушенных участков кристалла гораздо легче 3 94) Тзансууанаеые элементы 633 подвергается травлению, чем ненарушенных. Расширенныс греки легко увидеть в обычный оптический микроскоп (с увеличением в 100 и более раз). Продукты деления, накапливающиеся при делении, являются изотопами элементов, лежащих в середине периодической системы. Они могут быть выделены из исследуемого минерала, например, при нагревании его до 1000 'С и выше (разумеется, для этого не требуется производить травления минерала), а затем подвергнуты анализу с помощью масс-спектрографа.
По изотопному составу того или иного элемента можно однозначно судить о том, какие ядра испытали спонтанное деление, в результате которого образовались выделенные элементы. Конечно, за время, прошедшее с момента образования изотопов, часть их могла рассеяться н уйти из исследуемого образца. Однако это обстоятельство не играет роли, так как для рассматриваемого метода существен лишь относительный изотопный состав, а не абсолютные количества образовавшихся изотопов. А относительный изотопный состав одного и того же элемента не меняется при их рассеянии.
В изложенном методе наиболее удобны изотопы ксенона, так как естественная распространенность этого элемента в земных и космических минералах очень мала — она в миллионы и миллиарды раз меньше, чем распросграненность других химических элементов. Поэтому даже незначительные добавки ксенона, образующиеся при делении, легко зафиксировать на слабом фоне обычного ксснона, содержащегося, например, в атмосфере. У других элементов природный фон полностью маскирует такие добавки. Для проблемы обнаружения следов спонтанного деления ядер сверхзле- ментов более подходящими являются минералы космического, а не земного происхождения. Дело в толю, что на Земле такие следы не могут сохраняться столь длительное время, как это возможно в метеоритах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
