Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 161
Текст из файла (страница 161)
На Земле они исчс зают под действием многочисленных разрушающих факторов. При исследовании рассматриваемой проблемы предпочтение было отдано метеоритамахондритам. Так называются метеориты, в состав которых входят хондры— затвердевшие капли силикатного вещества, возможно, образовавшегося еще в начальной стадии формирования Солнечной системы. Размеры хоидр колеблются от долей миллиметра до сантиметров.
17. При исследовании кристаллов минералов, извлеченных из некоторых метеоритов-ахондритов, были обнаружены миллионы следов осколков деления каких-то ядер на каждом квадратном сантиметре. Однако сами ядра обнаружены не были. Естественно было предположить, что время жизни их недостаточно велико, твк что за время существования Солнечной системы они полностью распались. Что же зто за ядра? При термоядерных взрывах, как ужо говорилось в п. 6, обнаружен плутоний-244 — наиболео долгоживущий элемент из всех известных трансурановых элементов (период полураспада ~~~ Рп равен 8,3 10 лет).
Состояние вещества, подобное тому, какое было при термоядерном взрыве, но уже в громадных космических масштабах существовало и при возникновении Солнечной системы — в период образования химических элементов. Несомненно, что в этот период образовывался и плутоний-244, и другие трансурановые элементы, но к настоящему времени все они полностью исчезли на Земле изза сравнительно коротких времен жизни. Следы спонтанного деления ядер, оставленные в метеоритах-ахондритах, не могут принадлежать ядрам урана-238 или тория-232, так как в противном случае эти долгоживугдие элементы сохранились бы в метеоритах до настоящего времени, как это ил1еет место на Земле.
Можно думать, что эти следы оставлены ядрами трансуранов. Однако все известные относительно короткоживущие трансураны должны быть сразу же исключены, поскольку они распались бы еще задолго до затвердевания матооритов. Исключение Нейтроны и давление атомн х ядер [Гл. Х!Н составляот только самый долгоживущий трансуран, а именно плутоний-244. Галька он мог оставить рассматриваемые следы, а затем еще задолго до настоящего времени полностью исчезнуть из метеоритов. Это предположение подтвердилось экспериментально.
В метеоришх сохранились не только треки, оставлснныо осколками деления ядер, но и сами осколки в виде соответствующих атомов. Эти атомы частично можно было извлечь из метеоритов путем нагревания их до температуры 1000 — 1200 'С и масс-спектроскопически определить изотопный состав извлеченного газа. Оказалось,что в этом газе среди прочих изотопов содержатся и изотопы ксенона,представляющие для нас основной интерес. Как уже подчеркивалось, важно знать только относительное содержание изотопов ксенона,а не количество его, сохранившееся в метеорите.
С другой стороны, в потоке нейтронов, исходящем из ядерного реактора, синтезируется множество элементов, в том числе и е и Рп. Несколько миллиграммов этого изотопа было помещено в кварцевую ампулу, из которой затем был выкачан воздух, после чего сама ампула была герметически запаяна. Из-за спонтанного деления ядер плутония в ампуле среди прочих продуктов образовывался и ксенон.
Примерно через два года ампулу вскрыли, а образовавшийся ксенон был исследован с помощью масс-спектрометра. Хотя за это время путем деления распалась мизерная часть плутония-244, однако при высокой чувствительности современных приборов ее оказалось достаточно, чтобы исследовать изотопный состав полученного ксенона. Он оказался в точности таким же, как и в метеоритах-ахондритах. Это и доказывает, что следы деления, наблюдавшиеся в метеоритах, оставлены ядрами именно у -244.
18н Возникла идея, что в углистых метеоритах-хондритах надо искать следы деления ядер гипотетических сверхэлементов. (Углистыми называют метеориты, в состав которых входят углеродсодержащие минералы и соединения. В этих веществах в метеорите и содержатся хандры.) Их былое существование можно было бы обнаружить по изотопному составу ксенона, содержащегося в леетеоритах. В основе такой идеи лежали следующие соображения.
На основе квантовой механики с использованием ЭВМ было рассчитано строение электронных оболочек гипотетических сверхтяжелых атомов и тем самым определены их химические свойства. Оказалось, что наиболее устойчивые сверхзлементы должны быть химическими аналогами легколстучих элементов вроде свинца. А из всех метеоритов наиболвс богаты такими элементами именно углистыс метеориты. Из углистых метеоритов-хондритов путем нагревания до 1000-1200 'С были выделены нейтроноизбыточные изотопы гее Хе, 1зеХе, ы~ Хе и |зг Хе.
Казалось, что эти изотопы выделялись при делении ядер какого-то трансурана. Но все ядра известных трансуранов при делении не выделяют ксенон с таким же изотопным составом. Первоначально это считалось доказательством былого существования сверхэлемента, при делении ядер которого и получился ксенон наблюдаемого изотопного состава. Однако такое заключение вскоре было опровергнуто. Действительно, непосредственно при делении сначала получаются нейтроноизбыточные, но Д -неустойчивые ядра (ель Э 93, п. 11).
Претерпев 8 -распад, они в конце концов переходят в стабильные ядра ксенона. Эти стабильные ядра также еще должны быть нейтроноизбыточными. Нейтронодефицитные ядра ксенона при делении получиться не могут. А между тем в метеоритах они содержатся. Оказалось, что чем болыпе нейтроноизбыточных стабильных ядер, тем больше и нсйтронодефицитных стабильных ядер. Это не согласуется с предположением, что все стабильные изотопы ксенона в метеоритах получились в результате деления. Другие контрольные опыты также подтвердили такое заключение. 3 94) Трансурановые элементы ЗАДАЧИ 1. Для качественного уяснения влияния электронного захвата на стабильность электронной оболочки атома можно предположить, что захват электронов как бы мгновонно происходит с боровской орбиты с главным квантовым числом п.
Исходя из такого представления, оценить наименьшее значение числа 7, выше которого стабильность электронной оболочки атома становится невозможной, предполагая, что п = 1, 2, 3, 4, 5. Р е ш о н и е. Такое представление эквивалентно предположению, что внутри сферы с радиусом н-й боровской орбиты электронов нет, а размер ядра (при том же заряде) как бы увеличен до размеров этой сферы. Но радиус и-й боровской орбиты пропорционален и . Тем самым задача свелась г к задаче, разобранной в п. 2, если только в уравнении (94.1) го заменить на гон . Иначе говоря, надо оперировать с неравенством Аз7з 38 000 < 1,97+ 0,015А ~ п (94.1б) Из него находим, что для стабильности электронной оболочки необходимо выполнение условий: Я < 1460 (и =- 1), 7 < 370 (и =- 3), 7 < 630 (гг = 2), 7 < 250 (и = 4), 7<185 (п=б).
2. Определить в нерслятивистгком приближении кинетическую энергию, приобретаемую зарядом д массой т, если радиус орбиты, по которой он вращается, равен г, а магнитное поле Н однородно. Ответ. 8 = у~Н~НгД2тсг). 3. Ядро ускоренного иона гг" И сталкивается с покоягцимся ядром того же урана и на короткое время сливается с ним в гвнтелеобразное вращающееся ядро. Оценить минимальную угловую скорость вращения ы полученного гантвлеобразного ядра. Р е ш е н и е. Момент импульса вращающегося гантелеобразного ядра определяется формулой 1 = Ц1+ 1)й, в которой следует положить 1 = = 1. Таким образом, б = эг25. С другой стороны, ( = з'оэ, где з' — момент инерции гантелеобразного ядра относительно его центра масс.
Для оценки э' заменим гантель двумя соприкасающимися ядрами урана. Момент инерции сплошного шара огносительно касательной к нему равен (7(5)тпгг, а двух шаров относительно общей касательной — (14/5)тг'. Радиус ядра урана г = 8,7 10 гг см, ги == 4 10 гг г, о' =- 8,5 ° 10 зв г см . Следовательно, ьг2 1,05 10 ге — 4в 8,5 10 Таким образом, исследование изотопного сос~ава ксенона в метеоритах не принесло доказательства существования в настоящее время нли в отдаленном прошлом сверхэлементов.
Другие методы, основанные на измерении длины треков в метеоритах и на Земле, также пока нс дали окончательного ответа на вопрос о существовании сверхэлементов. Для эгого требуются дальнейшие исследования. [Гл. Х!Н Нейтроны и давление агпомн х ядер 4. В урановых рудах обнаружены ничтожные количества д4Рп. Такой плутоний образуется из рдП под действием нейтронных потоков, всегда имею|цихся в руде. Нейтронные потоки в свою очередь возникают и поддерживаются при спонтанном делении ядер урана или под действием космических лучей. Оценить долю атомов д4Ри, отнесенную к числу атомов руды, предполагая, что руда состоит из чистого урана-238 и что плутоний образуется только под действием нейтронов от спонтанного деления ядер урана. Период полураспада урана-238 относительно спонтанного деления Т,"~д 10'д лет, плутония 'Г~~" 2,4 ° 10 лет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
