А.Н. Матвеев - Атомная физика (1121290), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Трансурановые элементыПриводятся основные сведения о трансурановыхэлементах.Причины нестабильности трансурановых элементов. Последним стабильным элементом в периодической системе элементов, который существуетв природе, является уран. Известнонесколько изотопов урана. В природевстречается главным образом изотоп23 8U в смеси с небольшим количеством 235U. И зотоп 235и служит горю чим в ядерных котлах.Более тяжелые элементы существовать устойчиво не могут. Это объясняется тем, что силы кулоновскогоотталкивания протонов в ядре не м огут быть уравновешены ядерными силами притяжения и ядро оказываетсянеустойчивым.
Перевес сил кулоновского отталкивания протонов в ядренад силами ядерного притяжения§ 56 Т рансурановы е элем енты 289между нуклонами ядра наступает потому, что кулоновские силы являю тся дальнодействующими. К аж дый протон практически взаимодействует со всеми другими протонамиядра, благодаря чему энергия взаимодействия растет пропорциональноквадрату числа протонов в ядре( ~ Np). Учитывая, что число протонов в тяжелых ядрах примерно пропорционально числу нейтронов, заключаем, что кулоновская энергиявзаимодействия прямо пропорциональна квадрату числа частиц в ядре:~ N 2.
С другой стороны, силы ядерного притяжения являю тся короткодействующими, их действие проявляется лишь на расстояниях порядка10“ 15 см, т.е. посредством ядерныхсил между собой могут взаимодействовать лишь соседние ядерные частицы. А это означает, что энергия ядерного взаимодействия возрастает пропорционально первой степени числачастиц N в ядре, а не квадрату числачастиц, как в случае кулоновской энергии взаимодействия. Следовательно,энергия ядерного взаимодействиявозрастает с числом частиц в ядремедленнее, чем энергия кулоновскоговзаимодействия.
При м алом числе чаМенделеевДмитрий Нвшович(1834-1907;Русский химик, ученый ипедагог, прогрессивныйобщественный деятель.Открыл периодическийчакон химическихэлементов, предложилспособ фракционногоразделения нефти,изобрел вид бездымногопороха. Авторфундаментальных работпо химии, физике,метрологии,воздухоплаванию,метеорологии, экономикеи др.19 219стиц энергия ядерного взаимодействия значительно больше энергии кулоновского взаимодействия, потомучто ядерные силы значительно больше кулоновских сил. Но при увеличении числа частиц наступает такой м омент, когда ядерные силы притяжения уже не в состоянии хотя бы уравновесить кулоновские силы отталкивания, и ядро становится нестабильным. Этим и обусловливается наличие конца периодической системыэлементов.Характеристика полученных трансурановых элементов.
Однако ряд нестабильных элементов периодическойсистемы, лежащих после урана, м ожет быть получен искусственно. Этиэлементы называю тся трансурановыми. Они относятся к ряду актинидов(см. § 55). Лиш ь три элемента из этого ряда, а именно: торий (Z = 90),протактиний ( Z = 91) и уран ( Z —= 92) - существуют стабильно в природе. В ряду актинидов происходитзаполнение глубоко лежащих 5/-состояний, в то время как состояния 6s,6р, Is и частично 6d заполнены. Нетрудно видеть, что в ряду актинидовповторяется ситуация, которая существует в ряду лантанидов, когдапроисходит заполнение 4/-состояний.К числу трансурановых элементов, полученных искусственным путем, относятся следующие: нептуний(Z = 93), плутоний (Z = 94), америций (Z = 95), кюрий (Z = 96), берклий(Z = 97), калифорний (Z = 98), эйнштейний (Z = 99), фермий (Z = 100),менделевий ( Z — 101), нобелий (Z = 102),лоуренсий (Z = 103).
Первые трансурановые элементы - нептуний и плутоний - получены в 1940 г. Нобелийбыл открыт в 1958 г., лоурен си й -в1961 г. Больш инство из трансурановых элементов найдено в лаборатории, которой руководил Г. Сиборг.290 11 М ногоэлектронны е атомыг ,:;7 Т ;г 7 |3^|' Г'^S? §Л11| ^ {-3* § 1 1а£ь§5, i l l!>®!®н2 1оЛ1 sss 8I sq_лI .£- M§1|*s| Оs?| s«i « II* £з§1 *дE১ ®sl| ------ I I ®l*ljM i . *1;Jo>PJU«,S, j*\ssЮоSITgpjCM&|m ! »®<чS§ 56.
Трансурановы е элем енты 291Мы приведем лишь некоторые данные о трансурановых элементах, таккак подробное описание их свойстввыходит за рамки книги.Первый из трансурановых элементов-н еп тун и й Np (Z = 93)-получен в1940 г. при облучении урана дейтронами, ускоренными в циклотроне. Врезультате захвата ураном нейтрона,который первоначально входит в состав дейтрона, образуется изотопурана 239U.
Затем этот изотоп урана спериодом полураспада 23 мин испускает электрон и превращается в нептуний 239Np. Период полураспадаN p равен 2,3 дня. Известны изотопы нептуния от 231N p до 240Np. Периоды полураспада изотопов нептуния варьируются в широких пределах, от 7,3 мин до 2 ,2 -106 лет. Н азвание «нептуний» исходит из аналогии сназванием планеты Нептун, которая вСолнечной системе следует за планетой Уран. Получены весовые количества нептуния.Следующий трансурановый элем ен т-п л утон и й Pu (Z = 94)-полученв том же 1940 г.
из нептуния в результате испускания последним электронас периодом полураспада 2,3 дня. И звестны изотопы плутония от 232Ри до246Ри. Периоды полураспада изотопов плутония заключены в пределахот 20 мин до 4,9- Ю10 лет. В частности, период полураспада 239Ри составляет 24 360 лет, а его время жизни**19»П оследним стабильным элем ен том , который сущ ествует в природе, является уран.Н евозм ож ность стабильного сущ ествования б о л е е тяжелых элем ентов объ я сн яется тем, что силы кулоновского отталкивания протонов в ядре не могут бытьуравновеш ены ядерными силами притяжения и ядро становится неустойчивым.П еревес сил кулоновского отталкиванияпротонов в ядре над силам и ядерногопритяжения м еж ду нуклонами ядра о б у с ловливается дальнодействую щ им характером кулоновских сил.относительно спонтанного деленияравно 5 .5 -1015 лет.
Название произошло от аналогии с порядком планет вСолнечной системе (после Нептунаследует Плутон).Америций Am (Z = 95) открыт в1944 г. И зотоп плутония 241Ри в результате испускания электрона с периодом полураспада 13 лет превращается в изотоп 241А т . Э т о т и з о т о пимеет период полураспада 470 лет.Известны изотопы америция от 237А тдо 246А т с периодами полураспада,варьирующими от 25 мин до примерно 8000 лет. В ряду лантанидов этомуэлементу соответствует европий, названный в честь Европы.
Элемент сZ — 95 назван америцием в честьАмерики. Америций получен в грам мовых количествах.Кюрий Cm (Z = 96) открыт в 1944 г.среди продуктов облучения 239 Puионами гелия с энергией 32 МэВ.Известны изотопы кюрия от 238С тдо 249С т с периодами полураспадаот нескольких часов до десятков миллионов лет. Название было дано этому элементу в честь Пьера и М арииКюри, выдающихся исследователей вобласти естественной радиоактивности. Кю рий получен в м иллиграм м овых количествах.Берклий Вк (Z = 97) найден в 1949 г.в результате облучения мишени из241А т ионами гелия. Известны изотопы берклия от 243Вк до 250Вк с периодами полураспада от к Зч до 7000лет.
Название пошло от города Беркли, где находится лаборатория, вкоторой были получены многие трансурановые элементы. Берклий полученв количестве десятых долей микрограмма.Калифорний Cf (Z = 98) обнаружен в 1950 г. в результате облучениянескольких миллиграммов 242С т ионами гелия с энергией 35 МэВ. Извест2 9 2 11.
М ногоэлектронные атомыны изотопы калифорния от 244Cf до254Cf с периодами полураспада от 25мин до нескольких сотен лет. К алифорний получен в количестве сотыхдолей микрограмм а. Н азван в честьш тата Калифорния и Калифорнийского университета, где был открыт.Эйнштейний Es (Z = 99) был найден в 1952 г. Одновременно с ним былоткрыт фермий Fm (Z = 100).
Онибыли обнаружены при анализе образцов, содержащих тяжелые элементы,после термоядерного взрыва. И звестны изотопы эйнштейния от 246Es до256Es с временами полураспада отнескольких минут до примерно 300дней. В весовых количествах полученне был. Обнаружены лиш ь индикаторные количества этого элемента.Н азван в честь А. Эйнштейна.Фермий Fm (Z = 100) имеет изотопы от 250Fm до 256Fm с периодамиполураспада от получаса до « 30 ч.Получены лишь индикаторные количества этого элемента. Н азван в честьЭ. Ферми.Менделевий M d (Z = 101) открытв 1955 г.
в результате облучения мишеней, содержащих очень малые количестваEs, ионами гелия с энергией 41 МэВ. В экспериментах былополучено только 17 атомов менделевия с периодом полураспада около3,5 ч. Массовые числа изотопов менделевия лежат в пределах от 251 до261, а периоды полураспада - в пределах от нескольких секунд до часа. Впоследующем было обнаружено несколько сотен атом ов менделевия.Н азван в честь Д. И. Менделеева.Нобелий N o (Z = 102) получен в1958 г. в результате облучения мишени, содержащей 246Сш, ионами углерода 12С.
Образующийся при этомизотоп нобелия 254N o с периодомполураспада порядка 3 с превращ ается вFm. Н азван в честь А. Нобеля.Лоуренсий Lr (Z = 103) открыт в1961 г. Н азван в честь Э. Лоуренса,изобретателя циклотрона, потому чтос помощ ью частиц, ускоренных в циклотроне, было найдено большинствотрансурановых элементов. Лоуренсием заканчивается ряд актинидов.Н азвания двух последних трансурановых элеменов (нобелий и лоуренсий)не являются общепринятыми.Причины чрезвычайно малых временжизни очень тяжелых трансурановыхэлементов.
Более тяжелые трансурановые элементы получаются в результате ядерных реакций слияния и деления, в которых участвуют тяжелыеядра. При бомбардировке мишенейиз плутония, кюрия и калифорнияионами углерода, кислорода и неонаобразую тся сильно возбужденные составные ядра, для «остывания» которых необходимо испускание нескольких нейтронов. Однако вероятностьделения таких составных ядер оказывается во много раз больше вероятности испускания нейтронов, в результате чего лиш ь ничтожная частьсоставных ядер (10-8 — 10~ 10) превращается в трансурановые элементы. Бомбардировкой мишени из ядерсвинца ионами аргона, титана и хрома также удалось найти несколькотрансурановых элментов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
