Ответы (7) (1183892), страница 9
Текст из файла (страница 9)
(Позднее Сегре переехал в США и уже там открыл антипротон.) Сегретщательно изучил образец и обнаружил, что он содержит следы нового радиоактивноговещества - как впоследствии выяснилось, элемента с порядковым номером 43. К этомувремени элемент еще не был открыт в природе (несмотря на несколько неподтвердившихсяизвестий), и поэтому его назвали технецием (от греческого - искусственный).Со временем были заполнены три оставшихся в периодической таблице пробела (см.гл.
8). В 1939 и 1940 гг. были открыты элементы номер 87 (франций) и номер 85 (астат), а в1947 г.- элемент номер 61 (прометий). Все эти элементы радиоактивны.Астат и франций образуются из урана в очень малых количествах; по-видимому,именно по этой причине их не удалось открыть раньше. Технеций и прометий образуются веще меньших количествах. Это единственные элементы с порядковыми номерами меньше84, не имеющие стабильных изотопов.ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫВначале бомбардировка атомных ядер велась положительно заряженными частицами:протонами, дейтронами и альфа-частицами.
Поскольку одноименно заряженные частицыотталкиваются, то положительно заряженные ядра атомов отталкивают положительнозаряженные частицы, и заставить движущиеся с большей скоростью частицы преодолетьотталкивание и столкнуться с ядром весьма сложно, так что ядерные реакции трудноосуществимы.С открытием нейтрона (см. гл. 12) у химиков появились новые возможности. Нейтроныпредставляют собой незаряженные частицы, и атомные ядра их не отталкивают. Направивнейтрон в нужном направлении, его легко можно заставить столкнуться с ядром.Итальянский физик Энрике Ферми (1901-1954) первым обстоятельно изучилбомбардировку нейтронами. Свою работу он начал почти сразу же, как только узнал оботкрытии нейтрона Он обнаружил, что пучок нейтронов инициирует ядерные реакцииособенно эффективно, если он проходит через воду или парафин.
Легкие атомы этих веществпри каждом столкновении поглощают некоторое количество энергии нейтронов, но самихнейтронов при этом не поглощают. Следовательно, нейтроны замедляются настолько, что вконечном счете движутся со скоростью обычных молекул, находящихся при комнатнойтемпературе. Такие тепловые нейтроны находятся вблизи отдельных ядер в течение секундыили немногим более, следовательно, вероятность того, что ядро поглотит нейтрон, в этомслучае выше, чем при бомбардировке быстрыми нейтронами.Когда атомное ядро поглощает нейтрон, оно необязательно становится новымэлементом; при этом может образоваться просто более тяжелый изотоп.
Так, есликислород-16 приобретает нейтрон (массовое число 1), то он становится кислородом-17.Однако, присоединяя нейтрон, элемент может превратиться в радиоактивный изотоп. Б этомслучае элемент обычно распадается с излучением бета-частицы, а согласно правилу Содди,это означает, что он становится элементом, занимающим более высокое место впериодической таблице. Таким образом, если кислород-18 получает нейтрон, то онпревращается в радиоактивный кислород-19. Этот изотоп излучает бета-частицу истановится стабильным фтором-19.
Таким образом, бомбардируя кислород нейтронами, егоможно превратить во фтор.В 1934 г. Ферми занялся бомбардировкой урана нейтронами с тем, чтобы узнать, нельзяли получить атомы с большей массой, чем уран (трансурановые элементы), В то время уурана был наибольший порядковый номер в периодической таблице, но возможно, что уэлементов с большими порядковыми номерами слишком короткий период полураспада.Сначала Ферми действительно подумал, что он синтезировал элемент с номером 93, норезультаты эксперимента оказались очень запутанными и привели к еще болеедраматическому повороту, что будет описано чуть позднее.
Именно эти разработки отвлеклина несколько лет внимание ученых от изучения возможностей получения трансурановыхэлементов.В 1940 г. американский физик Эдвин Маттисон Макмиллан (1907-1991) и его коллегахимик Филипп Ходж Эйблсон (род. в 1913 г.), проводя нейтронную бомбардировку урана,действительно обнаружили новый тип атома - атом с порядковым номером 93, который ониназвали нептунием. Период полураспада даже наиболее долгоживущего изотопанептуния-237 составляет немногим более двух миллионов лет, т.
е. содержавшийся когда-тов земной коре нептуний должен уже давно распасться. Нептуний-237 - первый элементчетвертого радиоактивного ряда.Затем, в 1941 г., Макмиллан и американский физик Гленн Теодор Сиборг (род. в 1912г.) получили и идентифицировали плутоний - элемент с порядковым номером 94. Группаученых Калифорнийского университета, возглавляемая Сиборгом, на протяжениипоследующих десяти лет выделила более полудюжины элементов, в том числе америций(номер 95), кюрий (номер 96), берклий (номер 97), калифорний (номер 98), эйнштейний(номер 99) и фермий (номер 100).Однако получать каждый следующий элемент становилось все труднее и труднее, ивыделить его удавалось все в меньших и меньших количествах. Более того, периодполураспада каждого последующего элемента оказывался короче, чем у предыдущего, такчто каждый новый элемент после получения все быстрее и быстрее распадался. Несмотря наэто, в 1955 г.
был получен менделевий (номер 101), в 1957 г. - нобелий (номер 102), в 1961 г.лоуренсий (номер 103). В 1964 г. советские физики сообщили о получении (микроколичеств)элемента с порядковым номером 10452.Сиборг и его группа установили, что трансурановые элементы похожи друг на друга,как похожи друг на друга редкоземельные элементы (см. гл.
8). Объясняется это сходствотеми же самыми причинами: новые электроны размещаются на внутренних электронныхоболочках, а внешняя электронная оболочка с тремя электронами остается неизменной.Первый ряд элементов, начинающийся с лантана (порядковый номер 57), получил названиеряда лантаноидов, а более новый, начинающийся с актиния (порядковый номер 89) рядаактиноидов.С открытием лоуренсия были получены все актиноиды.
Предполагалось, что элемент спорядковым номером 104 будет значительно отличаться по химическим свойствам отактиноидов.ЯДЕРНАЯ БОМБАВернемся теперь к работе Ферми по бомбардировке урана нейтронами. Предположениео том, что в результате бомбардировки получен элемент с порядковым номером 93, в товремя подтвердить не удалось, так как попытки выделить этот элемент успехом неувенчались.Среди ученых, занимавшихся изучением результатов такой бомбардировки, были Ган иМейтнер, открывшие двадцать лет назад протактиний (см. гл.
13). Эти исследователиобработали барием бомбардированный уран, в результате в осадок выпала какая-то фракциясильно радиоактивного вещества. Эта реакция заставила Гана и Мейтнер усомниться в том,что одним из продуктов бомбардировки был радий: элемент по своим химическим свойствамочень был похож на барий, и можно было ожидать, что радий сопровождает барий в любыххимических превращениях. И тем не менее из этих барийсодержащих фракций получитьрадий не удалось.Примерно в 1938 г.
Ган предположил, что полученная фракция может бытьрадиоактивным изотопом самого бария, образовавшимся из урана. Такой радиоактивныйбарий может соединиться с обычным барием, и разделить их обычными химическимиспособами невозможно. Однако образование такого соединения представлялось весьмасомнительным. Все ядерные реакции, известные к 1938 г., приводили к изменениюпорядковых номеров элементов только на 1 и 2 единицы. Переход от урана к барию означал,что порядковый номер элемента уменьшился на 36 единиц. Это могло произойти только втом случае, если бы атом урана разделился примерно пополам (расщепление ядра атомаурана).
Ган не решался - по крайней мере публично - даже обсуждать возможность такогорасщепления.В 1938 г. нацистская Германия вторглась в Австрию и аннексировала ее. Австрийскаягражданка Лизе Мейтнер вынуждена была эмигрировать в Швецию. В свете пережитогопоследствия возможной научной ошибки представлялись ей столь малозначащими, что онаопубликовала теорию Гана о том, что атомные ядра урана при бомбардировке нейтронамиподвергаются расщеплению.Эта статья вызвала большой переполох, так как ученые сразу поняли, к каким ужаснымпоследствиям может привести это явление.
Если атом урана после поглощения нейтронараспадается на два меньших атома, в ядрах которых меньше нейтронов, чем в ядре атомаурана53, то избыточные нейтроны должны излучаться, и если их поглотят другие атомыурана, то они в свою очередь также разделятся, что приведет к излучению еще большегочисла нейтронов.Расщепление одного атома урана приведет к расщеплению нескольких атомов.Результат цепной ядерной реакции окажется подобен результату обычной химическойцепной реакции, например реакции водорода и хлора (см.
гл. 9). Однако поскольку ядерныереакции связаны с обменом гораздо большими энергиями, чем химические реакции, торезультаты ядерной цепной реакции окажутся несравнимо более мощными.Мир стоял на пороге Второй мировой войны. Правительство США, понимая, чтосмертоносная энергия атомных ядер может быть использована нацистами, приступило креализации исследовательской программы создания цепной ядерной реакции и полученияядерного оружия.Трудностей оказалось очень много. Прежде всего выяснилось, что цепная ядернаяреакция возможна лишь при наличии некоторой довольно большой массы урана - такназываемой критической массы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
