Трансурановые элементы

Трансура́новые элеме́нты, химические элементы, расположенные в периодической системе после урана, то есть с атомным номером Z >92.
Все трансурановые элементы синтезированы с помощью ядерных реакций (в природе обнаружены только микроколичества Np и Pu). Трансурановые элементы радиоактивны; с увеличением Zпериод полураспадаT1/2 трансурановых элементов резко уменьшается.
В 1932 г., после открытия нейтрона, было высказано предположение, что при облучении урана нейтронами должны образовываться изотопы первых трансурановых элементов. И в 1940 г. Э. Макмиллан и Ф. Эйблсон с помощью ядерной реакции синтезировали нептуний (порядковый номер 93) и изучили его важнейшие химические и радиоактивные свойства. Тогда же произошло открытие и следующего трансуранового элемента — плутония. Оба новых элемента были названы в честь планет Солнечной системы.
Все трансурановые элементы до 101-го включительно были синтезированы благодаря применению легких бомбардирующих частиц: нейтронов, дейтронов и альфа-частиц. Процесс синтеза состоял в облучении мишени потоками нейтронов или заряженных частиц. Если в качестве мишени используется U, то с помощью мощных нейтронных потоков, образующихся в ядерных реакторах или при взрыве ядерных устройств, можно получить все трансурановые элементы, до Fm (Z = 100) включительно. В качестве мишеней использовались также элементы с Z на 1 или на 2 меньше, чем у синтезируемого элемента. В период с 1940 по 1955 гг. американскими учеными под руководством Г. Сиборга были синтезированы девять новых элементов, не существующих в природе: Np (нептуний), Pu (плутоний), Am (америций), Cm (кюрий), Bk (берклий), Cf (калифорний), Es (эйнштейний), Fm (фермий), Md (менделевий). В 1951 Г. Сиборгу и Э. М. Макмиллану была присуждена Нобелевская премия «за открытия в области химии трансурановых элементов».
Возможности метода синтеза тяжелых радиоактивных элементов, при котором применяется облучение легкими частицами, ограничены, он не позволяет получать ядра с Z > 100. Элемент с Z = 101 (менделевий) был открыт в 1955 г. при облучении 25399Es (эйнштейния) ускоренными α-частицами. Синтезы новых трансурановых элементов становились все сложнее по мере перехода к большим значениям Z. Все меньшими оказывались величины периодов полураспада их изотопов.
В 1965 г. Г. Н. Флеров предложил использовать для синтеза трансурановых элементов деление ядер под действием тяжелых ионов. Например элемент курчатовий с Z = 104 был получен Г. Н. Флеровым и сотрудниками по реакции: 24294Pu (2210Ne, 4n) 260104Ku. Пять элементов с Z > 101 были получены на ускорителях заряженных частиц (циклотрон Объединенного института ядерных исследований; Дубна, СССР) и линейный ускоритель тяжелых ионов «Хайлак» (Беркли, США) в ядерных реакциях с тяжелыми нейтронами. Химические элементы с самыми большими порядковыми номерами 116 и 118, известными в настоящее время, впервые созданы на циклотроне в лаборатории Беркли в экспериментах по обстрелу свинцовой мишени ионами криптона с энергиями примерно 450 МэВ.
Из-за относительно малого времени жизни трансурановые элементы не сохранились в земной коре. В природных минералах найдены микроколичества 244Pu, наиболее долгоживущего трансуранового элемента (его период полураспада T1/2 = 8.107 лет). В урановых рудах обнаружены следы 237Np (T1/ 2~ 2, 14.106 лет и 239Pu (T1/2 ~ 2, 4.104 лет).
Существенные трудности возникают при изучении свойств синтезированных изотопов. Основные причины — малое время жизни. Периоды полураспада некоторых элементов измеряется долями секунд, а также сложность накопить такие короткоживущие элементы в достаточном количестве.
Трансурановые элементы находят практическое применение главным образом как изотопные источники энергии. Среди них особую роль играет плутоний-239, который является эффективным ядерным горючим.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика