 |
 |
|
 |
|
|
ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
химические элементы, расположенные в периодической системе элементов (См. Периодическая система элементов) Д. И. Менделеева за Ураном, то есть с атомным номером Z 93. Известно 14 Т. э. Из-за относительно высокой скорости их радиоактивного распада Т. э. в заметных количествах не сохранились в земной коре. Возраст Земли около 5109 лет, а Период полураспада T1/2 наиболее долгоживущих изотопов Т. э. меньше 107 лет. За время существования Земли Т. э., возникшие в процессе нуклеосинтеза, либо полностью распались, либо их количество резко уменьшилось (до 1012 раз). В природных минералах найдены микроколичества 244Pu — наиболее долгоживущего Т. э. (T1/2 ~ 8106 лет), который, возможно, сохранился на Земле с момента её формирования. В урановых рудах обнаружены следы 237Np (T1/2 ~ 2,14106 лет) и 239Pu (T1/2 ~ 2,4104 лет), которые образуются в результате ядерных реакций с участием ядер U.
Первые Т. э. были синтезированы в начале 40-х гг. 20 в. в Беркли (США) группой учёных под руководством Э. Макмиллана и Г. Сиборга, удостоенных Нобелевской премии за открытие и изучение этих элементов. Известно несколько способов синтеза Т. э. Они сводятся к облучению мишени потоками нейтронов или заряженных частиц. Если в качестве мишени используется U, то с помощью мощных нейтронных потоков, образующихся в ядерных реакторах (См. Ядерный реактор) или при взрыве ядерных устройств, можно получить все Т. э. до Fm (Z = 100) включительно. Процесс синтеза состоит либо в последовательном захвате нейтронов, причём каждый акт захвата сопровождается увеличением массового числа А, приводящим к -распаду и увеличению заряда ядра Z, либо в мгновенном захвате большого числа нейтронов (взрыв) с длинной цепочкой -распадов. Возможности этого метода ограничены, он не позволяет получать ядра с Z > 100. Причины — недостаточная плотность нейтронных потоков, малая вероятность захвата большого числа нейтронов и (что наиболее важно) очень быстрый радиоактивный распад ядер с Z > 100.
Элемент с Z = 101 (Менделевий) был открыт в 1955 при облучении 25399Es (эйнштейния) ускоренными -частицами. Пять элементов с Z > 101 были получены на ускорителях заряженных частиц [циклотрон Объединённого института ядерных исследований (См. Объединённый институт ядерных исследований) (ОИЯИ; Дубна, СССР) и линейный ускоритель тяжёлых ионов «Хайлак» (Беркли, США)] в ядерных реакциях с ускоренными тяжёлыми ионами. Определяющий вклад в эти работы внесли группа учёных под руководством Г. Н. Флёрова (Дубна) и группа Г. Сиборга — А. Гиорсо (Лаборатория им. Лоуренса, Беркли). Существенные результаты были получены также в Окриджской национальной лаборатории США.
Для синтеза далёких Т. э. используется два типа ядерных реакций — слияния и деления. В первом случае ядра мишени и ускоренного иона полностью сливаются, а избыточная энергия образовавшегося возбуждённого составного ядра снимается путём «испарения» нейтронов. При использовании ионов С, О, Ne и мишеней из Pu, Cm, Cf образуется сильно возбуждённое составное ядро (энергия возбуждения ~ 40—60 Мэв). Каждый испаряемый нейтрон способен унести из ядра энергию в среднем порядка 10—12 Мэв, поэтому для «остывания» составного ядра должно вылететь до 5 нейтронов. С испарением нейтронов конкурирует процесс деления возбуждённого ядра. Для элементов с Z = 104—105 вероятность испарения одного нейтрона в 500—100 раз меньше вероятности деления. Это объясняет малый выход новых элементов: доля ядер, которые «выживают» в результате снятия возбуждения, составляет всего 10—8—10—10 от полного числа ядер мишени, слившихся с частицами. В этом кроется причина того, что за последние 20 лет синтезировано всего 5 новых элементов (Z = 102—106).
В ОИЯИ разработан новый метод синтеза Т. э., основанный на реакциях слияния ядер, причём в качестве мишеней используются плотно упакованные устойчивые ядра изотопов Pb, а в качестве бомбардирующих частиц сравнительно тяжёлые ионы Ar, Ti, Cr. Избыточная энергия ионов расходуется на «распаковку» составного ядра, и энергия возбуждения оказывается низкой (всего 10—15 Мэв). Для снятия возбуждения такой ядерной системы достаточно испарения 1—2 нейтронов. В итоге получается весьма заметный выигрыш в выходе новых Т. э. Этим методом был осуществлен синтез Т. э. с Z = 100, Z = 104 и Z = 106.
В 1965 Флёров предложил использовать для синтеза Т. э. вынужденное деление ядер под действием тяжёлых ионов. Осколки деления ядер под действием тяжёлых ионов имеют симметричное распределение по массе и заряду с большой дисперсией (следовательно, в продуктах деления можно обнаружить элементы с Z значительно, большим, чем половина суммы Z мишени и Z бомбардирующего иона). Экспериментально было установлено, что распределение осколков деления становится шире по мере использования всё более тяжёлых частиц. Применение ускоренных ионов Xe или U позволило бы получить новые Т. э. в качестве тяжёлых осколков деления при облучении урановых мишеней. В 1971 в ОИЯИ были ускорены ионы Xe с помощью 2 циклотронов, которыми облучалась урановая мишень. Результаты показали, что новый метод пригоден для синтеза тяжёлых Т. э.
Т. э. испытывают все виды радиоактивного распада. Однако Электронный захват и -распад — процессы относительно медленные, и их роль становится небольшой при распаде ядер с Z > 100, имеющих короткие времена жизни относительно -распада и спонтанного деления. По мере утяжеления элемента конкуренция между спонтанным делением и (-распадом становится всё более заметной. Нестабильность относительно спонтанного деления, очевидно, определяет границу периодической системы элементов. Если период полураспада для спонтанного деления 92U ~ 1016 лет, для 94Pu ~ 1010 лет, то для 100Fm он измеряется часами, для 104-го элемента — секундами (см. Курчатовий), для 106-го элемента — несколькими мсек. О химических свойствах Т. э. (до Z = 104) и строении их электронных оболочек см. в ст. Актиноиды.
Теоретическое рассмотрение показывает, что возможно существование очень тяжёлых ядер, имеющих повышенную стабильность относительно спонтанного деления и -распада. «Остров стабильности» должен располагаться вблизи магического ядра (См. Магические ядра), у которого число протонов 114, а число нейтронов 184. Если гипотетическая область стабильности окажется реальной, то границы периодической системы элементов существенно расширятся. Ведутся поиски экспериментальных путей для проникновения в эту область элементов. Получить 114 протонов в новом ядре сравнительно легко, а 184 нейтрона — трудно. Причём отступление от магического числа 184 даже на несколько единиц резко понижает устойчивость ядра к спонтанному делению.
Расчёты барьеров деления и времён жизни сверхтяжёлых элементов привели к выводу, что некоторые сверхтяжёлые элементы могут иметь период полураспада около 108 лет и их микроколичества могли сохраниться на Земле до нашего времени. В 1968 под руководством Флёрова начаты поиски сверхтяжёлых элементов в природе. Исследуются земные минералы, продукты извержения вулканов, геотермальные воды, а также объекты, способные к аккумуляции тяжёлой компоненты космических лучей (См. Космические лучи) (железо-марганцевые конкреции со дна океанов, илы донных отложений озёр и морей, метеориты, породы лунного регалита). Изучают образцы, в которых, согласно теоретическим представлениям, могут содержаться химические элементы с Z > 108. Одновременно ведутся исследования с помощью ускорителей многозарядных ионов.
Лит.: Флёров Г. Н., Звара И., Химические элементы второй сотни. Сообщения ОИЯИ Д7-6013, [Дубна, 1971]: Флёров Г. Н., Поиск и синтез трансурановых элементов, в кн.: Peaceful uses of atomic energy, N. Y. — Vienna, v. 7, 1972, p. 471; Радиоактивные элементы Po — (Ns) — …, под ред. И. В. Петрянова-Соколова, М., 1974.
Г. Н. Флёров, В. А. Друин.
|
| Мультимедийная энциклопедия |
| Как явствует из их названия, трансурановые элементы это химические
элементы, которые располагаются за ураном в ряду актиноидов. Это элементы
от нептуния (атомный номер 93) до лоуренсия (атомный номер 103). Их
синтезируют в ядерных реакциях из урана или некоторых других тяжелых
элементов. Поэтому более корректно считать, что эти элементы были
получены, а не открыты. Все трансурановые элементы радиоактивны.
Открытие (получение). Нептуний. Первый из открытых трансурановых
элементов был назван в честь планеты Нептун. В виде изотопа 239Np он был
впервые получен Э.Макмилланом и Ф.Эйблсоном в 1940 в Калифорнийском
университете в Беркли при бомбардировке урана нейтронами. 237Np с периодом
полураспада 2,14Ч106 лет получают как побочный продукт при производстве
плутония в ядерных реакторах. Следовые количества нептуния обнаружены в
природе как результат реакций трансмутации в урановых рудах, вызываемых
нейтронами, которые образуются в результате природного процесса деления
урана.
Плутоний. Названный в честь планеты Плутон, плутоний в виде изотопа
238Pu открыли Г. Сиборг, Э.Макмиллан, Дж.Кеннеди и А.Валь в конце 1940 в
Калифорнийском университете. Плутоний получается при бомбардировке урана
дейтронами ядрами "тяжелого" водорода или атомами дейтерия. Благодаря
совершенствованию ядерной технологии получения 239Pu из природного урана
его производство исчисляется в килограммовых количествах. Следы плутония
обнаружены в природе как результат распада урана и его облучения
нейтронами. 239Pu имеет период полураспада 24360 лет и является источником
нейтронов. Он успешно применяется как взрывчатый компонент ядерного оружия
и как топливо в ядерной энергетике.
Америций. Четвертым открытым трансурановым элементом, но третьим по
расположению в ряду актиноидов, был америций, названный в честь Америки.
Он был открыт Г.Сиборгом, Р.Джеймсом, Л.Морганом и А.Гиорсо в конце 1944
начале 1945 в Металлургической лаборатории Чикагского университета. 241Am
с периодом полураспада 470 лет получается при интенсивной нейтронной
бомбардировке плутония. Америций используют во многих химических
исследованиях. В настоящее время его получают в граммовых количествах.
Кюрий. Названный в честь супругов Марии Склодовской-Кюри и Пьера
Кюри этот трансурановый элемент был идентифицирован Г.Сиборгом, Р.Джеймсом
и А.Гиорсо в 1944 в Металлургической лаборатории Чикагского университета.
При бомбардировке 239Pu ионами гелия (a-частицами) был получен кюрий-242.
242Cm (период полураспада 162,5 сут) и 244Cm (период полураспада 17,6
года) получаются и при нейтронной бомбардировке.
Берклий. Берклий пятый из синтезированных трансурановых элементов
был открыт С.Томпсоном, А.Гиорсо и Г.Сиборгом в конце 1949 в Беркли (шт.
Калифорния), в честь этого города и получил свое название. 243Bk
получается при бомбардировке 241Am ионами гелия. Изотоп 249Bk (период
полураспада 314 сут) был выделен в весовых количествах. Элемент может быть
получен при длительной бомбардировке плутония нейтронами.
Калифорний. Названный так в честь одного из штатов США, этот
элемент в виде 245Cf является шестым открытым трансурановым элементом. Он
был получен С.Томсоном, К.Стритом, А.Гиорсо и Г.Сиборгом в начале 1950 при
бомбардировке микрограммовых количеств 242Cm ионами гелия. Калифорний в
виде смеси изотопов 249Cf, 250Cf, 251Cf, 252Cf выделен в весовых
количествах после длительной нейтронной бомбардировки плутония.
Эйнштейний. Седьмой трансурановый элемент был назван в честь
А.Эйнштейна. Он был обнаружен вместе с другим новым элементом (фермием) в
Лос-Аламосской исследовательской лаборатории в образцах, отобранных после
экспериментального термоядерного взрыва в 1952. Сверхтяжелые изотопы
урана, возникшие под действием на уран интенсивного нейтронного потока,
образовавшегося при этом взрыве, распадались на элемент-99 (эйнштейний) и
элемент-100 (фермий) наряду с другими трансурановыми элементами.
Эйнштейний-253 (период полураспада 20 сут) открыли в конце 1952 Гиорсо и
его коллеги из Радиационной лаборатории Калифорнийского университета,
Аргоннской национальной лаборатории и Лос-Аламосской исследовательской
лаборатории. Сравнительно долгоживущий изотоп 254Es (период полураспада
276 сут) получен нейтронной бомбардировкой, этот элемент был выделен в
весовых количествах. Наиболее долгоживущий изотоп 252Es имеет период
полураспада 471,7 сут.
Фермий. Этот элемент открыт вместе с эйнштейнием (см. выше). Он был
назван в честь Э.Ферми, физика, который руководил созданием первого
атомного реактора. 255Fm (период полураспада 20 ч) открыли А.Гиорсо с
сотр. в начале 1953 во время экспериментов по обнаружению эйнштейния.
Долгоживущим изотопом фермия является 257Fm (период полураспада около 80
сут).
Менделевий. Менделевий девятый трансурановый элемент назван в честь
Д.И.Менделеева, русского химика, открывшего периодический закон и
предложившего классификацию элементов в соответствии с увеличением их
атомной массы. Впервые 256Md (период полураспада около 1 ч) был обнаружен
А.Гиорсо, Б.Харви, Г.Шоппеном, С.Томсоном и Г.Сиборгом в 1955 при
бомбардировке ничтожных количеств 253Es ионами гелия в 152-см циклотроне в
Беркли. Первая идентификация элемента была удивительна, так как в опытах
было получено всего 1 или 2 атома элемента. 258Md был получен в 1967.
Оказалось, что он имеет исключительно большой период полураспада (~2 мес).
Нобелий. Открыт А.Гиорсо, Т.Сиккеландом, Дж.Уолтоном и Г.Сиборгом в
апреле 1958. В линейном ускорителе тяжелых ионов (Калифорнийский
университет в Беркли) был получен изотоп с массовым числом 254 и периодом
полураспада 55 с. (В 1957 об открытии 102-го элемента сообщила
международная группа ученых, работавшая в Нобелевском институте физики в
Швеции. Воспроизвести их результаты не удалось ученым в Беркли и в Дубне.)
Лоуренсий. Открыт А.Гиорсо, Т.Сиккеландом, А.Ларшем и Р.Латимером в
Калифорнийском университете в апреле 1961. Элемент был получен
бомбардировкой калифорния ионами бора в линейном ускорителе тяжелых ионов
в Беркли. Полученный изотоп (либо 258Lr, либо 259Lr) имел период
полураспада ~8 с. Это завершающий элемент ряда актиноидов.
Свойства. Все трансурановые элементы являются семейством химически
сходных элементов актиноидного ряда и обладают большим химическим
сходством с лантаноидами. На основании изучения свойств трансурановых
элементов и их соединений установлено, что элементы в соответствии с их
электронной конфигурацией образуют две сходные группы. Внутренний
электронный слой четырнадцати 5f-электронов заполняется по мере увеличения
атомного номера актиноида, аналогичный процесс происходит при застройке
4f-оболочки лантаноидов. Все трансурановые элементы проявляют валентность
(степень окисления) III и образуют комплексные ионы с неорганическими и
органическими лигандами. Сульфаты, нитраты, хлориды и перхлораты элементов
растворимы, а трифториды и оксалаты нерастворимы в кислотах. Np, Pu, Am в
водных растворах проявляют степени окисления IV, V и VI, стабильность этих
состояний в сравнении со степенью окисления III уменьшается с ростом
атомного номера. Bk проявляет в водном растворе степени окисления IV и
III. Растворы соединений трансурановых элементов нередко окрашены.
Например, ионы Np(III) окрашивают раствор в бледнопурпуровый цвет, Pu(III)
в темнопурпуровый, Pu(IV) в зеленый цвет, а Am(III) в розовый. Методом
ионообменной хроматографии изучены химические свойства многих соединений
актиноидов. Этот метод совместно с методикой сопоставления с лантаноидами
способствовал открытию и обнаружению элементов, расположенных после кюрия.
См. также
<<АТОМА СТРОЕНИЕ>>;
<<АТОМНОГО ЯДРА СТРОЕНИЕ>>. |
| Современная Энциклопедия |
| ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, химические радиоактивные элементы, расположенные в периодической системе после урана, т.е. с атомного номера 93 и выше. Известно 17 трансурановых элементов, все они получены искусственно, в природе обнаружены только следовые количества нептуния и плутония. |
| Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
| ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, элементы, атомный номер которых больше атомного номера УРАНА (92). Из них наиболее известны элементы группы актиноидов (атомные номера от 89 до 103). Все трансурановые элементы радиоактивны. В природе встречаются только НЕПТУНИЙ и ПЛУТОНИЙ (в ничтожных количествах). Они же могут быть синтезированы в больших количествах. Нептуний был первым трансурановым элементом, полученным искусственно: в 1940 г. американский физик Эдвин МАКМИЛЛАН и специалист по физической химии Филипп Эбельсон подвергли уран бомбардировке нейтронами в синхроциклотроне. С тех пор таким же способом были получены и другие элементы. Единственный элемент группы, используемый в промышленных масштабах - плутоний, который применяется в АТОМНОМ ОРУЖИИ и как топливо в АТОМНЫХ РЕАКТОРАХ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
