Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
Пример 5.8. Составим уравнения реакций взаимодействия 32 S и '",',Са с ядрами 2 Hc при очень высоких температурах (-109ZQ и оценим стабильность образующихся нуклидов.
Решение. Ядерные реакции нуклидов 2JNe и 2J Si с ос-частицами при высоких температурах уже обсуждались. По аналогии составим следующие уравнения: J; S+ 'JHe-+ '!JAr + Y,
40 /-, . 4 » . 44 ™. .
2() Ca + J Не —>? 22 Ti н- у.
Оценим стабильность образующихся нуклидов 3^Ar и 22Ti. В составе ядра ™ Ar четное число протонов и четное число нейтронов. Можно предположить, что такое ядро должно быть устойчивым, и это соответствует действительности. Аналогичный прогноз можно сделать относительно устойчивости ядра J, Ti. Но в действительности оно неустойчиво, а устойчивыми нуклидами являются ^Ti и особенно "J"Ti. Известно, что ядра более тяжелых элементов становятся устойчивыми при N1JN1, > L
5.4. Синтез трансурановых элементов
Уран - наиболее тяжелый элемент, встречающийся в природе.* И по меньшей мере 12 элементов, более тяжелых, чем уран, получены искусственным путем. Их называют трансурановыми элементами. Они входят во второй ряд /-элементов (актиноиды), начинающийся с тория и заканчивающийся лоуренсием. Последующие трансурановые элементы входят в четвертый ряд ^-элементов.
Первые трансурановые элементы - нептуний и плутоний - были открыты в США в 1940 г. Э.Макмиллаи и Ф.Эйблсои обнаружили нептуний в продуктах облучения урана нейтронами. Плутоний открыли Г.Сиборг, Э.Макмиллаи, Дж.Кеннеди и А.Валь при изучении ядерной реакции, в ходе которой 2J2U облучали дейтронами ] Н.
В настоящее время нуклид 2JjPu получают в ядерных реакторах путем облучения природного урана (2JJ U) нейтронами. Ядерная реакция включает в себя стадии захвата нейтронов
2SU+ > ~> ^U-by и последующих (? )-распадов:
2W U-~>2S Np + р - + V (tu2 = 23,3 мин),
2J1J Np-» 2JJ Pu + ? - + V (/,/2 = 2,3 мин).
Указанные значения периодов полураспада относятся к материнским нуклидам. Нептуний в продукте облучения почти не накапливается из-за малого периода полураспада. Период полураспада нуклида2;™ Pu равен 24400 годам.
* Следовые количества нептуния и плутония обнаружены в урановых рудах. Ядерные реакции ^67
Нуклид 2JJ Pu был использован для синтеза следующего по периодической таблице элемента - америция, но для этого потребовалось осуществить два последовательных нейтронных захвата:
2JJPu+ U-> 2SPU+Y.
2JJPu+ U-V24J Pu+ у.
Далее происходит (? ")-распад
941U 13,2 «rata ' 95 A1TL
Для 2JJ Am Ui2 = 433 годам.
Путем нескольких последовательных захватов нейтронов можно синтезировать и более тяжелые элементы, но такая методика не является перспективной, т.к. многократное попадание нейтронов в одно и то же ядро становится тем менее вероятным, чем выше необходима кратность такого события. Тем не менее, в интенсивных нейтронных потоках многократный захват нейтронов одним и тем же ядром возможен, что подтверждается образованием небольших количеств 9gCf на звездах и обнаружением следов 99Es и moFm в продуктах взрыва водородной бомбы.
Более надежным путем синтеза кюрия ix,Cm и последующих элементов периодической таблицы признаны реакции бомбардировки трансурановых элементов положительными ионами (ядрами легких элементов). Чтобы преодолеть силы отталкивания между ядрами и ионами при их столкновении, ионы должны иметь очень высокую кинетическую энергию. Ускорители ионов (линейные ускорители, циклотроны) представляют собой весьма сложные и дорогостоящие аппаратурные комплексы. Исследования такого типа проводились, в основном, в двух физических центрах - лаборатории в Беркли (Калифорния, США) и в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне (СССР).
Некоторые результаты синтеза новых трансурановых элементов можно представить в форме следующих общих уравнений ядерных реакций:
2JJ Pu + 42 He-VJJ Cm + [ п, 2J2 Cm Ui2 = 163 дням; 2JjAm+ 42 Не-> 2JjBk+ [п; 2JJ Cm +42 Не -» 2JJCf+ I, п, 2JjCf /„, = 44 мин;
2j;U + ,47N^2;;;ES + 3>;
^u+.;0-+2j;Fm + 4U;
2J*U +2JNe -* «Md + ? -+ I n, ™Md Ui2 = 56 дням; 2SCm+l2C~>^No + 4>; 2Js Cf + 1J В -» ]Ц Lr + 60 п; 2JJCf+1JC-» SX+ 4>;
2j:cf+'jN->;;;;x + 4i«;
-cf+';o->2;jx + 4U
268
B.B. Вольхин. Общая химия
Еще раз отметим, что приведенные ядерные реакции отражают далеко не единственные варианты методик синтеза трансурановых элементов. Более того, некоторые из них приводят к образованию не самых стабильных нуклидов данных элементов. Обсуждение вариантов методик синтеза трансурановых элементов можно было бы продолжить. Однако более интересным представляется вопрос о том, будет ли и дальше расширяться периодическая таблица за счет открытия новых трансурановых элементов. На пути синтеза более тяжелых трансурановых элементов существуют несомненные трудности. Периоды полураспада даже наиболее стабильных их изотопов становятся очень короткими. Этот вывод можно проиллюстрировать следующими данными: Элемент
(нуклид) -Md «No SLr -X 2J2X ?х %Х ™Х SJX Ui2 56 дней 185 с 45 с «70 с 34 с 180 с 0,12 с 2•10"6C 5•IO V
