Образование химических элементов в космических телах 1

Элемент технеций (Z = 43) был впервые получен при облучении молибдена дейтронами с энергией около 5 Мэв и тепловыми нейтронами по реакциям:

Mo⁹⁸(d, п)Тс⁹⁹ и Мo⁹⁸(n, γ)Mo⁹⁹ β¯ →Тс⁹⁹. Изотопы этого элемента получаются при делении урана; так, реактор мощностью на 100 Мет производит около 2,5 мг Тс⁹⁹ в сутки. В настоящее время получено уже много килограммов металлического технеция; он находит широкое практическое применение.

Элемент прометий (Z = 61) обнаружен в продуктах деления урана. В реакторе указанной выше мощности получается 1 мг Pm¹⁴⁷ в сутки. Прометий в настоящее время выделен в больших количествах и используется, например, для изготовления атомных батарей.

Элемент астат (Z=85) синтезирован впервые при облучении висмута альфа-частицами с энергией 32 Мэв по реакции Bi²⁰⁹(α, 2n)At²¹¹. Все изотопы астата имеют короткий период полураспада, и поэтому этот элемент не удается получить в весомых количествах.

Элемент франций (Z = 87) имеет изотопы с очень коротким периодом полураспада (Т≤ 20 мин), и поэтому его так же, как и астат, трудно получить в сколько-нибудь заметных количествах. Впервые он был открыт в продуктах радиоактивного распада U²³⁵ по цепочке

В настоящее время его получают, как правило, при облучении урана или тория частицами высокой энергии на гигантских синхроциклотронах.

В 1940 г. был идентифицирован первый заурановый элемент нептуний (Ζ = 93). Он получался по реакции . По такой же (п, γ) — реакции впервые синтезированы америций (Z=95) и фермий (Z= 100).

При длительном облучении U²³⁸ в ядерном реакторе потоком нейтронов с высокой интенсивностью можно· получить изотопы всех трансурановых элементов вплоть до фермия (2 = 100). Схема такого процесса приведена на рис. 30. Видно, что ядро U²³⁸, захватив нейтрон, превращается в изотоп U²³⁹; путем β-распада он превращается в изотоп Νρ²³⁹, который таким же образом переходит в изотоп Ри²³⁹; последний благодаря сравнительно большому периоду полураспада (Т = 24 400 лет) захватывает нейтрон и цепочка (п, γ) — реакций и Р^_распадов продолжается вплоть до фермия. Дальше цепь превращений прерывается, поскольку у фермия нет долгоживущих изотопов.

Рис. 30. Схема синтеза изотопов трансурановых элементов в ядерном реакторе.

Этот способ наиболее эффективен для получения многих трансурановых элементов. Так, например, плутоний в настоящее время получается в больших количествах. Этот элемент — один из главных продуктов атомной промышленности и изучен значительно лучше многих давно известных химических элементов. Другие трансурановые элементы получены в гораздо меньших количествах.

На основании многочисленных данных о ядерных реакциях, приводящих к синтезу новых искусственных элементов, можно сделать вывод о наиболее эффективных способах синтеза всех химических элементов. Из вышесказанного следует, что самым эффективным способом является метод последовательного присоединения нейтронов по (n, γ) — реакциям. Синтез элементов может быть осуществлен и за счет (α, γ) — и (р, γ) — реакций. Однако вероятность их протекания при малых энергиях бомбардирующих частиц чрезвычайно мала;

Таблица 9

Искусственные элементы

при энергиях, значительно превышающих потенциальный барьер ядер, возрастает сечение конкурирующих реакций типа (α, п) и (р, п). По реакциям типа (α, хп), где х=1 или 2, также могут быть синтезированы изотопы многих элементов. Сечения их достаточно высоки, но вследствие того что потоки альфа-частиц в циклотронах значительно меньше потоков нейтронов в реакторах, таким путем не удается получать весомые количества элементов.

Некоторые изотопы трансурановых элементов могут быть синтезированы только в реакциях с многозарядными ионами. Степень эффективности получения таким путем изотопов более легких элементов еще окончательно не установлена. По-видимому, она такая же, как и в реакциях с альфа-частицами. Преимущество реакций с многозарядными ионами состоит в возможности получения значительно более тяжелых изотопов по сравнению с облучаемым ядром.

Накопленные в опытах сведения о разнообразных превращениях ядер и о методах искусственного синтеза химических элементов позволили с совершенно новой точки зрения подойти к решению проблемы происхождения химических элементов. Закономерности ядерных реакций, приводящих к синтезу элементов, послужили теоретической основой для изучения вопроса об их образовании в природных условиях.

2. Теории образования химических элементов