Новые элементы

В 1934 году Энрико Ферми начал первые эксперименты, связанные с бомбардировкой урана нейтронами, эксперименты, которые изменили мир.

Ферми обнаружил, что медленные нейтроны, обладавшие очень малой энергией, легко поглощались атомным ядром, гораздо легче, чем поглощались быстрые нейтроны, и еще быстрее, чем заряженные частицы.

Часто случалось так, что нейтрон просто поглощался ядрами.

Давайте предположим, что нейтроны использовались для того, чтобы бомбардиро-

пэ

вать водород-1, который тогда захватывал один из нейтронов. Из единичного протона он превращался в протон плюс нейтрон, из водорода-1 — в водород-2. Образовавшееся в процессе новое ядро приобретало большую энергию, которая испускалась в форме гамма-луча.

Иногда более массивный изотоп, который формировался в ходе поглощения нейтрона, оставался стабильным, как, например, водород-2. Иногда он не был стабильным, а был, напротив, радиоактивным. Поскольку к нему добавлялся нейтрон, он имел слишком много нейтронов, не позволявших ему оставаться стабильным. Чтобы вновь обрести стабильность, он испускал бета-частицу (электрон), что и превращало один из нейтронов в протон. Массовое число оставалось тем же, но атомный номер возрастал на единицу.

Скажем, элемент родий, имевший атомное число 45, имел только 1 стабильный изотоп с массовым числом 103. Если родий-103 (45 протонов, 58 нейтронов) поглощал нейтрон, он становился родием- 104 (45 протонов, 59 нейтронов), который не был стабильным. Родий-104 поглощал бета-частицу, превращая нейтрон в протон, так что ядро теперь состояло из 46 протонов и 58 нейтронов. Получался родий-104, который был стабильным.

Приведем еще один пример.

Существует более 100 изотопов, поглощающих нейтроны и в конце концов становящихся изотопами элементов, занимающих место на одну строчку выше в шкале атомных номеров. Ферми удалось наблюдать несколько таких случаев.

Осуществив задуманное, он задумался над тем, что произойдет, если бомбардировать нейтронами уран. Возрастет ли атомный номер изотопа с 92 до 93? Если это действительно произойдет, то случай можно считать уникальным, поскольку у урана самый высокий атомный номер в шкале. Никому не удавалось обнаружить образец элемента с номером 93, потому что его не существовало в природе. Это значит, что его можно было только создать в лаборатории.

Поэтому в 1932 году Ферми продолжал бомбардировать уран нейтронами, надеясь получить атомы 93-го элемента. Нейтроны поглощались, то, что образовывалось, выпускало бета-частицы, следовательно, не приходилось сомневаться в существовании 93-го элемента. Но затем элемент испускал четыре разных типа бета-частиц (различных по содержавшейся в них энергии) и дело окончательно запутывалось.

Ферми никак не удавалось точно определить существование атомов 93-го элемента, впрочем, и другие исследователи также не могли этого сделать. Постепенно он занялся другими проблемами, которые оказались гораздо более существенными.

Прежде чем рассказать о них, заметим, что в результате опытов Ферми действительно образовывался элемент 93, хотя ученый так и не смог этого подтвердить. Только в 1939 году американские физики Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон, бомбардируя уран медленными нейтронами, смогли определить 93-й элемент.

Поскольку уран был назван в честь планеты Уран, новый элемент, следующий за ураном, соответственно назвали в честь планеты Нептун, которая располагалась за Ураном. 93-й элемент стали называть нептунием.

Как говорится, что ожидали, то и получили.

Фактически нептуний также испускал бета-частицы, так что ему было суждено стать изотопом элемента, занимавшего еще более высокую строчку в цифровой шкале. Этот новый, 94-й элемент был назван плутонием в честь планеты Плутон, расположенной за Нептуном. Изотоп, плутоний- 239, образовавшийся от нептуния-239, оказался единственным слабо радиоактивным, однако его не удавалось определить вплоть до 1941 года.

На самом деле открытие плутония произошло годом ранее, когда впервые получили нептуний-238. Он испускал бета-частицу и превращался в плутоний-238, изотоп, оказавшийся достаточно радиоактивным, чтобы его удалось обнаружить и определить, что и сделали Гленн Сиборг (1912—1999) и его помощники, которые завершили эксперименты Макмиллана, когда того отозвали для выполнения других, военных разработок.

Нептуний и плутоний оказались первыми трансурановыми элементами, полученными в лаборатории, но далеко не последними. На протяжении последующих 30 лет были найдены изотопы, которые обладали большим числом протонов в ядрах и, следовательно, имели большие атомные номера. К моменту написания настоящей книги были обнаружены изотопы каждого элемента вплоть до 105-го номера.

Ряд полученных новых элементов назвали в честь ученых, внесших свой вклад в историю ядерных исследований. 96-й элемент назвали «кюрием» в честь Пьера и Марии Кюри, 99-й элемент — эйнштейнием (в честь Альберта Эйнштейна), 100-й — фермием (в честь Энрико Ферми).

101-й элемент получил название «менделевий» в память о русском химике Дмит рии Менделееве, который еще в 1869 году оказался первым, кто предложил разумный и полезный порядок расположения элементов. Элемент 103 (лоуренсий) назван в честь Э. Лоуренса, элемент 104 («резерфордий») — Э. Резерфорда, элемент 105 (ханий) — в честь Отто Хана (1879— 1968), немецкого физика и химика, о чьих открытиях мы поговорим ниже.

Однако нептуний не оказался первым новым элементом, созданным в лаборатории.

элемента с относительно низкими атомными номерами, которые не были обнаружены. Это элементы с атомными номерами 43 и 61.

В 1937 году в лаборатории Лоуренса в Соединенных Штатах подвергли нейтронной бомбардировке молибден (атомный номер 42). В результате проведенного эксперимента было получено небольшое количество 43-го элемента. Работавший с Ферми итальянский физик Эмилио Сегре (1905 — 1989) получил образец подвергшегося бомбардировке молибдена и доказал существование элемента 43. Он стал первым новым элементом, произведенным искусственным путем, поэтому его назвали технецием, от греческого слова «искусственный».

Полученный изотоп технеция оказался радиоактивным. Действительно, все изотопы технеция радиоактивны. Обнаруженный в 1945 году 61-й элемент, названный прометием, также не имел стабильных изотопов. Технеций и прометий являются единственными элементами с атомными номерами меньше чем 84, у которых нет ни одного стабильного изотопа.