Ang lead at bismuth ay ang pinakamabigat na stable na elemento. Mga elemento ng transuranic
Isang siglo at kalahati na ang nakalilipas, nang matuklasan ni Dmitry Ivanovich Mendeleev ang Periodic Law, 63 elemento lamang ang kilala. Nakaayos sa isang talahanayan, madali silang nabulok sa mga panahon, na ang bawat isa ay bubukas na may mga aktibong alkali na metal at nagtatapos (tulad ng nangyari sa ibang pagkakataon) na may mga hindi gumagalaw na marangal na gas. Simula noon, halos dumoble ang periodic table, at sa bawat pagpapalawak, paulit-ulit na nakumpirma ang Periodic Law. Ang rubidium ay kahawig din ng potasa at sodium, dahil ang xenon - krypton at argon, sa ibaba ng carbon ay matatagpuan sa maraming paraan na katulad nito silikon ... Ngayon ay kilala na ang mga katangiang ito ay tinutukoy ng bilang ng mga electron na umiikot sa atomic nucleus.
Pinupuno nila ang "mga shell ng enerhiya" ng atom, nang sunud-sunod, tulad ng mga manonood na nakaupo sa pagkakasunud-sunod sa kanilang mga upuan sa isang teatro: kung sino ang nagkataon na huli ang magpapasiya. Mga katangian ng kemikal ang buong elemento. Ang isang atom na may ganap na puno na huling shell (tulad ng helium na may dalawang electron nito) ay magiging inert; isang elementong may isang "dagdag" na electron dito (tulad ng sodium) ay aktibong bubuo ng mga kemikal na bono. Ang bilang ng mga electron na may negatibong charge sa mga orbit ay nauugnay sa bilang ng mga positibong proton sa nucleus ng isang atom, at ito ay ang bilang ng mga proton na naiiba ang iba't ibang elemento.
Sa kabilang banda, ang bilang ng mga neutron sa nucleus ng parehong elemento ay maaaring magkakaiba, wala silang singil, at hindi ito nakakaapekto sa mga katangian ng kemikal. Ngunit depende sa bilang ng mga neutron, ang hydrogen ay maaaring mas mabigat kaysa sa helium, at ang masa ng lithium ay maaaring umabot ng pito sa halip na ang "klasikal" na anim na atomic na yunit. At kung ang listahan ng mga kilalang elemento ngayon ay papalapit na sa 120, kung gayon ang bilang ng mga nuclei (nuclides) ay lumampas sa 3000. Karamihan sa kanila ay hindi matatag at nabubulok pagkaraan ng ilang sandali, na nagtatapon ng mga "dagdag" na particle sa panahon ng radioactive decay. Kahit na higit pang mga nuclides ay hindi maaaring umiral sa prinsipyo, na agad na bumagsak sa mga piraso. Kaya ang kontinente ng matatag na nuclei ay pumapalibot sa isang buong dagat ng hindi matatag na kumbinasyon ng mga neutron at proton.
Dagat ng Kawalang-tatag
Ang kapalaran ng isang nucleus ay nakasalalay sa bilang ng mga neutron at proton sa loob nito. Ayon sa teorya ng shell ng istraktura ng nucleus, na inilagay pabalik noong 1950s, ang mga particle sa loob nito ay ipinamamahagi sa kanilang mga antas ng enerhiya sa parehong paraan tulad ng mga electron na umiikot sa paligid ng nucleus. Ang ilang mga dami ng mga proton at neutron ay nagbibigay ng partikular na matatag na mga pagsasaayos na may ganap na napuno na mga proton o neutron na mga shell - 2, 8, 20, 28, 50, 82 bawat isa, at para sa mga neutron ay 126 na particle din. Ang mga numerong ito ay tinatawag na "magic", at ang pinaka-matatag na nuclei ay naglalaman ng "double magic" na mga bilang ng mga particle - halimbawa, 82 proton at 126 neutron para sa lead, o dalawa bawat isa - sa isang ordinaryong atom ng helium, ang pangalawang pinakamaraming elemento sa ang kalawakan.
Ang sunud-sunod na "Chemical Continent" ng mga elemento na makikita sa Earth ay nagtatapos sa lead. Sinusundan ito ng isang serye ng mga nuclei na umiiral nang mas mababa kaysa sa edad ng ating planeta. Sa kalaliman nito, maaari lamang silang maimbak sa maliit na dami, tulad ng uranium at thorium, o kahit na sa mga bakas na halaga, tulad ng plutonium. Imposibleng kunin ito mula sa bato, at ang plutonium ay ginawang artipisyal, sa mga reaktor, na binobomba ang isang target ng uranium na may mga neutron. Sa pangkalahatan modernong pisiko ituring ang nuclei ng mga atom na parang mga bahagi ng isang constructor, na pinipilit silang mag-attach ng mga indibidwal na neutron, proton, o buong nuclei. Ginagawa nitong posible na makakuha ng higit at mas mabibigat na mga nuclides sa pamamagitan ng pagtawid sa kipot na "Sea of Instability".
Ang layunin ng paglalakbay ay iminungkahi ng parehong teorya ng shell ng istraktura ng nucleus. Ito ang lugar napakabigat na elemento na may angkop (at napakalaking) bilang ng mga neutron at proton, ang maalamat na "Island of Stability". Sinasabi ng mga kalkulasyon na ang ilan sa mga lokal na "naninirahan" ay maaaring hindi na umiiral para sa mga fraction ng microseconds, ngunit para sa maraming mga order ng magnitude na mas mahaba. "Sa isang tiyak na pagtatantya, maaari silang ituring na mga patak ng tubig," ipinaliwanag sa amin ng Academician ng Russian Academy of Sciences na si Yuri Oganesyan. - Hanggang sa lead, ang nuclei ay spherical at stable. Sinusundan sila ng isang peninsula ng moderately stable nuclei - tulad ng thorium o uranium - na hinugot ng isang shoal ng strongly deformed nuclei at nahati sa isang hindi matatag na dagat ... Ngunit kahit na higit pa, sa kabila ng kipot, maaaring mayroong isang bagong rehiyon ng spherical nuclei, napakabigat at matatag na mga elemento na may bilang na 114, 116 at higit pa." Ang buhay ng ilang elemento sa "Island of Stability" ay maaaring tumagal ng ilang taon, at kahit na sa milyun-milyong taon.
Isla ng katatagan
Ang mga elemento ng transuranium na may kanilang deformed nuclei ay maaaring malikha sa pamamagitan ng pagbomba ng mga target na gawa sa uranium, thorium o plutonium na may mga neutron. Sa pamamagitan ng pambobomba sa kanila ng mga light ions na pinabilis sa isang accelerator, ang isa ay maaaring magkakasunod na makakuha ng isang bilang ng mga elemento na mas mabigat - ngunit sa ilang mga punto ay darating ang limitasyon. "Kung isasaalang-alang natin ang iba't ibang mga reaksyon - ang attachment ng mga neutron, ang attachment ng mga ions - bilang iba't ibang 'barko', kung gayon ang lahat ng ito ay hindi makakatulong sa amin na maabot ang 'Island of Stability,'" patuloy ni Yuri Oganesyan. "Kailangan nito ng mas malaking" barko "at ibang disenyo. Bilang target, kakailanganing gumamit ng neutron-rich nuclei ng mga artipisyal na elemento na mas mabigat kaysa sa uranium, at kakailanganing bombarduhan sila ng malalaking, mabibigat na isotopes na naglalaman ng maraming neutron, gaya ng calcium-48.
Isang malaking internasyonal na pangkat ng mga siyentipiko lamang ang nakagawa sa naturang "barko". Ang mga inhinyero at physicist ng planta ng Electrokhimpribor ay nagbukod ng isang napakabihirang 48th isotope mula sa natural na calcium, na nilalaman dito sa halagang mas mababa sa 0.2%. Ang mga target na gawa sa uranium, plutonium, americium, curium, californium ay inihanda sa Dimitrograd Research Institute of Atomic Reactors, sa Livermore National Laboratory at sa Oak Ridge National Laboratory sa Estados Unidos. Well, ang mga pangunahing eksperimento sa synthesis ng mga bagong elemento ay isinagawa ng Academician Oganesyan sa Joint Institute for Nuclear Physics (JINR), sa Flerov Laboratory of Nuclear Reactions. "Ang aming accelerator sa Dubna ay nagtrabaho ng 6-7 libong oras sa isang taon, pinabilis ang mga calcium-48 ions sa halos 0.1 na bilis ng liwanag," paliwanag ng siyentipiko. - Ang enerhiya na ito ay kinakailangan upang ang ilan sa kanila, na tumama sa target, ay mapagtagumpayan ang mga puwersa ng pagtanggi ng Coulomb at sumanib sa nuclei ng mga atomo nito. Halimbawa, ang elemento 92, uranium, ay magbibigay ng nucleus ng bagong elemento 112, plutonium 114, at californium 118.
"Ang paghahanap para sa mga bagong superheavy na elemento ay nagpapahintulot sa amin na sagutin ang isa sa pinakamahalagang tanong ng agham: nasaan ang hangganan ng ating materyal na mundo?"
"Ang nasabing nuclei ay dapat na medyo stable at hindi agad mabubulok, ngunit sunud-sunod na maglalabas ng mga alpha particle, helium nuclei. At napakahusay namin sa pagpaparehistro sa kanila, "patuloy ni Hovhannisyan. Ang isang napakabigat na nucleus ay maglalabas ng isang alpha particle, na magiging isang elemento na dalawang atomic number na mas magaan. Kaugnay nito, ang nucleus ng anak na babae ay mawawalan ng isang alpha particle at magiging isang "apo" - apat na mas magaan, at iba pa, hanggang sa ang proseso ng sunud-sunod na pagkabulok ng alpha ay nagtatapos sa isang hindi sinasadyang hitsura at instant spontaneous fission, ang pagkamatay ng isang hindi matatag na nucleus. sa "Dagat ng Kawalang-tatag". Batay sa "genealogy" na ito ng mga particle ng alpha, sinabayan ni Oganesyan at ng kanyang mga kasamahan ang buong kasaysayan ng pagbabago ng mga nuclides na nakuha sa accelerator at binalangkas ang malapit na baybayin ng "Island of Stability". Pagkatapos ng kalahating siglo ng paglalayag, ang mga unang tao ay dumaong dito.
Bagong mundo
Nasa unang dekada ng XXI siglo, ang mga atomo ng mga elemento na may mga numero mula 113 hanggang 118, na nakahiga sa baybayin ng "Island of Stability" na malayo sa "mainland", ay na-synthesize sa mga reaksyon ng pagsasanib ng actinides na may pinabilis na calcium- 48 ion. Ang kanilang buhay ay mas mahaba kaysa sa kanilang mga kapitbahay: halimbawa, ang elemento 114 ay nakaimbak hindi para sa mga millisecond, tulad ng ika-110, ngunit para sa sampu at kahit na daan-daang segundo. "Ang mga naturang sangkap ay magagamit na para sa kimika," sabi ng akademikong si Hovhannisyan. - Nangangahulugan ito na tayo ay babalik sa pinakasimula ng paglalakbay at ngayon ay maaari nating suriin kung ang Periodic Law ng Mendeleev ay sinusunod para sa kanila. Magiging kahalintulad ba ang ika-112 elemento sa mercury at cadmium, at ang ika-114 - kahalintulad sa lata at tingga? Ang pinaka una mga eksperimento sa kemikal na may isotope ng ika-112 elemento (copernicium) ay nagpakita: tila gagawin nila. Ang nuclei ng copernicium, na inilabas mula sa target sa panahon ng pambobomba, ang mga siyentipiko ay itinuro sa isang mahabang tubo, kabilang ang 36 na ipinares na mga detektor, na bahagyang natatakpan ng ginto. Ang Mercury ay madaling bumubuo ng mga matatag na intermetallic compound na may ginto (ang ari-arian na ito ay ginagamit sa sinaunang pamamaraan ng pagtubog). Samakatuwid, ang mercury at mga atom na malapit dito ay dapat tumira sa gintong ibabaw ng pinakaunang mga detektor, habang ang radon at mga atomo na malapit sa mga marangal na gas ay maaaring makarating sa dulo ng tubo. Sa pagsunod sa Periodic Law, si Copernicus ay napatunayang kamag-anak ng mercury. Ngunit kung ang mercury ang unang nakilala likidong metal, kung gayon ang copernicium ay maaaring maging unang puno ng gas: ang kumukulo nito ay mas mababa sa temperatura ng silid. Ayon kay Yuri Hovhannisyan, ito ay isang mahinang simula lamang, at ang napakabigat na elemento mula sa "Island of Stability" ay magbubukas ng bago, maliwanag at hindi pangkaraniwang larangan ng kimika para sa atin.
Ngunit sa ngayon kami ay nagtagal sa paanan ng isla ng mga matatag na elemento. Inaasahan na ang ika-120 at ang sumusunod na nuclei ay maaaring maging tunay na matatag at umiiral na mahabang taon, o kahit milyon-milyong taon, na bumubuo ng mga matatag na compound. Gayunpaman, hindi na posible na makuha ang mga ito gamit ang parehong calcium-48: walang sapat na pangmatagalang elemento na maaaring pagsamahin sa mga ion na ito upang magbigay ng nuclei ng kinakailangang masa. Nabigo rin ang mga pagtatangkang palitan ang mga calcium-48 ions ng mas mabigat sa ngayon. Samakatuwid, para sa isang bagong paghahanap, itinaas ng mga siyentipiko sa pag-navigate ang kanilang mga ulo at tumingin sa kalangitan.
Kalawakan at pabrika
Ang orihinal na komposisyon ng ating mundo ay hindi naiiba sa pagkakaiba-iba: tanging ang hydrogen na may maliit na admixtures ng helium - ang pinakamagaan sa mga atomo - ang lumitaw sa Big Bang. Ang lahat ng iba pang iginagalang na mga kalahok sa periodic table ay lumitaw sa mga reaksyon ng pagsasanib ng nukleyar, sa mga interior ng mga bituin at sa mga pagsabog ng supernova. Ang mga hindi matatag na nuclide ay mabilis na nabubulok, ang mga matatag, tulad ng oxygen-16 o iron-54, ay naipon. Hindi nakakagulat na ang mabibigat na hindi matatag na elemento, tulad ng americium o copernicium, ay hindi matatagpuan sa kalikasan.
Ngunit kung sa isang lugar ay talagang mayroong isang "Isla ng Katatagan", kung gayon hindi bababa sa mga maliliit na dami ang mga superheavy na elemento ay dapat matagpuan sa kalawakan ng Uniberso, at ang ilang mga siyentipiko ay naghahanap para sa kanila sa mga particle ng cosmic ray. Ayon sa akademikong si Hovhannisyan, ang pamamaraang ito ay hindi pa rin maaasahan gaya ng magandang lumang pambobomba. “Ang tunay na mahabang buhay na mga core sa 'tuktok' ng Isla ng Katatagan ay naglalaman ng kakaiba malalaking dami neutrons, - sabi ng siyentipiko. "Iyon ang dahilan kung bakit ang calcium-48 na mayaman sa neutron ay naging isang matagumpay na nucleus para sa pagbomba ng mga elemento ng target na mayaman sa neutron. Gayunpaman, ang mga isotopes na mas mabigat kaysa sa calcium-48 ay hindi matatag, at ang mga pagkakataon ay napakababa na natural silang makakapagsama upang bumuo ng ultra-stable na nuclei."
Samakatuwid, ang isang laboratoryo sa Dubna malapit sa Moscow ay bumaling sa paggamit ng mas mabibigat na nuclei, kahit na hindi kasing matagumpay ng calcium, para sa pagpapaputok sa mga artipisyal na target na elemento. "Kami ngayon ay abala sa paglikha ng tinatawag na Factory of Superheavy Elements," sabi ng akademikong si Oganesyan. "Sa loob nito, ang parehong mga target ay bombarded na may titanium o chromium nuclei. Naglalaman ang mga ito ng dalawa at apat pang proton kaysa sa calcium, na nangangahulugang maaari silang magbigay sa amin ng mga elemento na may masa na 120 at higit pa. Magiging kagiliw-giliw na makita kung sila ay nasa "isla" pa rin o magbubukas ng isang bagong kipot sa kabila nito.
Ang mga katangian ng pagkabulok ng superheavy nuclei ay kinakalkula batay sa iba't ibang mga teoretikal na modelo. Ang mga resulta ng isa sa mga kalkulasyong ito ay ipinapakita sa Fig. 4. Ang kalahating buhay ng even-even superheavy nuclei ay ibinibigay na may kinalaman sa spontaneous fission (a), α-decay (b), β-decay (c) at para sa lahat ng posibleng proseso ng decay (d). Ang pinaka-matatag na nucleus na may paggalang sa spontaneous fission (Fig. 4a) ay ang nucleus na may Z = 114 at N = 184. Para dito, ang kalahating buhay na may kinalaman sa spontaneous fission ay ~ 10 16 taon. Para sa mga isotopes ng ika-114 na elemento, na naiiba sa pinaka-matatag sa pamamagitan ng 6-8 neutrons, ang kalahating buhay ay bumaba ng 10-15 order ng magnitude. Ang kalahating buhay na may paggalang sa α-decay ay ipinapakita sa Fig. 4b. Ang pinaka-matatag na nucleus ay matatagpuan sa rehiyon ng Z< 114 и N = 184 (T 1/2 = 10 15 лет). Для изотопа 298 114 период полураспада составляет около 10 лет.
Ang nuclei stable na may paggalang sa β-decay ay ipinapakita sa Fig. 4 sa madilim na tuldok. Sa fig. Ipinapakita ng 4d ang kabuuang kalahating buhay. Para sa kahit na nuclei na matatagpuan sa loob ng gitnang tabas, ang mga ito ay ~ 10 5 taon. Kaya, pagkatapos isaalang-alang ang lahat ng uri ng pagkabulok, lumalabas na ang nuclei sa paligid ng Z = 110 at N = 184 ay bumubuo ng isang "isla ng katatagan". Ang core 294 110 ay may kalahating buhay na humigit-kumulang 10 9 taon. Ang pagkakaiba sa pagitan ng halaga ng Z at ang magic number 114 na hinulaang ng shell model ay nauugnay sa kumpetisyon sa pagitan ng fission (na may kinalaman sa kung saan ang nucleus na may Z = 114 ay pinaka-stable) at α-decay (na may kinalaman sa kung aling nuclei ang may ang mas mababang Z ay matatag). Para sa odd-even at even-odd na nuclei, ang kalahating buhay ay tumataas nang may paggalang sa α-decay at spontaneous fission, at bumababa nang may kinalaman sa β-decay. Dapat pansinin na ang mga pagtatantya sa itaas ay lubos na nakadepende sa mga parameter na ginamit sa mga kalkulasyon at maaari lamang ituring na mga indikasyon ng posibilidad ng pagkakaroon ng superheavy nuclei na may sapat na haba ng buhay para sa kanilang eksperimentong pagtuklas.
Ang mga resulta ng isa pang pagkalkula ng equilibrium na hugis ng superheavy nuclei at ang kanilang kalahating buhay ay ipinapakita sa Fig. 5, 11.11. Sa fig. Ipinapakita ng 11.10 ang pag-asa ng equilibrium strain energy sa bilang ng mga neutron at proton para sa nuclei na may Z = 104-120. Ang strain energy ay tinukoy bilang ang pagkakaiba sa pagitan ng mga energies ng nuclei sa equilibrium at spherical forms. Makikita mula sa mga datos na ito na sa mga rehiyong Z = 114 at N = 184 dapat mayroong nuclei na may spherical na hugis sa ground state. Lahat ng superheavy nuclei na natuklasan sa ngayon (ipinapakita sa Fig. 5 ng dark rhombuses) ay deformed. Ang mga bukas na rhombus ay nagpapakita ng nuclei na matatag na may paggalang sa β-decay. Ang mga nuclei na ito ay dapat mabulok bilang resulta ng α-decay o fission. Ang pangunahing channel ng decay ay dapat na alpha decay.
Ang kalahating buhay para sa kahit na β-stable isotopes ay ipinapakita sa Fig. 6. Ayon sa mga hulang ito, para sa karamihan ng mga nuclei, ang kalahating buhay ay inaasahang mas mahaba kaysa sa mga naobserbahan para sa natuklasan nang superheavy nuclei (0.1-1 ms). Halimbawa, ang panghabambuhay na ~ 51 taon ay hinuhulaan para sa 292 110 nucleus.
Kaya, ayon sa modernong mikroskopiko na mga kalkulasyon, ang katatagan ng superheavy nuclei ay tumataas nang husto habang papalapit ang neutron magic number N = 184. Hanggang kamakailan lamang, ang tanging isotope ng elementong may Z = 112 ay ang isotope 277 112, na may kalahating- buhay ng 0.24 ms. Ang mas mabibigat na isotope 283 112 ay na-synthesize sa cold fusion reaction 48 Ca + 238 U. Ang oras ng pag-iilaw ay 25 araw. Ang kabuuang bilang ng 48 Ca ion sa target ay 3.5 × 10 18. Dalawang kaso ang naitala, na binigyang-kahulugan bilang spontaneous fission ng nabuong isotope 283 112. Para sa kalahating buhay ng bagong isotope na ito, nakuha ang pagtatantya ng T 1/2 = 81 s. Kaya, makikita na ang pagtaas ng bilang ng mga neutron sa isotope 283 112 kumpara sa isotope 277 112 ng 6 na yunit ay nagpapataas ng buhay ng 5 order ng magnitude.
Sa fig. Ipinapakita ng 7 ang sinusukat na buhay ng seaborgium isotopes Sg (Z = 106) kumpara sa mga hula ng iba't ibang teoretikal na modelo. Kapansin-pansin ang pagbaba ng halos isang pagkakasunud-sunod ng magnitude sa buhay ng isotope na may N = 164 kumpara sa habang-buhay ng isotope na may N = 162.
Ang pinakamalapit na diskarte sa isla ng katatagan ay maaaring makamit sa reaksyon 76 Ge + 208 Pb. Ang isang napakabigat na halos spherical nucleus ay maaaring mabuo sa isang fusion reaction na sinusundan ng paglabas ng γ-quanta o isang neutron. Ayon sa mga pagtatantya, ang nabuong nucleus 284 114 ay dapat na mabulok sa paglabas ng mga particle ng alpha na may kalahating buhay na ~ 1 ms. Ang karagdagang impormasyon sa pagpuno ng sobre sa rehiyon ng N = 162 ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-aaral ng α-decays ng nuclei 271 108 at 267 106. Ang kalahating buhay ng 1 min ay hinuhulaan para sa mga nuclei na ito. at 1 oras. Inaasahan ang isomerism para sa nuclei 263 106, 262 107, 205 108, 271.273 110, ang sanhi nito ay ang pagpuno ng mga subshell na may j = 1/2 at j = 13/2 sa rehiyon ng N = 162 para sa nuclei na deformed sa estado ng lupa.
Sa fig. Ipinapakita ng 8 ang mga eksperimento na sinusukat na mga function ng paggulo para sa pagbuo ng mga elementong Rf (Z = 104) at Hs (Z = 108) para sa mga reaksyon ng pagsasanib ng insidente 50 Ti at 56 Fe ions na may 208 Pb target na nucleus.
Ang resultang compound nucleus ay pinalamig sa pamamagitan ng paglabas ng isa o dalawang neutron. Ang impormasyon sa mga pag-andar ng paggulo ng mga reaksyon ng heavy ion fusion ay lalong mahalaga para sa paggawa ng superheavy nuclei. Sa reaksyon ng pagsasanib ng mga mabibigat na ion, kinakailangan na tumpak na balansehin ang pagkilos ng mga puwersa ng Coulomb at ang mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw. Kung ang enerhiya ng insidente ion ay hindi sapat na malaki, kung gayon ang distansya ng pinakamalapit na diskarte ay hindi sapat para sa pagsasanib ng binary nuclear system. Kung ang enerhiya ng particle ng insidente ay masyadong mataas, kung gayon ang resultang sistema ay magkakaroon ng mataas na enerhiya ng paggulo at may mataas na posibilidad na masira ito sa mga fragment. Ang pagsasama ay epektibong nangyayari sa isang medyo makitid na hanay ng mga enerhiya ng nagbabanggaan na mga particle.
Ang mga reaksyon ng pagsasanib na may pagpapalabas ng pinakamababang bilang ng mga neutron (1-2) ay partikular na interes, dahil sa synthesized superheavy nuclei, ito ay kanais-nais na magkaroon ng pinakamalaking N / Z ratio. Sa fig. Ipinapakita ng 9 ang potensyal ng pagsasanib para sa nuclei sa reaksyon
64 Ni + 208 Pb 272 110. Ang pinakasimpleng mga pagtatantya ay nagpapakita na ang posibilidad ng tunneling effect para sa nuclear fusion ay ~ 10 -21, na makabuluhang mas mababa kaysa sa naobserbahang cross section. Ito ay maaaring ipaliwanag tulad ng sumusunod. Sa layong 14 fm sa pagitan ng mga sentro ng nuclei, ang paunang kinetic energy na 236.2 MeV ay ganap na nabayaran ng potensyal ng Coulomb. Sa distansyang ito, tanging ang mga nucleon na matatagpuan sa ibabaw ng nucleus ang nakikipag-ugnayan. Ang enerhiya ng mga nucleon na ito ay mababa. Dahil dito, may mataas na posibilidad na ang mga nucleon o pares ng mga nucleon ay umalis sa mga orbital sa isang nucleus at lumipat sa mga libreng estado ng kasosyong nucleus. Ang paglipat ng mga nucleon mula sa projectile nucleus patungo sa target na nucleus ay lalong kaakit-akit kapag ang double magic isotope ng lead 208 Pb ay ginamit bilang target. Sa 208 Pb, ang h 11/2 proton subshell at ang h 9/2 at i 13/2 neutron subshell ay napuno. Sa una, ang paglipat ng proton ay pinasigla ng mga pwersang pang-akit ng proton-proton, at pagkatapos mapunan ang h 9/2 subshell, ng mga pwersang pang-akit ng proton-neutron. Katulad nito, ang mga neutron ay lumipat sa libreng i 11/2 subshell, na naaakit ng mga neutron mula sa napuno na i 13/2 subshell. Dahil sa enerhiya ng pagpapares at malaking orbital angular momentum, ang paglipat ng isang pares ng mga nucleon ay mas malamang kaysa sa paglipat ng isang solong nucleon. Matapos ang paglipat ng dalawang proton mula sa 64 Ni 208 Pb, bumababa ang Coulomb barrier ng 14 MeV, na nag-aambag sa isang mas malapit na pakikipag-ugnay sa mga nakikipag-ugnay na ion at ang pagpapatuloy ng proseso ng paglipat ng nucleon.
Sa mga gawa [V.V. Volkov. Mga reaksyong nuklear ng malalim na hindi nababanat na pagpapadala. M. Energoizdat, 1982; V.V. Volkov. Izv. Academy of Sciences ng USSR, serye fizich., 1986 vol. 50 p. 1879] ang mekanismo ng reaksyon ng pagsasanib ay sinisiyasat nang detalyado. Ipinakita na nasa yugto na ng pagkuha, nabuo ang isang binary nuclear system pagkatapos ng kumpletong pagwawaldas ng kinetic energy ng particle ng insidente, at ang mga nucleon ng isa sa mga nuclei ay unti-unting inilipat ang shell sa pamamagitan ng shell sa isa pang nucleus. Iyon ay, gumaganap ang istraktura ng shell ng nuclei mahalagang papel sa pagbuo ng isang tambalang nucleus. Sa batayan ng modelong ito, posible na ilarawan nang maayos ang enerhiya ng paggulo ng compound nuclei at ang cross section para sa pagbuo ng 102-112 na elemento sa mga reaksyon ng malamig na pagsasanib.
Sa Laboratory of Nuclear Reactions. G.N. Flerova (Dubna), isang elemento na may Z = 114 ay na-synthesize. Ginamit ang reaksyon
Ang 289 114 nucleus ay nakilala sa pamamagitan ng isang chain ng α-decays. Ang pang-eksperimentong pagtatantya ng kalahating buhay ng isotope ay 289 114 ~ 30 s. Ang resulta na nakuha ay nasa mabuting pagkakasundo sa mga naunang ginawang kalkulasyon.
Sa synthesis ng 114 elemento sa 48 Cu + 244 Pu reaksyon, ang pinakamataas na ani ay nakuha ng channel na may pagsingaw ng tatlong neutron. Sa kasong ito, ang enerhiya ng paggulo ng compound nucleus 289 114 ay 35 MeV.
Ang theoretically predicted sequence of decays na nagaganap sa 296 116 nucleus na nabuo sa reaksyon ay ipinapakita sa Fig. 10.
 kanin. 10. Scheme ng nuclear decay 296 116 |
Ang nucleus 296 116 ay pinalamig sa pamamagitan ng paglabas ng apat na neutron at na-convert sa isotope 292 116, na pagkatapos ay na-convert na may 5% na posibilidad bilang resulta ng dalawang magkasunod na e-captures sa isotope 292 114. Bilang resulta ng α-decay (T 1/2 = 85 araw) isotope 292 114 ay na-convert sa isotope 288 112. Isotope 288 112 ay nabuo din sa pamamagitan ng channel
Ang huling nucleus 288 112 na nagreresulta mula sa parehong mga kadena ay may kalahating buhay na humigit-kumulang 1 oras at nabubulok bilang resulta ng kusang fission. Sa humigit-kumulang 10% na posibilidad, ang isotope 284 112 ay maaaring mabuo bilang resulta ng α-decay ng isotope 288 114. Ang mga yugto sa itaas at mga channel ng pagkabulok ay nakuha sa pamamagitan ng pagkalkula.
Kapag sinusuri ang iba't ibang mga posibilidad ng pagbuo ng mga superheavy na elemento sa mga reaksyon na may mabibigat na ion, ang mga sumusunod na pangyayari ay dapat isaalang-alang.
- Kinakailangang lumikha ng isang nucleus na may sapat na malaking ratio ng bilang ng mga neutron sa bilang ng mga proton. Samakatuwid, ang mga mabibigat na ion na may malaking N / Z ay dapat piliin bilang particle ng insidente.
- Kinakailangan na ang resultang compound nucleus ay may mababang enerhiya ng paggulo at isang maliit na angular na momentum, kung hindi man ay bababa ang epektibong taas ng fission barrier.
- Kinakailangan na ang nabuo na nucleus ay may hugis na malapit sa spherical, dahil kahit na ang isang bahagyang pagpapapangit ay hahantong sa mabilis na fission ng isang superheavy nucleus.
Ang isang napaka-promising na paraan para sa paggawa ng superheavy nuclei ay ang mga reaksyon tulad ng 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es. Sa fig. Ipinapakita ng 11 ang tinantyang mga cross section para sa pagbuo ng mga elemento ng transuranium sa pag-iilaw ng mga target mula 248 Cm, 249 Cf, at 254 Es na may pinabilis na 238 U ion. Sa mga reaksyong ito, ang mga unang resulta ay nakuha na sa mga cross section para sa pagbuo ng mga elemento na may Z> 100. Upang mapataas ang mga ani ng mga reaksyon sa ilalim ng pag-aaral, ang mga kapal ng mga target ay pinili upang ang mga produkto ng reaksyon ay nanatili sa target. Pagkatapos ng pag-iilaw, ang mga indibidwal na elemento ng kemikal ay pinaghiwalay mula sa target. Sa nakuha na mga sample, ang mga produkto ng α-decay at fission fragment ay naitala sa loob ng ilang buwan. Ang data na nakuha gamit ang pinabilis na mga uranium ions ay malinaw na nagpapahiwatig ng pagtaas sa ani ng mabibigat na elemento ng transuranium kumpara sa mas magaan na mga bombarding ions. Ang katotohanang ito ay lubhang mahalaga para sa paglutas ng problema ng synthesis ng superheavy nuclei. Sa kabila ng mga kahirapan sa pagtatrabaho sa kaukulang mga target, ang mga hula ng pag-unlad patungo sa malaking Z ay mukhang optimistiko.
Pagsulong sa rehiyon ng superheavy nuclei in mga nakaraang taon naging sobrang kahanga-hanga. Gayunpaman, sa ngayon ang lahat ng mga pagtatangka upang mahanap ang isla ng katatagan ay hindi pa nakoronahan ng tagumpay. Ang paghahanap sa kanya ay patuloy na masinsinan.
Napakabigat na elemento sa isla ng katatagan
Ang teoretikal at eksperimentong pag-aaral ng katatagan ng nucleus ay nagbigay ng dahilan sa mga pisiko ng Sobyet na baguhin ang mga paraan ng pagkuha ng mabibigat na transuranium... Nagpasya si Dubna na kumuha ng mga bagong landas at gawin bilang isang target nangunguna at bismuth.
Ang nucleus, tulad ng atom sa kabuuan, ay mayroon istraktura ng shell... Partikular na matatag ang atomic nuclei na naglalaman ng 2-8-20-28-50-82-114-126-164 proton (iyon ay, ang nuclei ng mga atom na may tulad na ordinal na numero) at 2-8-20-28-50-82 -126- 184-196-228-272-318 neutron, dahil sa natapos na istraktura ng kanilang mga shell. Kamakailan lamang naging posible na kumpirmahin ang mga view na ito sa pamamagitan ng mga kalkulasyon na tinulungan ng computer.
Ang hindi pangkaraniwang katatagan na ito ay kapansin-pansin, una sa lahat, kapag pinag-aaralan ang kasaganaan ng ilang mga elemento sa kalawakan. Isotopes ang mga nagtataglay ng mga nuclear number na ito ay tinatawag na magic number. Ang bismuth isotope 209 Bi, na mayroong 126 neutrons, ay isang magic nuclide. Kasama rin dito ang mga isotopes oxygen, calcium, lata... Dalawang beses ang mahiwagang: para sa helium - isotope 4 He (2 protons, 2 neutrons), para sa calcium - 48 Ca (20 protons, 28 neutrons), para sa lead - 208 Pb (82 protons, 126 neutrons). Ang mga ito ay nakikilala sa pamamagitan ng isang napaka-espesyal na lakas ng core.
Gamit ang bagong uri ng mga pinagmumulan ng ion at mas malakas na heavy ion accelerators - ang U-200 at U-300 na mga unit ay ipinares sa Dubna, ang grupo ng G.N. mabigat na pagkilos ng ion na may pambihirang enerhiya. Upang makamit ang nuclear fusion, nagpaputok ang mga physicist ng Soviet ng 280 MeV chromium ions sa target na lead at bismuth. Ano kaya ang nangyari? Sa simula ng 1974, ang mga nukleyar na siyentipiko sa Dubna ay nagtala ng 50 kaso sa panahon ng naturang pambobomba, na nagpapahiwatig pagbuo ng ika-106 na elemento, na, gayunpaman, ay naghiwa-hiwalay pagkatapos ng 10 -2 s. Ang 50 atomic nuclei na ito ay nabuo ayon sa pamamaraan:
208 Pb + 51 Cr = 259 X
Maya-maya, iniulat nina Gyorso at Seaborg ng Lawrence Berkeley na laboratoryo na naka-synthesize sila ng isotope ng bago, 106 ika, elementong may mass number na 263 sa pamamagitan ng pagbomba sa California-249 ng mga oxygen ions sa isang Super-HILAC apparatus.
Anong pangalan ang magiging bagong elemento? Isinasantabi ang mga naunang pagkakaiba, ang parehong grupo sa Berkeley at Dubna, na nagpapaligsahan sa siyentipikong kompetisyon, ay dumating sa pagkakataong ito upang pinagkasunduan... Masyado pang maaga para pag-usapan ang mga pangalan, sabi ni Hovhannisyan. At idinagdag ni Ghiorso na napagpasyahan na iwasan ang anumang mga panukala sa pangalan ng ika-106 na elemento hanggang sa linawin ang sitwasyon.Sa pagtatapos ng 1976, natapos ng Dubna Nuclear Reactions Laboratory ang isang serye ng mga eksperimento sa synthesis ng ika-107 elemento; bilang isang paunang sangkap, nagsilbi ang mga "alchemist" ng Dubnin mahiwagang"bismuth-209. Kapag binomba ng 290 MeV chromium ions, ito ay na-convert sa isang isotope 107 ang elemento:
209 Bi + 54 Cr = 261 X + 2 n
Ang Element 107 ay kusang nabubulok na may kalahating buhay na 0.002 s at, bilang karagdagan, naglalabas ng mga particle ng alpha.
Ang kalahating buhay ng 0.01 at 0.002 s na natagpuan para sa mga elemento 106 at 107 ay naging alerto sa amin. Pagkatapos ng lahat, sila ay naging ilang mga order ng magnitude na mas malaki kaysa sa hinulaang mga kalkulasyon ng computer. Marahil ang ika-107 na elemento ay kapansin-pansing naimpluwensyahan ng kalapitan ng susunod na magic number ng mga proton at neutron - 114, na nagpapataas ng katatagan?
Kung gayon, nagkaroon ng pag-asa na makakuha ng pangmatagalang isotopes ng elemento 107, halimbawa, sa pamamagitan ng paghihimay. berkelia mga neon ions. Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang isotope na mayaman sa neutron na nabuo ng reaksyong ito ay dapat magkaroon ng kalahating buhay na higit sa 1 s. Ito ay magpapahintulot sa pag-aaral ng mga kemikal na katangian ng ika-107 elemento - ekareniya.
Ang pinakamahabang buhay na isotope ng unang transuran, elemento 93, neptunium-237, ay may kalahating buhay na 2,100,000 taon; ang pinaka-matatag na isotope ng ika-100 elemento - fermi-257 - 97 araw lamang. Simula sa ika-104 na elemento kalahating buhay ay isang fraction lamang ng isang segundo. Samakatuwid, tila walang pag-asa na matuklasan ang mga elementong ito. Ano ang kailangan ng karagdagang pananaliksik?
Minsan ay nagkomento dito si Albert Ghiorso, isang nangungunang eksperto sa transuranics ng US: " Ang dahilan ng patuloy na paghahanap para sa mga karagdagang elemento ay para lamang masiyahan ang pagkamausisa ng tao - ano ang mangyayari sa susunod na liko sa kalye?"Gayunpaman, ito, siyempre, ay hindi lamang isang siyentipikong pag-usisa. Nilinaw ni Ghiorso kung gaano kahalaga na ipagpatuloy ang gayong pangunahing pag-aaral.
Noong 60s, nakuha ng teorya ng magic nuclear number ang lahat higit na kahalagahan... Sa "dagat ng katatagan", ang mga siyentipiko ay desperadong nagsisikap na makahanap ng isang salutary " isla ng relatibong katatagan", kung saan ang paa ng isang atomic researcher ay matatag na makapagpahinga. Bagama't ang islang ito ay hindi pa natutuklasan, ang mga" coordinate nito "ay kilala: elemento 114, ekaslead, ay itinuturing na sentro ng isang malaking lugar ng katatagan. Ang Isotope-298 ng elemento 114 ay matagal nang naging espesyal na paksa ng kontrobersyang siyentipiko, dahil may 114 na proton at 184 na neutron, isa ito sa mga dobleng magic atomic nuclei na hinuhulaan na umiiral nang mahabang panahon. Gayunpaman, ano ang ibig sabihin ng pangmatagalang pag-iral?
Ang mga paunang kalkulasyon ay nagpapakita na ang kalahating buhay na may paglabas ng mga particle ng alpha ay mula 1 hanggang 1000 taon, at may kaugnayan sa kusang fission - mula 10 8 hanggang 10 16 taon. Ang ganitong mga pagbabago, tulad ng itinuturo ng mga pisiko, ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagtatantya ng "chemistry ng computer". Ang mga nakakapagpalakas na kalahating buhay ay hinuhulaan para sa susunod na isla ng katatagan, elemento 164, dalawang-lead... Ang isotope ng ika-164 na elemento na may mass number na 482 ay dalawang beses ding magic: ang nucleus nito ay nabuo ng 164 protons at 318 neutrons.
Ang agham ay interesado at simple magic super mabibigat na elemento, gaya ng, halimbawa, isotope-294 ng elemento 110 o isotope-310 ng elemento 126, bawat isa ay naglalaman ng 184 neutron. Ang isang tao ay nagtataka kung paano sineseryoso ng mga mananaliksik na i-juggle ang mga haka-haka na elementong ito na parang umiiral na sila. Ang lahat ng mga bagong data ay nakuha mula sa computer at ngayon ay tiyak na alam na kung ano mga katangian - nuclear, crystallographic at kemikal - ang mga superheavy na elementong ito ay dapat mayroon... Sa espesyal na literatura, ang tumpak na data ay nag-iipon para sa mga elemento na maaaring matuklasan ng mga tao sa loob ng 50 taon.
Sa kasalukuyan, ang mga nuclear scientist ay naglalakbay sa dagat ng katatagan sa pag-asam ng mga pagtuklas. Ang matibay na lupa ay nanatili sa likuran nila: isang peninsula na may mga natural na radioactive na elemento, na minarkahan ng mga elevation ng thorium at uranium, at isang malawak na solidong lupa kasama ang lahat ng iba pang elemento at mga taluktok. tingga, lata at kaltsyum.
Ang magigiting na mga mandaragat ay nasa matataas na dagat sa mahabang panahon. Sa isang hindi inaasahang lugar, natagpuan nila ang isang shoal: ang mga bukas na elemento 106 at 107 ay mas matatag kaysa sa inaasahan.
Sa mga nagdaang taon, kami ay naglalayag nang mahabang panahon sa dagat ng katatagan, ang sabi ni GN Flerov, at biglang, sa huling sandali, naramdaman namin ang lupa sa ilalim ng aming mga paa. Isang hindi sinasadyang bato sa ilalim ng dagat? O isang sandbank ng isang pinakahihintay na isla ng katatagan? Kung tama ang pangalawa, mayroon tayong tunay na pagkakataong lumikha bago panaka-nakang sistema gawa sa resistant superheavy elements na may kamangha-manghang mga katangian.
Matapos malaman ang hypothesis ng mga stable na elemento malapit sa mga serial number 114, 126, 164, sinaksak ng mga mananaliksik sa buong mundo ang mga ito " sobrang bigat"atoms. Ang ilan sa kanila, na diumano'y mahaba ang kalahating buhay, ay umaasa na matagpuan sa Earth o sa Space, kahit man lang sa anyo ng mga bakas. Pagkatapos ng lahat, kapag ang ating Sistemang solar umiral ang mga elementong ito gayundin ang lahat ng iba pa.
Mga bakas ng napakabigat na elemento- ano ang dapat na maunawaan nito? Bilang resulta ng kanilang kakayahang kusang nahati sa dalawang nuklear na fragment na may malaking masa at enerhiya, ang mga transurans na ito ay dapat na nag-iwan ng natatanging mga bakas ng pagkawasak sa kalapit na bagay.
Ang mga bakas na tulad nito ay makikita sa mga mineral sa ilalim ng mikroskopyo pagkatapos ng pag-ukit. Sa tulong ng pamamaraang ito ng mga bakas ng pagkawasak, posible na ngayong matunton ang pagkakaroon ng matagal nang patay na mga elemento. Mula sa lapad ng mga bakas na natitira, ang ordinal na numero ng elemento ay maaari ding tantyahin - ang lapad ng track ay proporsyonal sa parisukat ng nuclear charge.
Ang mga "nabubuhay" na napakabigat na elemento ay inaasahan din na ibunyag, sa batayan ng katotohanan na paulit-ulit silang naglalabas ng mga neutron. Sa pamamagitan ng kusang proseso ng fission, ang mga elementong ito ay naglalabas ng hanggang 10 neutron.
Ang mga bakas ng mga superheavy na elemento ay hinanap sa manganese nodule mula sa kailaliman ng karagatan, gayundin sa tubig pagkatapos matunaw ang mga glacier ng polar seas. Hanggang ngayon, walang pakinabang. Sinuri ni G. N. Flerov at ng kanyang mga katrabaho ang lead glass ng isang sinaunang showcase noong ika-14 na siglo, isang Leyden jar noong ika-19 na siglo, at isang lead crystal na vase noong ika-18 siglo.
Sa una, ilang bakas ng kusang paghahati ang ipinahiwatig ekaslead- ika-114 na elemento. Gayunpaman, nang ulitin ng mga siyentipiko ng Dubna ang kanilang mga sukat gamit ang isang sensitibong neutron detector sa pinakamalalim na minahan ng asin. Uniong Sobyet, pagkatapos ay hindi sila nakakuha ng positibong resulta. Sa ganoong kalaliman, ang cosmic radiation ay hindi maaaring tumagos, na, tila, ay naging sanhi ng naobserbahang epekto.
Noong 1977, iminungkahi ni Propesor Flerov na sa wakas ay natuklasan niya ang " bagong transuran signal"sa pag-aaral ng malalim na thermal water ng Cheleken Peninsula sa Caspian Sea.
Gayunpaman, ang bilang ng mga naiulat na kaso ay masyadong maliit para sa isang hindi malabo na pagtatalaga. Pagkalipas ng isang taon, ang grupo ni Flerov ay nagrehistro ng 150 kusang dibisyon bawat buwan. Ang mga datos na ito ay nakuha kapag nagtatrabaho sa isang ion exchanger na puno ng hindi kilalang transuranium mula sa mga thermal water. Tinantya ni Flerov ang kalahating buhay ng isang elemento na naroroon, na hindi pa niya naibukod, sa bilyun-bilyong taon.
Iba't ibang landas ang tinahak ng ibang mga mananaliksik. Si Propesor Fowler at ang kanyang mga katuwang sa Unibersidad ng Bristol ay nag-eksperimento sa mga lobo na may mataas na altitude. Sa tulong ng mga detektor ng maliliit na halaga ng nuclei, maraming lugar na may singil sa nuklear na higit sa 92. Naniniwala ang mga mananaliksik sa Britanya na ang isa sa mga track ay nagpapahiwatig ng kahit na mga elemento 102 ... 108. Nang maglaon ay gumawa sila ng isang pagbabago: ang hindi kilalang elemento ay may serial number 96 ( curium).
Paano nakakapasok ang mga napakabigat na particle na ito sa stratosphere? ang globo? Maraming mga teorya ang iniharap sa ngayon. Ayon sa kanila, ang mga mabibigat na atomo ay dapat lumitaw sa mga pagsabog ng supernova o sa iba pang mga proseso ng astrophysical at maabot ang Earth sa anyo ng cosmic radiation o alikabok - ngunit pagkatapos lamang ng 1000 - 1,000,000 taon. Ang pag-ulan sa kalawakan na ito ay kasalukuyang hinahanap kapwa sa atmospera at sa malalim na mga sediment ng dagat.
Nangangahulugan ba ito na ang mga superheavy na elemento ay matatagpuan sa cosmic radiation? Totoo, ayon sa mga Amerikanong siyentipiko na nagsagawa ng eksperimento sa Skylab noong 1975, ang hypothesis na ito ay hindi nakumpirma. Sa isang laboratoryo sa kalawakan na umiikot sa Earth, na-install ang mga detector na sumisipsip ng mabibigat na particle mula sa kalawakan; ay natagpuan lamang mga track ng mga sikat na elemento.
Ang lunar dust, na inihatid sa Earth pagkatapos ng unang landing sa buwan noong 1969, ay maingat na sinuri para sa pagkakaroon ng mga superheavy na elemento. Nang makakita sila ng mga bakas ng "mahabang buhay" na mga particle hanggang sa 0.025 mm, itinuring ng ilang mananaliksik na maaari silang maiugnay sa mga elemento 110 - 119.
Ang mga katulad na resulta ay nakuha mula sa mga pag-aaral ng anomalyang isotopic na komposisyon ng noble gas xenon na nakapaloob sa iba't ibang mga sample ng meteorite. Iminungkahi ng mga physicist na ang epektong ito ay maipapaliwanag lamang sa pagkakaroon ng mga superheavy elements.
Ang mga siyentipiko ng Sobyet sa Dubna, na nagsuri ng 20 kg ng Allende meteorite, na nahulog sa Mexico noong taglagas ng 1969, bilang resulta ng tatlong buwan na pagmamasid, ay nakakita ng ilang kusang mga fission.
Gayunpaman, pagkatapos na matagpuan na "natural" plutonium-244 na minsan bahagi ng ng ating solar system, nag-iiwan ng ganap na katulad na mga bakas, ang interpretasyon ay nagsimulang isagawa nang mas maingat.
Ang atomic nucleus ay isang sistema ng mga nucleon, na binubuo ng Z protons at N neutrons, na pinag-uugnay ng nuclear interaction. Ang nagbubuklod na enerhiya ng atomic nucleus sa liquid-drop model ay inilalarawan ng formula ng Bethe-Weizsacker [3, 4]. Depende sa buhay at ratio sa pagitan ng Z at N
Ang atomic nuclei ay nahahati sa stable at radioactive. Ang phenomenon ng radioactivity ay natuklasan ni A.A. Bekerel noong 1896, na natuklasan ang dati nang hindi kilalang radiation na ibinubuga ng uranium salts.
Noong 1898, naghiwalay sina Pierre at Marie Curie ng mga bagong elemento, ang radium Ra
( Z = 88) at polonium Po (Z = 84), na mayroon ding pag-aari ng radioactivity. Ipinakita ni E. Rutherford noong 1898 na ang radiation ng uranium ay may dalawang bahagi: positively charged α-particles (4 He nuclei) at negatively charged β-particles (electrons) [6, 9]. Noong 1900, natuklasan ni P. Willard ang γ-radiation ng uranium.
Ang matatag na nuclei ay matatagpuan sa tinatawag na lambak ng katatagan (Larawan 1). Ang ratio ng N hanggang Z kasama ang linya ng katatagan ay depende sa mass number A = N + Z:
N / Z = 0.98 + 0.015A 2/3. (isa)
kanin . 1. NZ diagram ng atomic nuclei
Sa kasalukuyan, mga 3500 atomic nuclei ang kilala, ang bilang ng stable nuclei ay halos 300. Sa kaliwa ng lambak ng katatagan ay ang radioactive nuclei na nabubulok bilang resulta ng β + -decay at e-capture. Sa layo mula sa lambak ng katatagan patungo sa nuclei na napuno ng mga proton, ang kanilang kalahating buhay ay bumababa. Hangganan B p (N, Z) = 0 (B p (N, Z)
−
enerhiya ng paghihiwalay ng isang proton sa isang nucleus (N, Z))
nililimitahan ang lugar ng pagkakaroon ng nuclei sa kaliwa.
Kapag lumilipat mula sa lambak ng katatagan patungo sa nuclei na napuno ng mga neutron, bumababa rin ang kalahating buhay ng nuclei. Sa kanan, ang rehiyon ng pagkakaroon ng nuclei ay nakatali sa ugnayang В n (N, Z) = 0 (В n (N, Z)
−
ang enerhiya ng paghihiwalay ng isang neutron sa nucleus (N, 2)).
Out of bounds
B p (N, Z)
= 0 at (B n (N, Z) =
0 atomic nuclei hindi maaaring umiral, dahil ang kanilang pagkabulok ay nangyayari sa isang katangiang nuclear timeτ lason = 10 -22 s.
Ang rehiyon ng nuclei na may labis na proton ay pinag-aralan nang halos ganap hanggang sa hangganan B p (N, Z)
= 0. Tulad ng para sa nuclei na may labis na mga neutron, kung gayon (maliban sa light nuclei) ang rehiyon ng natukoy na eksperimentong nuclei ay medyo malayo sa hangganan B n (N, Z)
= 0. Maaaring naglalaman ang lugar na ito ng humigit-kumulang 2500 - 3000 pang hindi kilalang nuclei.
Akademikong G.N. Flerov:
Ang halaga ng impormasyon na nakuha mula sa pag-aaral ng isang isotope na malayo sa rehiyon ng katatagan ay makabuluhang at saka ang natutunan natin sa pamamagitan ng pag-aaral ng isotopes ay matatagpuan malapit sa lugar na ito. Ito−pangkalahatan pamamaraang pamamaraan ginagamit ng parehong mga physicist at chemist,
−pag-aralan ang mga katangian ng isang sangkap sa matinding kondisyon ng pagkakaroon nito. Isotopes malayo sa rehiyon (β -katatagan, ay nililimitahan sa kahulugan na sa isang kaso, kapag kakaunti ang mga proton at ang bilang ng mga neutron ay medyo malaki, ang mga puwersang nuklear ay gumaganap ng pangunahing papel; sa isa pang kaso, kapag may labis na mga proton, ang mga puwersa ng Coulomb repulsive ay gumaganap ng isang napakahalagang papel, hanggang sa punto na ang radioactive decay ng nuclei na may paglabas ng mga proton ay nagiging posible.
Sa pagsasaalang-alang na ito, nagiging malinaw ang aming espesyal na interes sa pag-aaral ng nuclei ng mga transuranic na elemento, kung saan ang mga puwersa ng Coulomb ay napakahusay na napagtagumpayan nila ang mga nukleyar na puwersa ng pang-akit. Ang potensyal na hadlang na humahawak sa nucleus sa equilibrium sa kabuuan ay halos mawala, at ito ay nahahati sa mga fragment. Kasabay nito, ang mga tiyak na epekto ng nuklear na nauugnay sa panloob na istraktura ng nucleus ay maaaring maging lubhang binibigkas. Sa rehiyong ito ng mga elemento na natuklasan ang isang bagong uri ng nuclear isomerism.−isomerismo ng anyo. Ang isang bilang ng iba ay posible rin dito. kawili-wiling phenomena nauugnay, halimbawa, sa pagkakaroon ng pangalawang minimum sa enerhiya ng pagpapapangit ng nucleus.
Mag-ulat sa Organizing Committee ng UNESCO Conference,
nakatuon sa ika-100 anibersaryo ng paglikha ng periodic table.
Mayroon ding mga paghihigpit sa pagkakaroon ng atomic nuclei mula sa gilid ng superheavy elements. Ang mga elementong may Z> 92 ay hindi natagpuan sa vivo. Ang mga kalkulasyon batay sa liquid-drop nuclear model ay hinuhulaan ang pagkawala ng fission barrier para sa nuclei na may Z 2 / А ≈ 41 (humigit-kumulang 104 na elemento). Sa problema ng pagkakaroon ng superheavy nuclei, dalawang grupo ng mga tanong ang dapat makilala.
- Anong mga katangian ang dapat taglayin ng superheavy nuclei? Magkakaroon ba ng mga magic number sa lugar na ito Z at N? Ano ang mga pangunahing channel ng pagkabulok at kalahating buhay ng superheavy nuclei?
- Anong mga reaksyon ang dapat gamitin upang ma-synthesize ang superheavy nuclei, mga uri ng bombarding nuclei, inaasahang mga cross section, inaasahang excitation energies ng compound nucleus, at mga channel para sa de-excitation ng resultang nuclei?
Ang problema ng synthesis ng mga superheavy na elemento ay malapit na nauugnay sa katotohanan na ang nuclei na may Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, N = 126 (magic number) ay nadagdagan ang katatagan na may kinalaman sa iba't ibang uri ng radioactive pagkabulok. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ipinaliwanag sa loob ng balangkas ng modelo ng nuclear shell - ang mga magic number ay tumutugma sa mga punong nuclear shell [12, 13]. Ang tanong ay natural na lumitaw tungkol sa pagkakaroon ng mga sumusunod na magic number sa Z at N. Kung sila ay umiiral sa rehiyon NZ - diagram ng atomic nuclei N> 150, Z> 101, superheavy nuclei na may tumaas na kalahating buhay ay dapat na obserbahan, i.e. dapat may Island of Stability. Paglalapat ng pamamaraan
Ang iba ay naghiwalay at hindi nakaligtas hanggang ngayon. Ang uranium ay nabubulok pa rin - ito ay isang radioactive na elemento.
Ang lahat ng mga elemento pagkatapos ng uranium ay mas mabigat kaysa dito. Nabuo ang mga ito minsan sa proseso ng nucleosynthesis (isang proseso kung saan ang nuclei ng kumplikado, mabigat. mga elemento ng kemikal, ay nabuo mula sa mas simple at mas magaan na atomic nuclei), ngunit hindi nakaligtas hanggang sa araw na ito. Ngayon ay maaari lamang silang makuha sa pamamagitan ng artipisyal na paraan.
Ang pagtuklas noong 1940-1941 ng mga unang artipisyal na elemento, neptunium at plutonium, ay ang simula ng isang bagong direksyon sa nuclear physics at chemistry upang pag-aralan ang mga katangian ng mga elemento ng transuranium at ang kanilang aplikasyon sa maraming larangan ng agham at teknolohiya. Bilang resulta ng maraming taon ng masinsinang trabaho ng mga nuclear physicist, maraming mga bagong elemento ang na-synthesize.
Mayroong tatlong internasyonal na kinikilalang sentro ng pananaliksik para sa synthesis ng mabibigat na elemento: sa Dubna (Russia), sa Berkeley (USA) at sa Darmstadt (Germany). Ang lahat ng mga bagong elemento, simula sa ika-93 (neptunium), ay nakuha sa mga laboratoryo na ito. Ang isang bagong elemento ay hindi itinuturing na bukas hanggang sa ang isang pangkat ng mga mananaliksik ay makatanggap ng maaasahang mga resulta sa pag-aaral ng mga atomo nito at hanggang sa isa pang (independiyenteng) grupo ng mga siyentipiko ay kumpirmahin ang mga resultang ito. Samakatuwid, ang malalayong mga cell ng Periodic Table ay napupuno nang napakabagal.
Noong 1940 - 1953, si Propesor Glen Seaborg at ang kanyang mga kasamahan sa National Radiation Laboratory (Berkeley, USA) ay nag-synthesize ng mga artipisyal na elemento na may Z = 93 - 100. Nakuha ang mga ito sa mga reaksyon ng sunud-sunod na pagkuha ng mga neutron sa pamamagitan ng nuclei ng uranium isotope - mga nuclear reactor... Ang lahat ng mas mabibigat na nuclei ay nakuha sa mga sisingilin na particle accelerators, kung saan ang nuclei at mga particle na pinabilis sa mataas na bilis ay nagbanggaan. Bilang resulta ng mga banggaan, ang nuclei ng mga superheavy na elemento ay nabuo, na umiiral nang napaka maikling panahon, at pagkatapos ay maghiwa-hiwalay muli. Salamat sa mga bakas ng pagkabulok na ito, natukoy na ang synthesis ng mabigat na nucleus ay naging matagumpay.
Ang mga elementong mas mabigat kaysa sa Z = 100 ay na-synthesize sa mga reaksyon na may pinabilis na mabibigat na ion, kapag ang isang complex ng mga proton at neutron ay ipinakilala sa target na nucleus. Mula noong 1960s, nagsimula ang panahon ng elementary particle accelerators - cyclotrons, ang panahon ng heavy ion acceleration, nang ang synthesis ng mga bagong elemento ay nagsimulang magawa lamang sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng dalawang mabibigat na nuclei. Gayunpaman, noong kalagitnaan ng 1970s, halos imposibleng pag-aralan ang mga kemikal na katangian ng 104, 105, 106 at 107 elemento, dahil ang kanilang buhay - mga fraction ng isang microsecond - ay hindi pinapayagan ang ganap na pananaliksik sa kemikal. Lahat ng mga ito ay na-synthesize sa malamig na pagsasanib na reaksyon (natuklasan ang malamig na pagsasanib ng napakalaking nuclei noong 1974; naglalabas ito ng isa o dalawang neutron na may medyo mababang enerhiya.)
Ang Element 104 ay unang na-synthesize sa Dubna noong 1964. Natanggap ito ng isang pangkat ng mga siyentipiko mula sa Laboratory of Nuclear Reactions, na pinamumunuan ni Georgy Flerov. Noong 1969, ang elemento ay nakuha ng isang grupo ng mga siyentipiko sa Unibersidad ng Berkeley, California. Noong 1997, ang elemento ay pinangalanang Rutherfordium, simbolo ng Rf.
Ang Element 105 ay na-synthesize noong 1970 ng dalawang independiyenteng grupo ng pananaliksik sa Dubna (USSR) at Berkeley (USA). Natanggap nito ang pangalang Dubnium bilang parangal sa lungsod ng Dubna, kung saan matatagpuan ang Joint Institute for Nuclear Research, kung saan ang ilang mga elemento ng kemikal ay synthesized, ang simbolo na Db.
Sa unang pagkakataon, nakuha ni Georgy Flerov at ng kanyang mga katrabaho ang elemento 106 sa USSR noong 1974, halos sabay-sabay na na-synthesize ito sa USA ni Glen Seaborg at mga katrabaho. Noong 1997, inaprubahan ng International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) ang pangalan para sa elemento 106, seborgium (bilang parangal kay Seaborg), simbolo na Sg.
Ang mga malamig na reaksyon ng pagsasanib ng napakalaking nuclei ay matagumpay na ginamit upang mag-synthesize ng anim na bagong elemento, mula 107 hanggang 112, sa GSI National Nuclear Physics Center sa Darmstadt, Germany. Ang mga unang eksperimento upang makakuha ng 107 elemento ay isinagawa sa USSR ni Yuri Oganesyan at ng kanyang mga katrabaho noong 1976. Ang unang maaasahang impormasyon sa mga nuklear na katangian ng elemento 107 ay nakuha sa Alemanya noong 1981 at 1989. Noong 1997, inaprubahan ng IUPAC ang pangalang borium para sa elemento 107 (bilang parangal kay Niels Bohr), ang simbolo na Bh.
Ang mga unang eksperimento upang makakuha ng 108 elemento ay isinagawa sa USSR noong 1983 1984. Ang maaasahang data sa mga nuklear na katangian ng elemento 108 ay nakuha sa Alemanya noong 1984 at 1987. Noong 1997, inaprubahan ng IUPAC ang pangalang Hassia para sa elemento 108 (sa lupain ng Hesse, Germany), ang simbolo na Hs.
Ang Element 109 ay unang natanggap sa Germany noong 1982 at nakumpirma noong 1984. Noong 1994, inaprubahan ng IUPAC ang pangalang Meitnerium para sa elemento 109 (pagkatapos ng Lisa Meitner), ang simbolo para sa Mt.
Natuklasan ang Element 110 noong 1994 sa Center for Heavy Ion Research sa Darmstadt (Germany) sa panahon ng isang eksperimento sa pag-sputtering ng isang espesyal na haluang metal na naglalaman ng tingga sa mga plato at pagbomba ito ng mga nickel isotopes. Ang Darmstadt ay ipinangalan sa lungsod ng Darmstadt (Germany), kung saan ito natuklasan. Simbolo ng Ds.
Natuklasan din ang Element 111 sa Germany, at pinangalanang X-ray (simbulo ng kemikal na Rg) bilang parangal sa siyentipikong Aleman na si Wilhelm-Konrad Roentgen.
Ang Element 112 ay may gumaganang pangalan na "ununbiy" (Uub), na nagmula sa mga Latin na numeral na "isa-isa-dalawa". Ito ay isang transuranic na elemento na nakuha sa pamamagitan ng pagbomba ng lead target na may zinc nuclei. Ang kalahating buhay nito ay humigit-kumulang 34 segundo.
Unang nakuha ang Ununbium noong Pebrero 1996 sa heavy ion accelerator sa Darmstadt. Upang makuha ang mga atom ng bagong elemento, ang pangkat ng mga siyentipiko ay gumamit ng mga zinc ions na may atomic number 30, na pinabilis sa napakataas na enerhiya sa isang 120-meter accelerator, pagkatapos nito ay natamaan nila ang isang target na gawa sa tingga, ang atomic number nito. ay 82. Kapag ang zinc at lead nuclei ay nagsanib, ang pagbuo ay naganap.nuclei ng isang bagong elemento, ang serial number na kung saan ay katumbas ng kabuuan ng atomic number ng mga orihinal na bahagi. Noong Hunyo 2009, opisyal na kinilala ng IUPAC ang pagkakaroon nito.
Mas mabibigat na elemento - na may mga atomic number na 112-116 at ang pinakamabigat sa sandaling ito Ang Element 118 ay nakuha ng mga Russian scientist mula sa Joint Institute for Nuclear Research sa Dubna noong 2000-2008, ngunit naghihintay pa rin ng opisyal na pagkilala mula sa IUPAC.
Sa kasalukuyan, ang mga physicist ng Russia mula sa Flerov Laboratory ng Joint Institute for Nuclear Research sa Dubna ay nagsasagawa ng isang eksperimento sa synthesis ng ika-117 elemento, ang lugar kung saan sa periodic table sa pagitan ng dating nakuha na ika-116 at ika-118 na elemento ay wala pa ring laman.
