ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ
Обстреливая ядра нейтронами, быстрыми протонами, дейтронами, гелиевыми ядрами, можно осуществить множество ядерных превращений. При этом получаются не только атомы известных устойчивых изотопов, но и новые, неустойчивые, то-есть радиоактивные атомы.
На рисунке 27 изображён уже приводившийся дважды уголок таблицы Менделеева. Но на этот раз мы выписали в её клетках неустойчивые, радиоактивные изотопы и показали их превращения.
В наши дни для ядерных превращений пользуются чаще всего не альфа-ч^стичками, а частичками, разгоняемыми до огромных скоростей в специальных установках. Получаемые быстрые протоны, дейтроны, гелиевые ядра («искусственные альфа-частички»), электроны обладают энергиями, во много раз большими, чем энергии частичек, вылетающих из ядер при радиоактивном распаде.
Один из лучших приборов такого рода — «синхротрон» — был изобретён советским физиком Векслером. Идея его была присвоена американцем Мак-Миланом. Будучи пойман с поличным, американец вынужден был признать первенство советского учёного.
Вот несколько примеров ядерных превращений, приводящих к образованию искусственных радиоактивных элементов.
Начнём с наиболее лёгкого — изотопа водорода с атомным весом 3. Он получается несколькими способами.
При обстреле бериллия 9 нейтронами бериллиевое ядро распадается на три частички — одну альфа-частичку и две частички — ядра водорода 3.
|
Неустойчивый изотоп
Рис. 27. Левый верхний угол таблицы Менделеева. Показаны искусственные радиоактивные изотопы и их превращение в устойчивые. Изотоп бериллия 7 превращается в литий, не излучая позитрон и нейтрино, а поглощая один из ближайших к ядру электронов (первого слоя) и излучая нейтрино. |
Обычно ядерные превращения записываются так. У названия изотопа элемента сверху записывается его атомный вес, снизу — его атомный номер; стрелка стоит вместо слов «превращаются в». Таким образом, приведённый пример записывается:
Бериллий 4 + нейтрон 0 —«► гелий 2 + водород 1 +
+ водород 1 .
В такой записи легко проверить сохранение числа
Ядерных частиц и заряда. Для числа частиц в ядрах имеем:
9+1=4 + 3 + 3,
Для заряда
4 + 0 = 2+ 1 + 1.
Вот ещё один способ получения водорода 1:
ЛИТИЙ 3 + нейтрон 0 —» гелий 2 + водород 1 .
Дальнейшая судьба радиоактивного водорода видна на рисунке 27. Он распадается самопроизвольно, превращаясь в гелий:
Водород 1 —> гелий 2 + электрон-1 + нейтрино 0 .
Период полураспада водорода 1 равен 11 годам.
Радиоактивные изотопы более тяжёлых элементов получаются также множеством способов из различных соседних по таблице Менделеева изотопов.
Почему же одни ядра устойчивы, а другие нет?
Устойчивые ядра обладают определённым соотношением между числом содержащихся в них нейтронов и протонов. В лёгких ядрах число нейтронов примерно равно числу протонов. Углерод, например, имеет 6 или 7 нейтронов и 6 протонов, причём атомов первого вида 99 процентов, а второго — лишь один процент. В тяжёлых ядрах нейтронов становится всё больше. Так, уран имеет от 141 до 146 нейтронов и 92 протона.
Увеличивая искусственно число нейтронов в ядре «сверх меры», мы получаем обычно радиоактивный изотоп, превращающий один из лишних нейтронов в протон, то-есть выбрасывающий после распада электроны и нейтрино.
Например, можно получить радиоактивный азот из кислорода и фтора:
Кислород1! + нейтрон о —> азот1/ + Протон 1, фтор1^ + нейтрон о —> азот1® + гелий 2 .
Получившийся радиоактивный «тяжёлый» изотоп азота содержит излишек нейтронов (9 нейтронов на 7 протонов). Он распадается согласно уравнению
Азот*7 —> кислород1** + электрон-? + нейтрино о*
Период полураопада азота 16 очень мал — половина атомов распадается примерно за 8 секунд.
Увеличивая искусственно в ядре число протоне©, мы получаем совершенно новую радиоактивность, не встречающуюся никогда у естественных радиоактивных атомов.
Искусственно полученные ядра освобождаются от излишнего положительного заряда, превращая один из протонов в нейтрон. Такое превращение связано либо с выбрасыванием позитрона и нейтрино, либо с поглощением одного из своих электронов с первой оболочки и излучением нейтрино (например, бериллий — рисунок 27). По - зитронную радиоактивность можно получить у другого изотопа азота, приготовив его из углерода или бора:
Углерод2б + протон 1—»азот1/; бор 5 + гелий 2 —5► азот1/ + нейтрон 0.
Получившийся азот содержит излишек протонов (6 нейтронов и 7 протонов). Он распадается наполовину за 10 минут:
Азот1/ —> углерод1^ + позитрон? + нейтрино о.
Таких примеров можно привести множество.
Искусственные радиоактивные элементы находят в наши дни широкое применение в биологии, медицине и технике.
Но искусственным путём могут быть получены не только устойчивые и радиоактивные изотопы имеющихся уже в природе элементов.
При помощи нейтронов удалось создать новые элементы с атомами, более тяжёлыми, чем атомы урана, и занимающие места 93, 94, 95 и 96 в таблице Менделеева.
Эти новые элементы получили названия нептуний (93), плутоний (94), америций (95) и кюрий (96).
Об огромном значении этого достижения вы можете прочитать в книжках, посвящённых использованию ядер - ной («атомной») энергии.
Для нас здесь важно другое — как далеко можно продвинуться в создании всё более тяжёлых «заурановых» элементов?
Вспомните, что все атомы с атомным номером, большим чем 83, уже неустойчивы и самопроизвольно распадаются, превращаясь в более лёгкие атомы с меньшими атомными номерами. Ядра атомов изотопа урана 2££ даже
Взрываются самопроизвольно, распадаясь на два более лёгких ядра. Это явление было открыто советскими физиками Флеровым и Петржаком. Оказалось, что примерно из 100 ООО ООО ООО ООО ООО ООО ООО атомов урана |325 каждую секунду взрывается один.
Чем больше атомный номер, тем, вообще говоря, менее устойчиво ядро.
Поэтому ядра с атомным номером, значительно превышающим 100, вообще существовать не могут.
