Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

В опубликованной статье описывалось, что при поглощении нуклидом ²³⁸U медленного нейтрона в реакторе приводило к образованию неустойчивого ²³⁹U. Последний разрушался по схеме β-распада – превращению нейтрона в пару протон-электрон, в результате которого электрон (исторически сложилось так, что в данном контексте электрон называют β-частицей). Результатом реакции, обнаруженной МакМилланом и Абельсоном, являлось образование нового элемента, который ранее не наблюдался в природе – он и получил название «нептуний». При этом ²³⁹Np тоже неустойчив и подвергается очередному этапу β-распада, в результате чего образуется ядро плутония ²³⁹Pu. Плутоний стал материалом для одной из первых в истории атомной бомбы.

Элемент, получившийся в результате экспериментов МакМиллана и Абельсона на самом деле был уже третьей попыткой назвать элемент нептунием. В 1877 году немецкий химик Ганс Рудольф Герман посчитал, что обнаружил в руде танталите новый элемент и назвал его нептунием. В 1886 году еще один немецкий химик Клеменс Винклер, открыв то, что мы сейчас называем германием, первоначально хотел назвать этот элемент нептунием, но, тогда еще не было понятно, что Герман ошибся и название было занято. К 1940 году стало понятно, что Герман ошибся, название вновь высвободилось, и нептуний занял свое окончательное место в Периодической системе.

Нептуний, как и его соседи по семейству актиноидов – серебристый металл. Наиболее устойчив нуклид нептуния ²³⁷Np, его период полураспада больше двух миллионов лет, и именно этот тип нептуния образуется в результате «горения» топлива в атомных электростанциях. Получившийся в экспериментах МакМиллана и Абельсона ²³⁷Np характеризовался периодом полураспада чуть более двух суток.

Хотя долгоживущий нептуний впервые был обнаружен был впервые обнаружен только в отработанном топливе ядерных реакторов, этот элемент может в незначительных количествах образовываться и в земной коре в процессах, аналогичных, протекающих в реакторах – уран ²³⁸U захватывает нейтрон, образовавшийся при распаде другого атома урана, превращается в ²³⁹U, который затем за счет β-распада переходит в ²³⁹Np, однако основной вклад в образование нептуния вокруг нас вносят другие процессы, и мы гипотетически можем обнаружить нептуний в офисе или даже дома.

Многие датчики задымления, которые обязательном порядке должны монтироваться в присутственных местах, а по желанию и в жилых помещениях, для ионизации воздуха в рабочей камере детектора используют α-частицы, образующиеся при распаде америция ²⁴¹Am, в результате которого этот элемент медленно превращается в нептуний. Правда, период полураспада ²⁴¹Am составляет 432 года, и за время эксплуатации детектора нептуний образуется в крайне незначительных количествах.

Практических применений нептуния очень мало – получение плутония и устройства для детектирования нейтронов с высокой энергией. Ежегодно в качестве побочных продуктов работы атомных электростанций образуется более 50 тонн нептуния, часть из которых превращают в плутоний. Обычно с отходами ядерной энергетики обращаются с той же предосторожностью, что и с сырьем для производства горючего для атомных электростанций и ядерного оружия.

94. Плутоний

Гленн Теодор Сиборг открыл, а точнее получил плутоний в декабре 1940 года в Беркли. Весной 1941 года, когда Сиборг установил, что этот элемент в состоянии поддерживать цепную реакцию деления, он написал секретное письмо президенту США Рузвельту, в котором информировал его о возможности применения нового элемента для создания мощного источника энергии.

С этого письма можно отсчитывать начало гонки, направленной на создание значительных количеств плутония, чтобы снабдить Манхэттенский инженерный округ военно-инженерных войск США (мы более знакомы с названием «Манхэттенский проект») достаточным количеством плутония для создания атомной бомбы. Всем известно классическое изображение грибовидного облака ядерного взрыва – символа того, какой разрушительной силой обладает атомное оружие. Плутоний, наработанный во время работы Манхэттенского проекта был использован. Металлической плутониевой сферой с диаметром 10 сантиметров и массой 8 кг была оснащена атомная бомба «Толстяк», которая 9 августа 1945 года была сброшена на Нагасаки.