Путешествие в страну РАИ

Элемент 93 получил название «нептуний» (символ Np) в честь планеты Нептун, расположенной в солнечной системе за Ураном. В том же году был синтезирован следующий трансурановый элемент, плутоний (Pu).

Роль бомбардирующих частиц в данном случае играли дейтроны, мишенью служил уран 238. Авторами открытия явилась группа американских ученых, возглавляемая будущим нобелевским лауреатом Гленном Сиборгом.

Год спустя был получен другой изотоп плутония — Pu²³⁹, который вскоре приковал к себе внимание не одних только физиков-теоретиков. Оказалось, что плутоний 239 способен делиться, подобно урану, под действием медленных нейтронов, с выделением огромного количества энергии. В руках человечества оказалась перспектива использования нового ядерного горючего наряду с ураном. Так как в те суровые военные годы в США интенсивно разрабатывалась проблема атомной бомбы, то на решение задачи получения плутония в значительных количествах были брошены большие силы и средства. В Чикаго уже в 1942 году вступил в действие ядерный реактор. В нем уран 238 облучали нейтронами. В результате последующей цепочки радиоактивных превращений образовался Pu²³⁹.

К этому времени свойства плутония и нептуния были изучены уже очень хорошо. Эта задача была бы непосильной для старой химии, привыкшей оперировать с относительно большими количествами вещества.

Но нужно пояснить, что следует понимать под «большими количествами».

Перенесемся к началу XX века, ко времени открытия первых радиоактивных элементов. Как много сил и труда вложили супруги Кюри, чтобы из тонн руды получить препарат радия весом в 0,1 грамма и, работая с этим мизерным количеством, изучить его свойства! Для тех времен это было действительно случаем беспрецедентным, настоящим подвигом ума, таланта и воли. Но дайте такое количество какого-нибудь трансуранового элемента современному химику и попросите его изучить свойства элемента. Не сомневайтесь, химик придет в восторг. Еще бы! Держать в руках целую десятую часть грамма вещества, да ведь это же громадное количество! С ним можно быстро и просто определить любые свойства. Видите, как меняются времена! Пионерам изучения нептуния и плутония пришлось работать с такими количествами препаратов, перед которыми оказались бы бессильными фантастическое трудолюбие и неистощимая энергия супругов Кюри!

Знаете ли вы, что такое микрограмм? Это одна миллионная часть грамма, или 10^–6 грамма, — величина, в сто тысяч раз меньшая, чем одна десятая грамма.

Вот краткая справка: первое чистое соединение плутония весило 2,77 микрограмма, а нептуния — чуть больше, 10 микрограммов.

Изволь с таким количеством изучать свойства первых трансурановых элементов!

Но химики решили и эту задачу. Была разработана и сконструирована специальная ультрамикрохимическая аппаратура.

Вместо обычных пробирок применили так называемые микроконусы — буквально микроскопические пробирки, по форме напоминавшие конус. Были сконструированы весы, на которых оказалось возможным взвешивать почти невесомые количества — до 10^–9 грамма.

Так были исследованы свойства нептуния и плутония, причем плутоний получил настолько детальную характеристику, что на основании этих данных удалось спроектировать большой завод для получения элемента.

В наши дни свойства первых трансурановых элементов изучены так хорошо, как свойства немногих из встречающихся в природе элементов.

К 1957 году было получено 15 радиоизотопов плутония и 11 нептуния. Эти успехи возродили прежние попытки обнаружить трансурановые элементы в природе. Различные урановые руды исследовались на содержание в них нептуния и плутония.

Ученым удалось показать, что первые трансурановые элементы действительно встречаются в природе в исключительно малых концентрациях. Так, отношение плутония к урану составляет 1:10¹⁴, а нептуния к урану 1:10¹². Интересно, что периоды полураспада природных изотопов нептуния и плутония невелики по сравнению со временем существования Земли. Вероятно, эти изотопы постоянно образуются из урана путем захвата последним нейтронов.

В конце 1944 года группа Сиборга заявила об открытии очередных трансурановых элементов — № 95 и № 96. Первый получил имя «америций» (Am) в честь Америки. Кюрием (Cm), в честь Пьера и Марии Кюри, был назван девяносто шестой элемент.

Спустя несколько лет список трансурановых элементов пополнился двумя новыми членами. На сей раз в качестве бомбардирующих частиц выступали не нейтроны, а ядра атомов гелия — альфа-частицы. Эти «снаряды» ускорялись до высоких скоростей в мощном циклотроне. «Мишенями» служили два изотопа трансурановых элементов америция и кюрия — Am²⁴¹ и Cm²⁴². Вновь полученные элементы № 97 и № 98 были названы «берклием» (Bk) и «калифорнием» (Cf) в честь их «места рождения» — города Беркли и штата Калифорния.

Таким образом, к началу второй половины XX столетия периодическая система Д. И. Менделеева расширила свои рамки на целых шесть новых элементов тяжелее урана.

Очередные трансурановые элементы № 99 и № 100 имели несколько своеобразную историю получения.