Как были открыты химические элементы - Дмитрий Николаевич Трифонов

гораздо более интенсивно, чем 235U. Это решающим образом повлияло на его использование для создания ядерного оружия. Поэтому химические и физические свойства элемента стали исследовать с особым вниманием и тщательностью. В итоге плутоний оказался одним из самых изученных элементов периодической системы. Кроме того, плутоний-239 ученые могли использовать в качестве мишени для синтеза следующих трансуранов. Обо всем этом стало широко известно лишь в конце 40-х годов, когда многие работы по овладению ядерной энергией были рассекречены. Вот еще один своеобразный штрих в истории элементов, когда их открытие до поры до времени оставалось тайной.

Интерес к плутонию был настолько велик, что уже в августе 1942 г. удалось приготовить его весовые количества (первый случай в истории синтезированных элементов). В наши дни плутоний получают в гораздо бóльших масштабах, чем многие из стабильных элементов, содержащихся в земной коре. А всего известно 17 изотопов девяносто четвертого элемента.

Подобно нептунию, плутоний (его изотоп 239Pu) удалось найти в урановых минералах, конечно же, в символических количествах. Он образуется в уране под действием природных нейтронов. Тем самым плутоний как бы является естественной верхней границей периодической системы, и также правомерно говорить о двух датах его открытия.

АМЕРИЦИЙ И КЮРИЙ

Пожалуй, это был единственный в истории трансуранов случай, когда элемент с бóльшим порядковым номером (Z=96) удалось идентифицировать раньше его предшественника (Z=95). В июле 1944 г. циклотрон Калифорнийского университета, уже подаривший миру несколько синтезированных элементов, в том числе плутоний, нацелился на синтез очередных элементов тяжелее урана. Г. Сиборг и его коллеги облучали мишень из плутония-239 ускоренными α-частицами. Легко сообразить, что поскольку ядро гелия имеет заряд, равный двум, то продукт реакции мог быть изотопом элемента № 96. Это в том случае, если бы из образующихся ядер вылетали нейтроны. Но процесс мог пойти и так, что вылетали бы не нейтроны, а протоны, и тем самым происходил синтез изотопов элемента № 95. Действительно, в плутониевой мишени образовались различные радиоактивные вещества, и сначала было трудно определить, «кто есть кто». Только искусные химические операции позволили сделать вывод, что в смеси наверняка содержится изотоп 24296. Для подтверждения открытия ученые тот же изотоп 239Pu облучили мощным потоком нейтронов, в результате чего выстроилась такая цепочка:

После поглощения нейтронов плутоний путем β-распада превращался в элемент № 95, а тот, поглотив еще нейтрон, — в элемент № 96.

Так вот этот конечный продукт был аналогичен тому, который ученые приняли за изотоп элемента № 96 с массовым числом 242. Это и означало открытие кюрия (Z=96), который получил свое имя в честь М. и П. Кюри. В выборе этого названия был и другой резон. Элемент № 96 в таблице Д. И. Менделеева рассматривался как аналог элемента гадолиния из редкоземельного семейства, истории которого положил начало Ю. Гадолин; супруги же Кюри были пионерами изучения радиоактивности, что привело к столь удивительным последствиям.

Дата рождения элемента № 95 — январь 1945 г., и он был выделен из плутония, облученного нейтронами. Название элементу дано в честь Америки (и по сходству америция с европием из семейства редких земель).

Хотя перед синтезом америция и кюрия ученые накопили уже достаточный опыт исследования, в данном случае трудности оказались гораздо существеннее. Потребовалось много времени, чтобы доказать определенно, «кто же есть кто»: 241Am и 242Cm. Оба этих изотопа не являются самыми долгоживущими. Такими оказались 243Am (T½=7950 лет) и 247Cm(1,64∙107 лет), но их удалось синтезировать только в 50-х годах. Всего же известно 11 изотопов америция и 13 изотопов кюрия. Вот еще несколько дат из истории этих элементов. В чистом виде америций был выделен в 1945 г., а в виде металла приготовлен в 1951 г. В том же году появилось сообщение о получении металлического кюрия.

Кюрием заканчивается первый взлет в истории синтеза трансуранов. Для науки открытие нептуния, плутония, америция и кюрия имело огромное значение. Впервые ученым удалось искусственно расширить таблицу Д. И. Менделеева. Выяснилось, что свойства этих элементов совсем не такие, как ожидалось раньше, и химикам пришлось серьезно задуматься, как же их наилучшим образом разместить в периодической системе.

БЕРКЛИЙ

Синтезу америция и кюрия помог плутоний-239. Его быстро научились приготовлять в больших количествах, а потому изготовление плутониевых мишений не составляет проблемы. Чтобы двигаться дальше, нужно было научиться синтезировать америций и кюрий в достаточных количествах. На это ушли годы. Но не только данное обстоятельство мешало синтезу новых трансурановых элементов. На бумаге запись ядерной реакции выглядит до удивления простой, но только специалист может понять и оценить, какие огромные трудности стоят за этим. Требовалось не только до деталей обдумать эксперимент, выяснить наиболее оптимальные условия протекания ядерных реакций. Был необходим и тщательный теоретический расчет, чтобы предсказать виды радиоактивных превращений синтезированных изотопов и вероятные продолжительности их жизни. Ведь в распоряжении ядерных физиков не было такой замечательной классификации, как периодическая система элементов у химиков. Плавный участок на кривой открытий трансурановых элементов растянулся на 5 лет. И еще одно обстоятельство должно быть упомянуто. Активность америция и кюрия настолько высока, что работать с ними в открытую смертельно опасно. Пришлось соответствующим образом оборудовать лаборатории, которые получили название горячих.

В конце 1949 г. группа Г. Сиборга сумела изготовить америциевую мишень и облучить ее α-частицами. Ядерная реакция протекала так, как предварительно рассчитали теоретики: 241Am(α, 2n)24397. Для нового элемента предложили название берклий (символ Bk) в честь города Беркли и вследствие химической аналогии элемента № 97 с редкоземельным элементом тербием (вспомните деревушку Иттербю, давшую жизнь названиям нескольких редких земель). Среди девяти известных ныне изотопов самым долгоживущим является 247Bk (период полураспада 1380 лет), синтезированный в 1956 г. Два года спустя элемент накопили в весовых количествах, а в 1971 г. ученые выделили металлический берклий. Сколь трудно осуществить накопление берклия, говорят следующие цифры: 8 г 239Pu в течение 5 лет облучались нейтронами в ядер-ном реакторе, а итогом было лишь несколько микрограммов элемента № 97. Чем дальше пробирались исследователи в трансурановую область, тем с меньшими количествами новых элементов им приходилось иметь дело.

КАЛИФОРНИЙ

После берклия элемент № 98 Г. Сиборг и его сотрудники синтезировали очень быстро. В январе–феврале 1950 г. они провели рассчитанную ядерную реакцию: 242Cm(α, n)24598, назвав новый элемент в честь штата Калифорния и Калифорнийского университета, а еще и потому, что элемент № 98 являлся аналогом редкоземельного диспрозия (труднодоступного): в прошлом веке было так же трудно добраться до Калифорнии, как выделить диспрозий из смеси редких