Фізика (Чоплан П.П

час цих дослідів дістали 23 000 фотографій, на яких зафіксовано близько 400 000 треків α-частинок у нітрогені. Серед них виявилося лише вісім треків, що закінчувались особливими розгалуженнями, які свідчать про руйнування ядер нітрогену, спричинене а-частинка- ми, що влучили в них. Ці розгалуження подвійні: одна з гілок (тонка й довга) є слідом вибитого із ядра протона; друга — більш коротка й товща — слід ядра, утвореного атомом оксигену. Третьої гілки, яка була б слідом α-частинки після її зіткнення з ядром, на жодній з фотографій не виявлено. Це означає, що α-частинка, попадаючи в ядро, припиняє своє існування, а замість неї вилітає протон. Однак ймовірність проникнення α-частинки в ядра навіть відносно легкого атома (нітрогену) дуже мала. Проаналізовану ядерну реакцію (17.16)

можна записати ще так: 1γΝ(α, р )1^ . Після відкриття цієї ядер­ ної реакції під дією α-частинок було досліджено дуже багато інших реакцій, і серед них особливе значення має ядерна реакція, яка при­ вела до відкриття нової елементарної частинки — нейтрона.

До початку 30-х років було відомо тільки дві елементарні частин­ ки — електрон і протон. Наприкінці 1930 р. В. Боте і Г. Бекер вия­ вили дуже проникливе випромінювання, яке виникає при бомбарду­ ванні α-частинками ядер легких елементів Li, Be, В та ін. Найінтенсивнішим це випромінювання виявилось у берилію. Проходження берилієвого випромінювання через шар свинцю завтовшки 2 см змен­ шувало його інтенсивність тільки на 13 %. Оскільки на той час уже було відоме γ-випромінювання, для якого властива також велика проникна здатність, В. Боте і Г. Бекер припустили, що берилієве випромінювання є γ-випромінюванням. Виникнення γ-випромінюван-

ня пояснювали так: α-частинка, потрапивши в ядро берилію, пере1ч

творює його в збуджене ядро 6С, яке, переходячи в нормальний стан, випромінює жорсткий γ-квант. За поглинанням цього випромі­ нювання було оцінено енергію γ-квантів, яка виявилась близькою до 7 МеВ. Проте подальше вивчення властивостей берилієвого випромі­ нювання змусило відмовитись від зроблених припущень щодо його природи.

Велику роль при цьому відіграли дослідження, проведені І. Жо- ліо-Кюрі і Ф. Жоліо-Кюрі. Так, у 1931 р. вони встановили, що бери­ лієве випромінювання, проходячи через речовини, що містять во­ день (наприклад, парафін), зумовлює інтенсивне вибивання протонів із пробігом у повітрі завдовжки 26 см. Проведені розрахунки показа­ ли, що для одержання таких протонів γ-кванти повинні мати енер­ гію не 7 МеВ, а 55 МеВ. Далі виявилось, що берилієве випроміню­ вання спричинює появу ядер віддачі в нітрогені, аргоні і навіть крип­ тоні. За пробігом ядер віддачі розрахували енергію γ-квантів і діста­ ли для нітрогену значення 90 МеВ, для аргону — 150 МеВ. Отже, спроби тлумачити це випромінювання як дуже жорстке γ-випро-

448

мінювання привели до суперечностей. Однак усі суперечності зник­ ли, коли англійський фізик Д. Чедвік 1932 р. припустив, що бери­ лієве випромінювання є потоком частинок, які мають масу, близьку до маси протона, але позбавлені електричного заряду. Ці частинки було названо нейтронами. Ефективним джерелом нейтронів є бери­ лієва мішень, яку опромінюють α-частинками радію. Найпотужні­ шими джерелами нейтронів є ядерні реактори.

Реакцію утворення нейтронів при бомбардуванні берилію а-час- тинками можна записати так:

При вивченні властивостей нейтрона було встановлено, що його маса трохи більша за масу протона. Маса нейтрона тп = 1,0086649 а. о. м., тоді як маса протона тр =1,007276 а. о. м.

Відкриття Д. Чедвіком нейтрона сприяло подальшому розвитку фізи­ ки атомного ядра, оскільки воно надало вченим інструмент для вивчен­ ня властивостей ядра і здійснення нових ядерних реакцій. З ним по­ в’язане і формулювання гіпотези про протонно-нейтронний склад ядра.

17.7.Моделі ядра атома

Уреальному фізичному світі зв’язки між явищами і предметами настільки різноманітні, що охопити їх усі неможливо не лише в прак­ тичному, а й у теоретичному принциповому розумінні. Теоретичне розуміння зумовлене невичерпністю властивостей матерії. Тому при побудові моделей беруть до уваги тільки істотні для певного кола явищ властивості і зв’язки. Вилучення всього неістотного для пев­ ного явища є найважливішим елементом фізичного дослідження.

Урахування лише істотних факторів зводиться до абстрагування від реальної ситуації і побудови моделі в межах прийнятих абстрак­ цій. Моделі, які використовують, є наближеними. їх справедливість може бути гарантована лише в межах придатності використовува­ них абстракцій. За цими межами модель може бути непридатною і навіть безглуздою. Тому на кожному етапі фізичного дослідження важливо розуміти, чому застосовується саме та модель, а не інша. Слід зазначити, що один і той самий фізичний об’єкт у різних ситу­ аціях можна описувати різними моделями.

Здатність до насичення ядерних сил і пов’язана з нею мала стис­ ливість ядерної речовини стали основою для введення у 30-х роках

К.Вейцзекером краплинної моделі ядра атома, за якою маса атом­ них ядер обчислювалась як маса електрично зарядженої краплини.

Поява моделі рідкої краплини Вейцзекера належить до періоду, коли вже були відомі значення мас для досить великої кількості атомних ядер, що дало змогу перевірити її придатність для досить широкого діапазону мас.

Одним із вдалих застосувань цієї моделі було пояснення на її основі процесу поділу атомних ядер Н. Бором та Дж. Уілером і незалежно від них Я. І. Френкелем. Процес поділу атомних ядер вони розгляда­ ли як розрив електрично зарядженої краплини на дві краплини мен­ шого розміру.

Значний крок уперед у з’ясуванні будови ядер було зроблено внас­ лідок обчислення енергії зв’язку ядер, тобто енергії, яка потрібна для повного їх розщеплення на складові частинки. Важливий висно­ вок з цих обчислень полягає в тому, що енергія зв’язку, яка припа­ дає на одну внутрішньоядерну частинку, майже однакова для всіх ядер. Для не дуже легких і не дуже важких ядер вона становить близько 8 МеВ на один нуклон. Радіус дії ядерних сил дуже малий, тому кожний нуклон взаємодіє практично тільки зі своїми найближ­ чими сусідами. Ці та інші факти дали змогу прирівняти ядро атома до краплини рідини, в якій частинки також взаємодіють тільки з найближчими сусідами. Тлумачення атомних ядер як краплин ней- тронно-протонної рідини виправдано насамперед тим, що густина «ядерної речовини» приблизно однакова для всіх елементів. Справді, емпіричний вираз для ядерних радіусів, який підтверджується ре­

де г0 ~1,5 10-15 мj, показує, що всі ядра мають майже однакову густину:

де Мя — маса ядра; Яя = г0А1^3 — радіус ядра; тн = 1,67 · 10-27 кг. Для будь-якої рідини характерно, що енергія міжмолекулярного зв’язку, розрахована на одну частинку, майже не залежить від розмірів краплини, якщо тільки краплина не дуже мала. Це також властиве і ядрам: енергія внутрішньоядерного зв’язку на один нуклон для всіх не дуже легких ядер мало відрізняється. Для всіх звичай­ них рідин радіус дії міжмолекулярних сил за порядком величини

близький до середньої відстані між частинками.

Радіус дії внутрішньоядерних сил близький до відстані між нук­ лонами: внутрішньоядерні сили виявляють свою дію тільки на відста­ нях, менших за 10~15 м. Нарешті, для частинок звичайних рідин властива велика рухливість, незважаючи на їхнє компактне розмі­ щення.

Так само і в атомних ядрах, незважаючи на їхню велику густину, нуклони повною мірою зберігають свою рухливість. Прирівнюючи атомні ядра до краплин нейтронно-протонної рідини, процес викидан­ ня із ядра частинок при ядерних перетвореннях можна розглядати як явище, аналогічне випаровуванню молекул із краплини рідини.

450

Проте, незважаючи на ці аналогії, слід пам’ятати, що ядерні і мо­ лекулярні явища є принципово різними. Так, сили молекулярної взаємодії за своєю фізичною природою є силами електромагнітної вза­ ємодії, тоді як ядерні сили — специфічні сили, які не можна зарахувати до електромагнітних. На відміну від звичайної рідини «ядерна ріди­ на* є сумішшю двох «рідин*: протонної і нейтронної. При цьому рух молекул у рідині можна описати в межах класичних уявлень, а рух нуклонів у ядрі має квантовий характер. Незважаючи на цю принци­ пову відмінність молекулярних і ядерних явищ, деякі ядерні процеси і властивості пояснено аналогічно динаміці рідкої краплини. Одер­ жані результати в багатьох випадках добре узгоджуються з дослідом.

У 1939 p. Н. Бор, спираючись на краплинну модель, створив тео­ рію поділу ядер під впливом нейтронів. Нейтрон не має заряду і тому, безперешкодно входячи в ядро, віддає йому свою енергію. Таку передачу енергії можна розглядати як інтенсивне нагрівання крапли­ ни. При цьому ядро переходить у збуджений стан. На думку Н. Бора, перша стадія зіткнення частинки з ядром полягає у виникненні про­ міжного ядра, утвореного початковим ядром і частинкою, яка з ним зіткнулась. Це проміжне ядро, як правило, є нестійким, напівстабільним. Під впливом енергії нейтрона проміжне ядро — краплина електрично зарядженої ядерної рідини — починає пульсувати і роз­ ривається на дві приблизно однакові частини.

Випромінювання α-частинок при природній радіоактивності можна розглядати як відокремлення краплинки нейтронно-протонної ріди­ ни від більш великої краплини; α-частини, що вилітають, не містяться як відокремлені частинки в ядрі, вони формуються при радіоактивно­ му перетворенні. Це формування α-частинки, її «випаровування» або відрив від поверхні ядра призводять до зменшення його енергії. Однак відриву α-частинки від ядра перешкоджає енергетичний бар’єр, ство­ рюваний підвищеними значеннями енергії проміжних станів, які передують відокремленню α-частинки від ядра. Висотою цього бар’єра і невеликою ймовірністю проникнення α-частинки через нього пояс­ нюється величезний півперіод α-розпаду для урану (4,5 ІО9 років).

Отже, краплинна модель ядра дала змогу пояснити багато встанов­ лених явищ.

Подальші експерименти в галузі вивчення властивостей ядер при­ вели до відкриттів, які не можна пояснити краплинною моделлю. Існують факти, які навіть суперечать їй. Одним із таких фактів є виявлена періодичність у властивостях атомних ядер, яка вираже­ на, щоправда, не настільки чітко, як у атомах, проте може розгляда­ тись як доказ існування ядерних оболонок і певної періодичності у забудові їх.

Окремі здогадки про існування в ядрах оболонок протонів і елек­ тронів висловлені в 1924—1928 pp., ще до відкриття нейтронів. Що­ правда, аналогія нуклонних оболонок у ядрі й електронних оболо­

451

нок в атомі є суто зовнішньою. Справді, електрони в атомі рухають­ ся в електричному полі ядра і сусідніх електронів, яке можна розгля­ дати як центральне кулонівське поле. Нуклони ж у ядрі рухаються в ядерному полі, яке має нецентральний характер.

Оболонкова модель ядра деякою мірою протилежна краплинній. За краплинною моделлю, нуклони в ядрі рухаються хаотично, заз­ нають частих зіткнень і не можуть тривалий час перебувати в пев­ них енергетичних станах. За оболонковою ж моделлю, нуклони ру­ хаються майже незалежно. При цьому вони перебувають у певних енергетичних станах.

Ідея про ядерні оболонки ґрунтується на тому, що нуклонам вла­ стиві механічний і магнітний моменти. До того ж атомні ядра мо­ жуть перебувати у збуджених станах і при переході в основний стан випромінюють γ-кванти. Це дає підставу говорити про енергетичні стани нуклонів у атомних ядрах і ввести для характеристики цих станів квантові числа — головне пя і орбітальне Ія. Отже, подібно до електронів у атомі, нуклони в ядрах утворюють оболонки і підоболонки. При цьому модель передбачає наявність у ядрі двох систем нуклонних станів: одна — для протонів, друга — для нейтронів, які заповнюються незалежно одна від одної. Слід чекати, що ядра із за­ повненими нуклонними оболонками, подібно до атомів із заповнени­ ми електронними оболонками, характеризуватимуться підвищеною стійкістю. Це передбачення в моделі ядерних оболонок узгоджується із установленими на досліді фактами. Так, аналіз властивостей відо­ мих ядер показав, що найстійкішими є ядра, в яких числа протонів або нейтронів дорівнюють 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 і 152 (цифри 126 і 152 належать лише до нейтронів). Ці числа назвали магічними.

Було зроблено спробу дістати магічні числа, виходячи з уявлень про оболонкову модель ядра. При цьому спочатку виходили з повної аналогії між електронами в атомі й нуклонами в ядрі. Тоді стан нуклона в ядрі характеризуватиметься четвіркою квантових чисел ля, Ія>77ія, sH(головне, орбітальне, магнітне, спінове; індекс «я* озна­ чає ядро), а число нуклонів у заповненій оболонці розраховувати­ меться за формулою 2пя. Знаючи числа нуклонів у заповнених обо­ лонках, що відповідають різним значенням головного квантового числа пя, неважко визначити і сумарні числа нуклонів у таких яд­ рах. Такі обчислення було проведено. При цьому дістали значення, що не завжди збігаються з магічними числами. Пізніше розрахунки, проведені М. Гепперт-Майєр на основі оболонкової моделі ядра з ура­ хуванням спінорбітального зв’язку (залежності ядерної взаємодії від взаємної орієнтації спіну і орбітального моменту руху нуклона), при­ вели до результатів, що підтверджуються дослідом.

Атомні ядра, в яких число протонів або число нейтронів збігається з одним із магічних чисел, називають магічними ядрами. Найбільш стійкими є двічі магічні ядра, в яких і числа нейтронів, і числа

452

протонів відповідають магічному числу. Є ядра, для яких магічні числа нейтронів і протонів збігаються: 2Не (2 нейтрони і 2 протони), lgO (8 протонів і 8 нейтронів), 2$Са (20 протонів і 20 нейтронів).

На відміну від краплинної моделі, яка переважно застосовується для збуджених станів атомних ядер, оболонкова модель справедлива для основного або мало збуджених станів ядер. Фізичною основою оболонкової моделі є принцип Паулі, адже в основному стані всі най­ нижчі рівні зайняті, тому жодний нуклон не може віддати енергію (бо нікуди переходити), але здатний дістати її і перейти на будьякий вищий енергетичний рівень.

Крім краплинної і оболонкової існує ще кілька моделей атомних ядер, за допомогою яких можна описати різні властивості ядер. Однак оболонкова модель дає змогу описати якомога більше експеримен­ тальних даних з єдиної точки зору. Її авторам М. Гепперт-Майєр (США) і X. Ієнсену (ФРН) присуджено Нобелівську премію з фізики за 1963 р. Строге теоретичне обґрунтування оболонкової моделі ядра і її подальший розвиток належить радянському вченому А. Б. Мігдалу.

17.8. Природна радіоактивність

Відомо, що атом складається з позитивно зарядженого ядра і елек­ тронів, які його оточують. Це встановив Е. Резерфорд 1911 р. на основі дослідів з розсіяння α-частинок різними хімічними елемента­ ми (див. підрозділ 12.2). Дослідження Е. Резерфорда ґрунтувались на найважливіших відкриттях, зроблених А. Беккерелем і подруж­ жям П. Кюрі і М. Склодовською-Кюрі.

У 1896 p., вивчаючи люмінесценцію різних речовин, А. Беккерель виявив випромінювання солями урану без попереднього освіт­ лення їх. Це випромінювання здатне проникати крізь шар непрозо­ рої речовини, йонізувати повітря, діяти на фотографічну плівку, спри­ чиняти люмінесценцію деяких речовин. Наступні дослідження, про­ ведені П. Кюрі, М. Склодовською-Кюрі, Е. Резерфордом та іншими вченими, показали, що властивість випромінювати характерна не тільки для урану, а й для деяких інших хімічних елементів, зокре­ ма полонію, радію, актинію, торію. При цьому характерною особли­ вістю виявленого випромінювання є його самочинність, повна неза­ лежність від зовнішніх умов. За пропозицією М. Склодовської-Кюрі, речовини, здатні випромінювати відкрите А. Беккерелем випромінення, називають радіоактивними, а саме явище — радіоактивніс­ тю. Радіоактивне випромінювання буває трьох типів: α, β і γ. Дослі­ дження засвідчили, що α-випромінювання є потоком ядер атомів гелію, β-випромінювання — потоком електронів, а γ-випромінюван- ня — жорстким (великої частоти) електромагнітним випромінюван­ ням. Досліди Е. Резерфорда і Ф. Содді (1900 р.) показали, що ці

453

випромінювання є результатом спонтанного перетворення (розпаду) атомів, точніше, атомних ядер. Це явище супроводжується виділен­ ням великої кількості енергії, яку несуть із собою α-, β- і γ-випромі- нювання. Наприклад, 1 г радію виділяє за 1 год енергію 561 Дж, а за рік — 4914,4 кДж.

Отже, радіоактивність — це явище самочинного перетворення нестійких ядер одного елемента в ядра іншого елемента, що супро­ воджується виникненням різних типів радіоактивних випроміню­ вань. Розрізняють природну і штучну радіоактивності. Під природ­ ною радіоактивністю розуміють радіоактивність ядер, які є в при­ роді, а під штучною радіоактивністю — радіоактивність штучно одер­ жаних ядер.

Різні радіоактивні речовини дуже відрізняються між собою інтен­ сивністю радіоактивних випромінювань, яку називають активністю. Активність речовини можна характеризувати кількістю розпадів, що відбуваються за одиницю часу. Нехай у певний момент часу t є N атомів радіоактивної речовини. За час dt розпадається dN атомів.

dN

Отже, за одну секунду розпадатиметься —— атомів. Як показує дослід, dt

атоми розпадаються спонтанно, розпад одного ядра не впливає на розпад інших. Тому кількість розпадів залежатиме тільки від влас­ тивостей ядер, що розпадаються, і кількості їх. Чим більше атомів радіоактивної речовини, тим більше буде розпадів за одиницю часу. Інакше кажучи, кількість розпадів за одиницю часу має бути прямо пропорційною кількості атомів радіоактивної речовини, тобто

(17.18)

Коефіцієнт пропорційності λ характеризує ймовірність радіоактив­ ного розпаду нестабільного ядра за одиницю часу. Величину λ назива­ ють сталою радіоактивного розпаду. Знак «мінус» означає, що кількість радіоактивних ядер N з часом зменшується і швидкість роз­ паду — це від’ємна величина. Величина λ характеризує радіоактивність речовини, оскільки пропорційна кількості розпадів за одну секунду:

Отже, кількість ядер радіоактивної речовини зменшується з ча­ сом за експоненціальним законом. Чим більше λ, тим швидше змен­ шується Ν. Дуже важливе значення має час, протягом якого розпа­

454

дається певна частина (наприклад, половина) початкової кількості радіоактивних ядер. Якщо цей час позначити через Т (період півроз-

Як випливає із співвідношення (17.21), період піврозпаду оберне­ но пропорційний величині λ, що характеризує швидкість розпаду: чим більша швидкість розпаду, тим менший період піврозпаду. Наприклад, для урану 238 U період піврозпаду дорівнює 4,51 · 10о років, для радію п п с Ra — 1590 років, для радону ООО Rn — 3,825 дня і т. д. (числа біля символів елементів означають масове число ізотопів). Є радіоактивні речовини, в яких періоди піврозпаду значно менші і становлять хвилини, секунди і навіть мільйонні частки секунди. Величина, обернена ймовірності радіоактивного перетворення, визна­ чає середній час життя радіоактивного ядра:

Порівнюючи вирази (17.21) і (17.22), бачимо, що середній час жит­ тя радіоактивних ядер майже в 1,5 раза перевищує період піврозпа-

т

ду, точніше τ = -— In 2

Величину а = λΝ, яка визначає кількість атомів, що розпадають­ ся за одиницю часу, називають активністю радіоактивного препа­ рату. Активність є характеристикою всієї речовини, яка зазнає роз­ паду, а не окремого ядра. В СІ за одиницю активності препарату беруть один розпад за секунду — беккерель (Бк). Практичною одини­ цею активності є кюрі — це активність такої кількості радіоактив­ ної речовини, яка зазнає 3,7-Ю 10 розпадів за одну секунду. Актив­ ність в 1 кюрі відповідає активності 1 г радію. Використовують і менші одиниці — мілікюрі (10_3 Кі) і мікрокюрі (10“6 Кі), а також одиницю активності резерфорд (Рд). Один резерфорд — активність препарату, в якому відбувається 106 розпадів за секунду. Очевидно, 1 Кі = 3,7 · 104 Рд.

Більшість радіоактивних елементів належить до рядів урану й торію і до відгалужень від цих рядів, розпад яких завершується ізо­ топами плюмбуму.

Радіоактивне перетворення призводить до зміни хімічних власти­ востей, які можна передбачити на основі закону зміщення, встанов­ леного 1913 р. Ф. Содді і К. Фаянсом.

Якщо уявити собі періодичну систему елементів Д. І. Менделєєва розгорнутою в один ряд, то, за законом зміщення, при а-перетворен-

455

ні утворюється елемент, який розміщений у періодичній системі еле­ ментів на два місця ближче до початку системи (Z - 2), ніж початко­ вий, а при β-перетворенні — елемент, який розміщений на одне місце далі від материнського елемента (Z + 1). α-перетворення означає зменшення заряду ядра на дві одиниці (частинка несе подвійний по­ зитивний заряд); Р~-перетворення рівносильне збільшенню позитив­ ного заряду на одиницю. Послідовне випромінювання однієї а-частин- ки і двох Р~-частинок приводить до утворення елемента з тим самим зарядом ядра, тобто з тим самим атомним номером, що й початковий елемент, але з масовим числом на чотири одиниці меншим. При а- перетворенні ядро втрачає два протони і два нейтрони (з яких скла­ дається α-частинка). При Р~-перетворенні один із внутрішньоядер­ них нейтронів перетворюється в протон за схемою ті—>р + є~ + ν (ν — антинейтрино). Це збільшує заряд ядра на одиницю. За законом збе­ реження алгебраїчної суми зарядів перетворення нейтрона в протон має супроводжуватись виникненням електрона, що випромінюється ядром.

Радіоактивні ряди. Якщо є більше двох генетично пов’язаних один з одним елементів, то йдеться про існування радіоактивного ряду. Важкі ядра з масовим числом А > 208 зазнають α-розпаду внаслі­ док того, що в них діють великі кулонівські сили відштовхування. Якщо до того ж масове число набагато перевищує 208, то ядро при­ ходить до стабільного стану шляхом ряду послідовних розпадів. Проте не всі розпади в цьому ланцюжку є α-розпадами. Після втрати кількох α-частинок ядро стає схильним до β-розпаду, коли в середині ядра один з нейтронів перетворюється на протон. У радіоактивних рядах процеси а- і β-розпаду звичайно чергуються один з одним.

За α-розпаду масове число змінюється на 4, а за β-розпаду не змінюється. Оскільки остача від ділення А на 4 однакова для всіх ядер того самого ряду, то для нього А можна виразити формулою А = 4/і + С, де С — стале для ряду число, а п набуває цілочислових значень.

Принципово можуть існувати лише чотири різних радіоактивних

456

У табл. 17.1 зібрано основні відомості про радіоактивні ряди. За­ значено назву ряду, загальну формулу для масового числа, початко­ вий нуклід (найбільш довгоживучий член ряду) з періодом його на­ піврозпаду, загальне число перетворень у ряді й кінцевий стабіль­ ний нуклід. Останній (див. табл. 17.1) ряд називається так тому, що

227

криті пізніше, ніж актиній ggAc. Нептуній — родоначальник другого ряду — відносно малостабільний, у земній корі він не зберігся. Тому спочатку ряд нептунію передбачили теоретично, а потім його структу­ ру реконструювали в лабораторії (Г. Сиборг і А. Гіорсо, 1950 p.).

Усі елементи з Z > 92 об’єднані спільною назвою трансуранові елементи (останнім часом виділяють елементи з Z > 100, називаю­ чи їх трансфермієвими). Трансуранові елементи синтезують штучним шляхом, послідовне вивчення їх розпочалося в 40-х роках XX ст. Спочатку єдиними законодавцями в цій сфері були американські вчені на чолі з Г. Сиборгом і А. Гіорсо. Наприкінці 50-х років минулого століття в роботу, пов’язану із синтезом трансуранових елементів штучним шляхом, активно включилась лабораторія ОІЯД (м. Дубна, Росія), яку очолював Γ. М. Флеров. Нині відомо близько 150 нуклідів трансуранових елементів.

Елементи із Z = 93—96 нагромаджено у достатній кількості, вони

новить частки міліграма, тому їхні властивості досліджують за допо­ могою спеціальних мікрометодик. Ейнштейнія 2ggEs зібрано всього близько 10“7г. Кількість останніх трансуранових елементів стано­ вить сотні, десятки і навіть одиниці атомів.

Головною причиною нестабільності трансуранових елементів до Z = 100 є α-розпад. Проте для трансфермієвих елементів істотним стає спонтанний поділ, роль якого збільшується зі зростанням Z. Для нині відомих нуклідів із Z = 106—107 він є головним типом розпаду.

17.9. а-розпад

Розглянемо найважливіші властивості α-випромінювання. Відо­ мо, що α-частинки є ядрами атомів гелію. Отже, їм властивий заряд +2е і масове число 4. Різні радіоактивні елементи викидають частинки зі швидкостями від 1,4 · 107 до 2 · 107 м/с, що відповідає енер­ гіям від 4 до 8,8 МеВ. Іноді під час радіоактивного розпаду виника­ ють α-частинки з енергією 2...4 МеВ. Слід зазначити, що а-випромі- нювання моноенергетичне, тобто певний радіоактивний елемент ви­ кидає α-частинки практично однакової енергії, α-розпад властивий важким ядрам з масовими числами А > 200 і зарядами Z > 82. Ру­ хаючись у середовищі, α-частинки поступово втрачають свою енер­

457