29

Реакцию синтеза часто называют реакцией термоядерного синтеза.

Она требует высокой температуры для того, чтобы сильно ускорить одно из ядер для преодоления кулоновского отталкивания ядер. Кроме того, эф-

фективное сечение ядерной реакции синтеза примерно в 108 раз меньше эффективного сечения ионизации. Поэтому подавляющая часть энергии

вступающих в реакцию 21 H и 31H расходуется на ионизацию. Так что пока этот метод требует затраты большой энергии, часто превышающей ту, ко-

торая освобождается при синтезе.

3.4. Радиоактивные ряды (семейства)

Как видно из кривой зависимости удельной энергии связи от массо-

вого числа А (см. рис. 1), тяжелые ядра имеют склонность к делению на более легкие. Если при этом массовое число А намного превышает 208 (т.е. А больше чем у свинца), то ядро переходит в стабильное путем цепи последовательных распадов, проходящих по - или -типу. Цепь распа-

дов завершается образованием стабильного изотопа и носит название ряда

или семейства.

В качестве примера цепи распадов можно привести превращение то-

рия, представленное на схеме

Тип распада каждой реакции на схеме обозначен над стрелками сим-

волами или . Периоды полураспада Т всех реакций цепи распадов лежат в пределах от 0.16 с для 216 Po до 1.4 1010 лет для 232 Th . Из приведенных данных видно, что в зависимости от типа распада массовые числа ядер в одной цепи меняются на 4 единицы или не меняются вовсе, а заряд

30

изменяется на единицу или понижается на две единицы (реализация пра-

вил смещения).

В общем случае в радиоактивном веществе существуют все элемен-

ты радиоактивного ряда и испускаются , и -частицы.

В принципе возможны четыре радиоактивных ряда, причем ряд должен начинаться с изотопа, период полураспада которого близок к времени

жизни Земли (5 109 лет). Они представлены в табл. 3.2.

В третьем радиоактивном ряду начальным изотопом (родоначальни-

ком ряда) был плутоний 23994 Pu с Т = 104 лет, но он успел распасться и в

естественном виде не встречается (за редчайшим исключением). Последний четвертый ряд был предсказан теоретически. Родона-

Периодическая система элементов, встречающихся на Земле, заканчивается 92-м элементом – ураном. Но элементы, лежащие в таблице Мен-

делеева "за ураном"– трансурановые – также когда-то существовали в природе и постепенно распались. Имея малый период полураспада, они исчезли из природы.

31

Элементы с Z > 92 в настоящее время создаются искусственно при помощи ядерных реакций. При этом в качестве ядра-мишени берутся самые тяжелые элементы, бомбардируют же мишень легкими частицами, на-

пример, ядрами гелия, ядрами легких элементов.

Пример реакции:

23892 U 147 N 24699 Es 6 01 n

Понятно, что необходимы для этих целей специальная техника или особые условия. Кроме того, стоит проблема выделения полученных трансурановых изотопов из мишени, для чего используют методы радио-

химии.

В настоящее время получены элементы от Z = 93 до Z = 113.

Сейчас развиваются идеи и проводятся эксперименты по обнаруже-

нию элементов с Z = 114 (А = 298) и Z = 126 (А = 310). Эти ядра должны быть стабильны, поскольку они имеют два магических числа.

Трансурановые элементы находят широкое применение. Например, имея большую величину энерговыделения на единицу своей массы за счет протекающих ядерных реакций распада (порядка 20 – 30 Вт/г), они используются в изотопных нагревателях космических аппаратов.