Радиоактивные вещества в природе — ТАСС

Каждый химический элемент можно сделать радиоактивным, если в ядра атома добавить лишние нейтроны. Или, напротив, убрать часть этих частиц. Один элемент может быть представлен разными атомными ядрами, и эти варианты ядер называют изотопами. Изотопы бывают как стабильными, так и неустойчивыми: при избытке или недостатке нейтронов ядра рано или поздно распадаются и превращаются в ядра других элементов.

Альфа-распад: из ядра атома вылетает альфа-частица, два протона и два нейтрона. Альфа-частицы являются ядрами атома гелия.

Нестабильных, то есть радиоактивных, изотопов на Земле немного: большая их часть успела распасться задолго до появления человека. В природе короткоживущие изотопы получаются в основном в недрах звезд и особенно при вспышках сверхновых, поэтому на Земле до XX века нельзя было найти ни стронция-90, ни йода-131, ни плутония в любом виде. Однако ряд медленно распадающихся изотопов вполне дошел до наших дней.

Калий-40

Калий обычно имеет атомную массу 39. Это значит, что на его 19 протонов (он 19-й в таблице Менделеева) приходится 20 нейтронов — вполне стабильное соотношение. Но кроме калия-39 есть еще калий-40, и вот он уже радиоактивен.

Калий-40 имеет очень большой период полураспада — свыше миллиарда лет. Это значит, что если поместить перед собой атом калия-40 и ждать его превращения в кальций или аргон, то через миллиард лет шанс зафиксировать акт распада составит всего 50%. Другое определение периода полураспада гласит, что это то время, за которое распадется половина ядер. Несмотря на то что ядра калия-40 распадаются крайне редко, большое число этих ядер вокруг нас делает присутствие изотопа вполне заметным.

Пока вы читали абзац выше, у вас в теле произошли десятки тысяч актов распада калия-40. Внутри среднего по величине банана ежесекундно происходит 10-15 распадов, и в связи с этим ученые даже предложили шуточную величину «банановый эквивалент» — доза облучения, сравнимая с эффектом от съеденного банана.

Бананы богаты калием. В том числе и калием-40, который бета-активен. Бета-распад происходит при превращении одного из нейтронов в ядре в протон, электрон и антинейтрино. Электрон в данном случае называют бета-частицей. Фото: Wilfredor / Wikimedia.

При концентрации калия-40 вполне можно получить превышение радиационного фона. Простейший способ собрать побольше калия-40 в одном месте — это собрать золу от сжигания растений. Зачастую кучи золы на садовых участках можно найти при помощи даже простого бытового радиометра. Опасности для здоровья это, впрочем, не представляет.

Углерод-14

Кроме калия-40 в органической материи можно найти еще углерод-14, однако его намного меньше. Он упоминается по единственной причине: углерод-14 позволяет археологам определить возраст находок.

Дело в том, что живое растение поглощает из атмосферы (углекислого газа) как углерод-12, самый распространенный изотоп, так и углерод-14. В момент спиливания древесина содержит изотопы углерода в той пропорции, которая характерна для окружающей среды, но затем углерод-14 постепенно распадается. Аналогично обстоит дело и с животными, которые потребляют растительную пищу: пока они живы, в их теле присутствуют оба изотопа в более или менее естественном соотношении.

Чем меньше осталось углерода-14, тем больше прошло времени. Если объект пролежал в земле дольше 50 тысяч лет, то углерода-14, и без того редкого, становится недостаточно для проведения исследований.

Уран-238, торий-232 и немного урана-235

Химический состав гранитов: натрий, алюминий, кремний, кислород, немного водорода и фтора (в составе биотита. Гранит — это смесь полевого шпата, кварца и биотита). Однако кроме этих основных элементов в граните есть примеси, и среди них особняком выделяются уран и торий. Оба элемента представлены исключительно радиоактивными изотопами, поэтому радиационный фон на гранитных скалах будет выше, чем на сложенной из глины и песка равнине.

При нормальной работе тепловая электростанция на угле выбрасывает в атмосферу больше радиоактивных веществ, чем АЭС такой же мощности. Причина этого в том, что уголь, так же как и гранит, загрязнен ураном и торием.

«Фонят» гранитные плиты, которыми облицованы многие здания, станции метро и набережные. Как и в случае с калием-40 в золе, найти такой гранит можно обычным бытовым радиометром, и говорить об опасности для человека в данном случае не приходится. Есть целые горные массивы, где фон в разы больше, чем на равнине, однако врачи не замечают в таких местах роста заболеваемости.

Важно подчеркнуть, что облучение от гранитной плиты снизу или сбоку к тому же обладает намного меньшим биологическим эффектом, чем попадание радиоактивных изотопов внутрь тела. Гранит несъедобен и прямой угрозы не несет, разве что упадет сверху. Плотность и твердость минерала обычно угрожают человеку куда больше, чем бета- и гамма-активность.

Радон-222

Сказанное выше про гранит предполагает, что вы не проводите много времени в подвальных помещениях в местности с выходом гранита на поверхность. При распаде ядер урана в этом минерале образуется в том числе радиоактивный газ радон, а вот он уже, как показали наблюдения медиков, способен вызвать рак легких. Точнее сказать, у людей, которые работают или живут в помещениях с повышенным содержанием радона, риск рака легких выше, чем в среднем по населению.

По оценкам британских специалистов-онкологов, радон — вторая после курения причина рака легких. Несмотря на то что радон дает альфа-излучение, которое можно задержать даже картоном или фольгой, он намного опаснее всех перечисленных в этой статье изотопов. Причина — радон попадает с воздухом в легкие и облучает их изнутри.

Так выглядит обогащенный, то есть с повышенным содержанием урана-235, уран. Вопреки расхожему мнению, уран не настолько опасен, чтобы к нему нельзя было даже подойти. Намного страшнее отработанное ядерное топливо с изотопами

Единственная эффективная мера защиты против радона заключается в хорошей вентиляции. Газ проникает в здания из строительных материалов или недр земли, но при постоянной смене воздуха не успевает накапливаться в опасных количествах.

В начале XX века радоновое облучение медики считали «стимулирующим», но в наши дни радоновые ванны в большинстве стран мира (Россия тут — одно из немногих исключений) признаны как минимум бесполезными.

16.3. Радиоактивные элементы в периодической системе

16.3. Радиоактивные элементы в периодической системе

С самого начала было ясно, что полоний, актиний и радий генерируются в содержащих их минералах. Исследованием этого вопроса учёные и занялись в первую очередь.

В 1903 г. в сентябре и ноябре в журнале «Philosophical Magazin» Э. Резерфорд и Ф. Содди писали об исследованиях радиоактивного распада тория: «Было приведено достаточно данных, чтобы ясно показать, что в радиоактивности тория и радиоактивности радия проявляются сложнейшие превращения, каждое из которых сопровождается непрерывным образованием особого вида активного вещества».

Образующиеся из радия и тория эманации являются инертным газом, который, возможно, и есть конечный продукт распада. Впоследствии уже в Англии в 1903 г. В. Рамзай и Ф. Содди обнаружили, что в состав продуктов распада радия входит гелий. А в 1908 г. Э. Резерфорд и Г. Гейгер в Англии измерили зарядα-частицы и показали, что она является дважды ионизированным атомом гелия.

В апреле и мае 1903 г. в новых статьях Э. Резерфорда и Ф. Содди «Сравнительное изучение радиоактивности радия и тория» и «Радиоактивное превращение» со всей определённостью утверждается, что «все изучавшиеся случаи радиоактивного превращения сводятся к образованию одного вещества из другого (если учитывать испускаемые лучи). Когда происходит несколько превращений, то они происходят не одновременно, а последовательно». …«Благодаря тому, что каждый последующий продукт распада в свою очередь превращается в новый элемент, они могут накапливаться только до того момента, когда скорость распада (пропорциональная накопленному количеству) уравновесит скорость образования (пропорциональную количеству непосредственно материнского вещества).

Это условие называется «условием радиоактивного равновесия»». Вследствие его выполнения все члены последовательного ряда радиоактивных элементов в минералах существуют в количествах, пропорциональных их среднему времени жизни; при этих условиях одинаковое количество атомов всех продуктов этого ряда (независимо от общего количества вещества) расщепляются одновременно и испускают одинаковое числоαилиβчастиц в секунду.

Э. Резерфорд и Ф. Содди сформулировали закон радиоактивного превращения: «Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что эта активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии». Отсюда следует, что «скорость превращения всё время пропорциональна количеству вещества, ещё не подвергнувшегося превращению».

Относительное количество радиоактивного вещества, превращающегося в единицу времениdNt/Nt, есть величина постояннаяλ, которую Э. Резерфорд и Ф. Содди назвали радиоактивной постоянной (сейчас она называется постоянной радиоактивного распада). В том же году Э. Резерфорд и Ф. Содди объединили в первые цепочки последовательного распада свыше 10 радиоэлементов.

В 1909 г. шведские учёные Д. Стрёмгольм и Т. Сведберг при изучении химии радиоактивных элементов обнаружили, что многие из них неотделимы друг от друга.

После открытия большого количества естественных радиоактивных элементов и формирования правила сдвига местоположения продукта распада в периодической системе Д.И. Менделеева относительно место положения в ней материнского элемента в зависимости от природы испускаемых ими излучений стало ясно, что многие радиоэлементы претендуют на одно и то же место.

В 1913 г. Ф. Содди вводит понятие изотопии: атомы элемента данного порядкового номера могут отличаться массой ядра, скоростью радиоактивного распада и природой излучений. В том же году Д. Томсон обнаруживает, что элемент неон имеет атомы разной массы. В январе 1913 г. А. Ван ден Брук (в Голландии) выдвинул идею, что порядковый номер элемента в периодической системе равен заряду ядра его атомов. Эту идею экспериментально подтвердил в декабре 1913 года Г. Мозли (в Англии) на примере цепочки элементов от кальция до никеля. Тем самым была решена задача о дробной величине массы элемента: элемент содержит атомы разной целочисленной массы в различных пропорциях.

Понятие изотопии позволило найти место в периодической системе всем вновь открытым радиоактивным элементам. В дальнейшем все эти элементы естественного происхождения удалось связать в три семейства: урана (28U), тория (22Th) и актиноурана (25U), представленных на рис. 16.2.

Рис. 16.2. Радиоактивные семейства: а – актиноурана, б – урана, в – тория

История синтеза сверхтяжелых элементов — РИА Новости, 01.12.2011

Сегодня их можно получить только искусственным способом.

Развитие науки о строении атомов и ядер, разработка экспериментальных методов превращения элементов привели к расширению периодической таблицы за счет трансурановых элементов. Первый трансурановый элемент с атомным номером 93 был получен в 1940 году. Он был назван нептунием.

В 1940-1953 годах профессором Гленом Сиборгом и его коллегами в Радиационной национальной лаборатории (Беркли, США) были синтезированы искусственные элементы с Z=93-100. Они были получены в реакциях последовательного захвата нейтронов ядрами изотопа урана — 235U в длительных облучениях на мощных ядерных реакторах.

Элемент с Z=101 (менделевий) был открыт в 1955 году при облучении эйнштейния ускоренными a-частицами.

В России в 1957 году для синтеза новых элементов была создана специальная лаборатория в Дубне, которую возглавил член-корреспондент Академии наук СССР  Георгий Николаевич Флеров.

С 1960-х годов началась эпоха ускорителей элементарных частиц — циклотронов, эпоха ускорения тяжелых ионов, когда синтез новых элементов стали производить только при взаимодействии двух тяжелых ядер.

Пять элементов с Z>101 были получены на ускорителях заряженных частиц (циклотрон Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ; Дубна, СССР) и линейный ускоритель тяжелых ионов «Хайлак» (Беркли, США) в ядерных реакциях с ускоренными тяжелыми ионами.

Элементы с атомными номерами, начиная с 105, являются сверхтяжелыми искусственно полученными радиоактивными химическими элементами. Элементы с атомными номерами 104 и далее называются трансактинидными.

Новый элемент не считается открытым до тех пор, пока одна группа исследователей не получит надежных результатов по исследованию его атомов и пока другая (независимая) группа ученых не подтвердит эти результаты.

104-й элемент был впервые синтезирован в Дубне в 1964 году. Его получила группа ученых Лаборатории ядерных реакций во главе с Георгием Флеровым. В 1969 году элемент был получен группой ученых в университете Беркли, Калифорния. В 1997 году элемент получил название резерфордий, символ Rf.

105 элемент был синтезирован в 1970 году двумя независимыми группами исследователей в Дубне (СССР) и Беркли (США). Получил название дубний в честь города Дубна, где располагается Объединенный институт ядерных исследований в котором синтезированы несколько химических элементов, символ Db.

Впервые 106 элемент был получен в СССР Георгием Флеровым с сотрудниками в 1974 году, практически одновременно он был синтезирован в США Гленом Сиборгом с коллегами. В 1997 году Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) утвердил для 106 элемента название сиборгий (в честь Сиборга), символ Sg.

Первые опыты по получению 107 элемента были выполнены в СССР Юрием Оганесяном с группой ученых в 1976 году. Первые надежные сведения о ядерных свойствах 107 элемента были получены в ФРГ в 1981 и 1989 годах. В 1997 году Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) утвердил для 107 элемента название борий (в честь Нильса Бора), символ Bh.

Первые опыты по получению 108 элемента были выполнены в СССР в 1983-1984 годах. Надежные данные о ядерных свойствах 108 элемента были получены в ФРГ в 1984 и 1987 годах. В 1997 году ИЮПАК утвердил для 108 элемента название хассий (по земле Гессен, Германия), символ Hs.

Впервые 109 элемент был получен в ФРГ в 1982 году и подтвержден в 1984 году. В 1994 году ИЮПАК утвердил для 109 элемента название мейтнерий (в честь Лизы Мейтнер), символ Mt.

110 элемент был открыт в 1994 году в Центре исследований тяжелых ионов в Дармштатде (ФРГ) в ходе эксперимента по напылению на пластины специального сплава, содержащего свинец, и его бомбардировки изотопами никеля. Назван дармштадтий в честь города Дармштадт (Германия), где был обнаружен. Символ Ds.

111 элемент тоже был открыт в Германии, получил название рентгений (химический символ Rg) в честь германского ученого Вильгельма-Конрада Рентгена.

112 элемент представляет собой трансурановый элемент, полученный при бомбардировке свинцовой мишени ядрами цинка. Период его полураспада составляет около 34 сек. Элемент был впервые получен в феврале 1996 года на ускорителе тяжелых ионов в Дармштадте. Для получения атомов нового элемента команда ученых использовала ионы цинка с атомным номером 30, которые разгонялись до очень больших энергий в 120-метровом ускорителе, после чего ударялись о мишень из свинца, атомный номер которого равен 82. При слиянии ядер цинка и свинца и происходило формирование ядер нового элемента, порядковый номер которого равен сумме атомных номеров исходных компонентов.

В июне 2009 года ИЮПАК официально признала его существование. В июле 2010 году 112-му элементу было присвоено официальное имя «коперникий».

Более тяжелые элементы — с атомными номерами 112-116 и самый тяжелый на данный момент 118-й элемент — были получены российскими учеными из Объединенного института ядерных исследований в Дубне в 2000-2008 годах, но пока еще ждут официального признания со стороны ИЮПАК.

В 2011 году два из них с номерами 114 и 116 получили официальный статус. Международными экспертами, устанавливающими приоритет открытия и имена для новых элементов таблицы Менделеева, был подтвержден факт открытия новых химических элементов и подтвержден приоритет в этом процессе специалистов группы под руководством академика РАН Юрия Оганесяна из Объединенного института ядерных исследований в подмосковной Дубне, синтезировавших эти элементы при содействии американских коллег из Ливероморской национальной лаборатории.

Элемент под номером 114 был впервые синтезирован в декабре 1998 года путем бомбардировки ядрами кальция-48 мишени из плутония-244, а 116 элемент — в июле 2000 года путем бомбардировки ядрами кальция-48 мишени из кюрия-248.
Новые элементы будут добавлены в периодическую таблицу Менделеева, когда получат название.

Последний успешный эксперимент по синтезу нового сверхтяжелого элемента был проведен в Лаборатории имени Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне в 2010 году, был получен 117-й элемент таблицы Менделеева.

Первые ядра 117 элемента были синтезированы еще в 2009 году, однако ученые долгое время проверяли и анализировали полученные данные.

В апреле 2011 года физики из немецкого Центра исследования тяжелых ионов (GSI) в Дармштадте (Гессен) при участии российских коллег начали эксперимент по синтезу нового химического элемента с атомным номером 120.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Почему 118-й химический элемент назвали в честь российского учёного

Это круче, чем Нобелевская премия! Впервые за 200 лет химический элемент назван в честь действующего российского учёного.

Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) утвердил названияновых четырёх элементов таблицы Менделеева: 113-го, 115-го, 117-го и 118-го. Последний назван в честь российского физика, академика Юрия Оганесяна. Учёные попадали «в клеточку» и раньше: Менделеев, Эйнштейн, Бор, Резерфорд, чета Кюри… Но лишь второй раз в истории это произошло при жизни учёного. Прецедент случился в 1997 году, когда такой чести удостоился Гленн Сиборг. Юрию Оганесяну давно прочат Нобелевскую премию. Но, согласитесь, получить собственную клеточку в таблице Менделеева куда круче.

В нижних строках таблицы вы легко найдёте уран, его атомный номер 92. Все последующие элементы, начиная с 93-го, — это так называемые трансураны. Некоторые из них появились примерно 10 миллиардов лет назад в результате ядерных реакций внутри звёзд. Следы плутония и нептуния были обнаружены в земной коре. Но большинство трансурановых элементов давно распалось, и теперь можно лишь предсказывать, какими они были, чтобы потом пытаться воссоздать их в лабораторных условиях.

Первыми это сделали в 1940 году американские учёные Гленн Сиборг и Эдвин Макмиллан. Родился плутоний. Позднее группа Сиборга синтезировала америций, кюрий, берклий… К тому времени чуть ли не весь мир включился в гонку за сверхтяжёлыми ядрами.

Юрий Оганесян (р. 1933). Выпускник МИФИ, специалист в области ядерной физики, академик РАН, научный руководитель лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Председатель Научного совета РАН по прикладной ядерной физике. Имеет почётные звания в университетах и академиях Японии, Франции, Италии, Германии и других стран. Награждался Государственной премией СССР, орденами Трудового Красного Знамени, Дружбы народов, «За заслуги перед Отечеством» и пр. Фото: wikipedia.org

В 1964 году новый химический элемент с атомным номером 104 впервые синтезировали в СССР, в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ), который находится в подмосковной Дубне. Позднее этот элемент получил имя «резерфордий». Руководил проектом один из основателей института Георгий Флёров. Его имя тоже вписано в таблицу: флеровий, 114.

Юрий Оганесян был учеником Флёрова и одним из тех, кто синтезировал резерфордий, потом дубний и более тяжёлые элементы. Благодаря успехам советских учёных Россия вырвалась в лидеры трансурановой гонки и сохраняет этот статус до сих пор.

Научный коллектив, работа которого привела к открытию, направляет своё предложение в IUPAC. Комиссия рассматривает аргументы «за» и «против», исходя из следующих правил: «…вновь открытые элементы могут быть названы: (а) по имени мифологического персонажа или понятия (включая астрономический объект), (б) по названию минерала или аналогичного вещества, (в) по названию населённого пункта или географической области, (г) в соответствии со свойствами элемента или (д) по имени учёного».

Названия четырём новым элементам присваивали долго, почти год. Дата объявления решения несколько раз отодвигалась. Напряжение нарастало. Наконец 28 ноября 2016 года, по истечении пятимесячного срока для приёма предложений и возражений общественности, комиссия не нашла причин отвергнуть нихоний, московий, теннессин и оганесон и утвердила их.

Кстати, суффикс «-он-» не очень типичен для химических элементов. Для оганесона он выбран потому, что по химическим свойствам новый элемент аналогичен инертным газам — это сходство подчеркивает созвучие с неоном, аргоном, криптоном, ксеноном.

Рождение нового элемента — событие исторического масштаба. На сегодняшний день синтезированы элементы седьмого периода до 118-го включительно, и это не предел. Впереди 119-й, 120-й, 121-й… Изотопы элементов с атомными номерами более 100 зачастую живут не более тысячной доли секунды. И кажется, чем тяжелее ядро, тем короче его жизнь. Это правило действует до 113-го элемента включительно.

В 1960-х годах Георгий Флёров предположил, что оно не обязано неукоснительно соблюдаться по мере углубления в таблицу. Но как это доказать? Поиск так называемых островов стабильности более 40 лет был одной из важнейших задач физики. В 2006 году коллектив учёных под руководством Юрия Оганесяна подтвердил их существование. Научный мир вздохнул с облегчением: значит, смысл искать всё более тяжёлые ядра есть.

Коридор легендарной Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Фото: Дарья Голубович/»Кот Шрёдингера»

Юрий Цолакович, что же всё-таки представляют собой острова стабильности, о которых много говорят в последнее время?

Юрий Оганесян: Вы знаете, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Но только строго определённое количество этих «кирпичиков» связаны друг с другом в единое тело, которое представляет ядро атома. Комбинаций, которые «не срабатывают», оказывается больше. Поэтому, в принципе, наш мир находится в море нестабильности. Да, есть ядра, которые остались со времён образования Солнечной системы, они стабильны. Водород, например. Участки с такими ядрами будем называть «континентом». Он постепенно уходит в море нестабильности по мере того, как мы идём к более тяжёлым элементам. Но, оказывается, если далеко уйти от суши, возникает остров стабильности, где рождаются ядра-долгожители. Остров стабильности — это открытие, которое уже сделано, признано, но точное время жизни долгожителей на этом острове пока не предсказывается достаточно хорошо.

Как были открыты острова стабильности?

Юрий Оганесян: Мы долго их искали. Когда ставится задача, важно, чтобы был однозначный ответ «да» или «нет». Причин нулевого результата на самом деле две: либо ты не дотянулся, либо того, что ищешь, вообще нет. У нас был «ноль» до 2000 года. Мы думали, что, может быть, теоретики и правы, когда рисуют свои красивые картины, но нам до них не дотянуться. В 90-е мы пришли к выводу, что стоит усложнить эксперимент. Это противоречило реалиям того времени: нужна была новая техника, а средств не хватало. Тем не менее к началу ХХI века мы были готовы опробовать новый подход — облучать плутоний кальцием-48.

Почему для вас так важен именно кальций-48, именно этот изотоп?

Юрий Оганесян: Он имеет восемь лишних нейтронов. А мы знали, что остров стабильности там, где избыток нейтронов. Поэтому тяжёлый изотоп плутония-244 облучали кальцием-48. В этой реакции синтезировали изотоп сверхтяжёлого элемента 114 — флеровия-289, который живёт 2,7 секунды. В масштабах ядерных превращений это время считается достаточно длительным и служит доказательством того, что остров стабильности существует. Мы доплыли до него, и по мере продвижения вглубь стабильность только росла.

Фрагмент сепаратора ACCULINNA-2, на котором изучается структура лёгких экзотических ядер. Фото: Дарья Голубович/»Кот Шрёдингера»

Почему, в принципе, была уверенность, что существуют острова стабильности?

Юрий Оганесян: Уверенность появилась, когда стало понятно, что ядро имеет структуру… Давно, ещё в 1928 году, наш великий соотечественник Георгий Гамов (советский и американский физик-теоретик) высказал предположение, что ядерное вещество похоже на каплю жидкости. Когда эту модель начали проверять, выяснилось, что она удивительно хорошо описывает глобальные свойства ядер. Но потом наша лаборатория получила результат, который коренным образом изменил эти представления. Мы выяснили, что в обычном состоянии ядро не ведёт себя подобно капле жидкости, не является аморфным телом, а имеет внутреннюю структуру. Без неё ядро существовало бы всего 10-19 секунды. А наличие структурных свойств ядерной материи приводит к тому, что ядро живёт секунды, часы, а мы надеемся, что может жить сутки, а может быть даже миллионы лет. Эта надежда, быть может, и слишком смелая, но мы надеемся и ищем трансурановые элементы в природе.

Один из самых волнующих вопросов: есть ли предел разнообразию химических элементов? Или их бесконечно много?

Юрий Оганесян: Капельная модель предсказывала, что их не более ста. С её точки зрения есть предел существования новых элементов. Сегодня их открыто 118. Сколько ещё может быть?.. Надо понять отличительные свойства «островных» ядер, чтобы делать прогноз для более тяжёлых. С точки зрения микроскопической теории, которая учитывает структуру ядра, мир наш не кончается за сотым элементом уходом в море нестабильности. Когда мы говорим о пределе существования атомных ядер, мы должны обязательно это учесть.

Есть ли достижение, которое вы считаете главным в жизни?

Юрий Оганесян: Я занимаюсь тем, что мне на самом деле интересно. Иногда увлекаюсь очень сильно. Иногда получается что-то, и я радуюсь, что получилось. Это жизнь. Это не эпизод. Я не принадлежу к категории людей, которые мечтали быть научными работниками в детстве, в школе, нет. Но просто у меня как-то хорошо получалось с математикой и физикой, и поэтому я пошёл в тот вуз, где надо было сдавать эти экзамены. Ну, сдал. И вообще, я считаю, что в жизни мы все очень сильно подвержены случайностям. Правда, ведь? Очень многие шаги в жизни мы делаем совершенно случайным образом. А потом, когда ты становишься взрослым, тебе задают вопрос: «Почему ты это сделал?». Ну, сделал и сделал. Это моё обычное занятие наукой.

«Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента»

Сейчас ОИЯИ строит первую в мире фабрику сверхтяжёлых элементов на базе ускорителя ионов DRIBs-III (Dubna Radioactive Ion Beams), самого мощного в своей области энергий. Там будут синтезировать сверхтяжёлые элементы восьмого периода (119, 120, 121) и производить радиоактивные материалы для мишеней. Эксперименты начнутся в конце 2017 — начале 2018 года. Андрей Попеко, из лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова ОИЯИ, рассказал, зачем всё это нужно.

Андрей Георгиевич, как предсказывают свойства новых элементов?

Андрей Попеко: Основное свойство, из которого следуют все остальные, — это масса ядра. Предсказать её очень сложно, но, исходя из массы, уже можно предположить, как ядро будет распадаться. Есть разные экспериментальные закономерности. Вы можете изучать ядро и, скажем, пытаться описать его свойства. Зная что-то о массе, можно говорить об энергии частиц, которые будет испускать ядро, делать предсказания о времени его жизни. Это довольно громоздко и не очень точно, но более-менее надёжно. А вот если ядро делится спонтанно, прогнозирование становится делом гораздо более сложным и менее точным.

Что мы можем сказать о свойствах 118-го?

Андрей Попеко: Он живёт 0,07 секунды и испускает альфа-частицы с энергией 11,7 МэВ. Это измерено. В дальнейшем можно сравнивать экспериментальные данные с теоретическими и поправлять модель.

На одной из лекций вы говорили, что таблица, возможно, заканчивается на 174-м элементе. Почему?

Андрей Попеко: Предполагается, что дальше электроны просто упадут на ядро. Чем больше заряд ядра, тем сильнее оно притягивает электроны. Ядро — плюс, электроны — минус. В какой-то момент ядро притянет электроны настолько сильно, что они должны упасть на него. Наступит предел элементов.

Могут ли такие ядра существовать?

Андрей Попеко: Полагая, что существует 174-й элемент, мы полагаем, что существует и его ядро. Но так ли это? Уран, 92-й элемент, живёт 4,5 млрд лет, а 118-й — меньше миллисекунды. Собственно, раньше считалось, что таблица заканчивается на элементе, время жизни которого пренебрежимо мало. Потом выяснилось, что не всё так однозначно, если двигаться по таблице. Сначала время жизни элемента падает, потом, у следующего, немножко увеличивается, потом опять падает.

Рулоны с трековыми мембранами — наноматериалом для очистки плазмы крови при лечении тяжёлых инфекционных заболеваний, устранении последствий химиотерапии. Эти мембраны разработали в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ ещё в 1970-е годы. Фото: Дарья Голубович/»Кот Шрёдингера»

Когда увеличивается — это и есть остров стабильности?

Андрей Попеко: Это указание на то, что он есть. На графиках это хорошо видно.

Тогда что же такое сам остров стабильности?

Андрей Попеко: Некоторая область, в которой находятся ядра изотопов, обладающие более долгим по сравнению с соседями временем жизни.

Эту область ещё предстоит найти?

Андрей Попеко: Пока только самый краешек зацепили.

Что вы будете искать на фабрике сверхтяжёлых элементов?

Андрей Попеко: Эксперименты по синтезу элементов занимают много времени. В среднем полгода непрерывной работы. Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента. Кроме того, мы работаем с высокорадиоактивными материалами, и наши помещения должны отвечать специальным требованиям. Но когда создавалась лаборатория, их ещё не было. Сейчас строится отдельное здание с соблюдением всех требований радиационной безопасности — только для этих экспериментов. Ускоритель сконструирован для синтеза именно трансуранов. Мы будем, во-первых, подробно изучать свойства 117-го и 118-го элементов. Во-вторых, искать новые изотопы. В-третьих, пробовать синтезировать ещё более тяжёлые элементы. Можно получить 119-й и 120-й.

Планируются эксперименты с новыми материалами для мишеней?

Андрей Попеко: Мы уже начали работать с титаном. На кальций потратили в общей сложности 20 лет — получили шесть новых элементов.

К сожалению, научных областей, где Россия занимает ведущие позиции, не так много. Как нам удаётся побеждать в борьбе за трансураны?

Андрей Попеко: Собственно, здесь лидерами всегда были Соединённые Штаты и Советский Союз. Дело в том, что основным материалом для создания атомного оружия был плутоний — его требовалось как-то получать. Потом задумались: а не использовать ли другие вещества? Из ядерной теории следует, что нужно брать элементы с чётным номером и нечётным атомным весом. Попробовали кюрий-245 — не подошёл. Калифорний-249 тоже. Стали изучать трансурановые элементы. Так получилось, что первыми этим вопросом занялись Советский Союз и Америка. Потом Германия — там в 60-е годы была дискуссия: стоит ли ввязываться в игру, если русские с американцами уже всё сделали? Теоретики убедили, что стоит. В итоге немцы получили шесть элементов: со 107-го по 112-й. Кстати, метод, который они выбрали, разрабатывал в 70-е годы Юрий Оганесян. И он, будучи директором нашей лаборатории, отпустил ведущих физиков помогать немцам. Все удивлялись: «Как это?» Но наука есть наука, здесь не должно быть конкуренции. Если есть возможность получить новые знания, надо участвовать.

Сверхпроводящий ECR-источник — при помощи которого получают пучки высоко-зарядных ионов ксенона, йода, криптона, аргона. Фото: Дарья Голубович/»Кот Шрёдингера»

В ОИЯИ выбрали другой метод?

Андрей Попеко: Да. Оказалось, что тоже удачный. Несколько позже подобные эксперименты стали проводить японцы. И синтезировали 113-й. Мы получили его почти на год раньше как продукт распада 115-го, но не стали спорить. Бог с ними, не жалко. Эта группа японская стажировалась у нас — многих из них мы знаем лично, дружим. И это очень хорошо. В некотором смысле это наши ученики получили 113-й элемент. Они же, кстати, подтвердили наши результаты. Желающих подтверждать чужие результаты немного.

Для этого нужна определённая честность.

Андрей Попеко: Ну да. А как по-другому? В науке, наверное, вот так.

Каково это — изучать явление, которое по-настоящему поймут от силы человек пятьсот во всём мире?

Андрей Попеко: Мне нравится. Я всю жизнь этим занимаюсь, 48 лет.

Большинству из нас невероятно сложно понять, чем вы занимаетесь. Синтез трансурановых элементов — не та тема, которую обсуждают за ужином с семьёй.

Андрей Попеко: Мы генерируем новые знания, и они не пропадут. Если мы можем изучать химию отдельных атомов, значит, обладаем аналитическими методами высочайшей чувствительности, которые заведомо пригодны для изучения веществ, загрязняющих окружающую среду. Для производства редчайших изотопов в радиомедицине. А кто поймёт физику элементарных частиц? Кто поймёт, что такое бозон Хиггса?

Да. Похожая история.

Андрей Попеко: Правда, людей, понимающих, что такое бозон Хиггса, всё же больше, чем разбирающихся в сверхтяжёлых элементах… Эксперименты на Большом адронном коллайдере дают исключительно важные практические результаты. Именно в Европейском центре ядерных исследований появился интернет.

Интернет — любимый пример физиков.

Андрей Попеко: А сверхпроводимость, электроника, детекторы, новые материалы, методы томографии? Всё это побочные эффекты физики высоких энергий. Новые знания никогда не пропадут.

Боги и герои. В честь кого называли химические элементы

Ванадий, V (1801 г.). Ванадис — скандинавская богиня любви, красоты, плодородия и войны (как у неё всё это получается?). Повелительница валькирий. Она же Фрейя, Гефна, Хёрн, Мардёлл, Сюр, Вальфрейя. Это имя дано элементу потому, что он образует разноцветные и очень красивые соединения, а богиня вроде тоже очень красивая.

Ниобий, Nb (1801 г.). Изначально назывался колумбием в честь страны, откуда привезли первый образец минерала, содержащего этот элемент. Но потом был открыт тантал, который практически по всем химическим свойствам совпадал с колумбием. В итоге решено было назвать элемент именем Ниобы, дочери греческого царя Тантала.

Палладий, Pd (1802 г.). В честь открытого в том же году астероида Паллада, название которого тоже восходит к мифам Древней Греции.

Кадмий, Cd (1817 г.). Изначально этот элемент добывали из цинковой руды, греческое название которой напрямую связано с героем Кадмом. Сей персонаж прожил яркую и насыщенную жизнь: победил дракона, женился на Гармонии, основал Фивы.

Прометий, Pm (1945 г.). Да, это тот самый Прометей, который отдал огонь людям, после чего имел серьёзные проблемы с божественными властями. И с печенью.

Самарий, Sm (1878 г.). Нет, это не совсем в честь города Самары. Элемент был выделен из минерала самарскита, который предоставил европейским учёным горный инженер из России Василий Самарский-Быховец (1803-1870). Можно считать это первым попаданием нашей страны в таблицу Менделеева (если не брать в расчёт её название, конечно).

Гадолиний, Gd (1880 г. Назван в честь Юхана Гадолина (1760-1852), финского химика и физика, открывшего элемент иттрий.

Тантал, Ta (1802 г.). Греческий царь Тантал обидел богов (есть разные версии, чем именно), за что в подземном царстве его всячески мучили. Примерно так же страдали учёные, пытаясь получить чистый тантал. На это ушло больше ста лет.

Торий, Th (1828 г.). Первооткрывателем был шведский химик Йёнс Берцелиус, который и дал элементу имя в честь сурового скандинавского бога Тора.

Кюрий, Cm (1944 г.). Единственный элемент, названный в честь двух человек — нобелевских лауреатов супругов Пьера (1859-1906) и Марии (1867-1934) Кюри.

Эйнштейний, Es (1952 г.). Тут всё понятно: Эйнштейн, великий учёный. Правда, синтезом новых элементов никогда не занимался.

Фермий, Fm (1952 г). Назван в честь Энрико Ферми (1901-1954), итало-американского учёного, внёсшего большой вклад в развитие физики элементарных частиц, создателя первого ядерного реактора.

Менделевий, Md (1955 г.). Это в честь нашего Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907). Странно только, что автор периодического закона попал в таблицу не сразу.

Нобелий, No (1957 г.). Вокруг названия этого элемента долго шли споры. Приоритет в его открытии принадлежит учёным из Дубны, которые назвали его жолиотием в честь ещё одного представителя семейства Кюри — зятя Пьера и Марии Фредерика Жолио-Кюри (тоже нобелевского лауреата). Одновременно с этим группа физиков, работавших в Швеции, предложила увековечить память Альфреда Нобеля (1833-1896). Довольно долго в советской версии таблицы Менделеева 102-й значился как жолиотий, а в американской и европейской — как нобелий. Но в итоге ИЮПАК, признавая советский приоритет, оставил западную версию.

Лоуренсий, Lr (1961 г.). Примерно та же история, что и с нобелием. Учёные из ОИЯИ предложили назвать элемент резерфордием в честь «отца ядерной физики» Эрнеста Резерфорда (1871-1937), американцы — лоуренсием в честь изобретателя циклотрона физика Эрнеста Лоуренса (1901-1958). Победила американская заявка, а резерфордием стал 104-й элемент.

Резерфордий, Rf (1964 г.). В СССР он назывался курчатовием в честь советского физика Игоря Курчатова. Окончательное название было утверждено ИЮПАК только в 1997 году.

Сиборгий, Sg (1974 г.). Первый и единственный до 2016 года случай, когда химическому элементу присвоили имя здравствующего учёного. Это было исключение из правила, но уж больно велик вклад Гленна Сиборга в синтез новых элементов (примерно десяток клеток в таблице Менделеева).

Борий, Bh (1976 г.). Тут тоже была дискуссия о названии и приоритете открытия. В 1992 году советские и немецкие учёные договорились назвать элемент нильсборием в честь датского физика Нильса Бора (1885-1962). ИЮПАК утвердил сокращённое название — борий. Это решение нельзя назвать гуманным по отношению к школьникам: им приходится запомнить, что бор и борий — это совершенно разные элементы.

Мейтнерий, Mt (1982 г.). Назван в честь Лизы Мейтнер (1878-1968), физика и радиохимика, работавшей в Австрии, Швеции и США. Кстати, Мейтнер была одним из немногих крупных учёных, отказавшихся участвовать в Манхэттенском проекте. Будучи убеждённой пацифисткой, она заявила: «Я не стану делать бомбу!».

Рентгений, Rg (1994 г.). В этой клеточке увековечен открыватель знаменитых лучей, первый в истории нобелевский лауреат по физике Вильгельм Рентген (1845-1923). Элемент синтезировали немецкие учёные, правда, в исследовательскую группу входили и представители Дубны, в том числе Андрей Попеко.

Коперниций, Cn (1996 .). В честь великого астронома Николая Коперника (1473-1543). Как он оказался в одном ряду с физиками XIX-XX века, не совсем понятно. И уж совсем непонятно, как называть элемент по-русски: коперниций или коперникий? Допустимыми считаются оба варианта.

Флеровий, Fl (1998 г.). Утвердив это название, международное сообщество химиков продемонстрировало, что ценит вклад российских физиков в синтез новых элементов. Георгий Флёров (1913-1990) руководил лабораторией ядерных реакций в ОИЯИ, где были синтезированы многие трансурановые элементы (в частности, от 102-го до 110-го). Достижения ОИЯИ увековечены также в названиях 105-го элемента (дубний), 115-го (московий — в Московской области расположена Дубна) и 118-го (оганесон).

Оганесон, Og (2002 г.). Первоначально о синтезе 118-го элемента заявили американцы в 1999 году. И предложили назвать его гиорсий в честь физика Альберта Гиорсо. Но их эксперимент оказался ошибочным. Приоритет открытия признали за учёными из Дубны. Летом 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название оганесон в честь Юрия Оганесяна.

Радиогенные элементы — полоний и ра́дий

Химические элементы полоний и ра́дий неотделимы от имён их первооткрывателей – супругов Кюри, которые потратили на их поиски годы непрерывного титанического труда. Кюри пытались добыть новые элементы посредством долгих процедур очистки урановой руды, её выщелачивания, дистилляции и заморозки. За четыре года работы через их руки прошло более восьми тонн урановой смоляной руды!

Урановая смоляная руда UO2, размер 12 см. Остравский технический университет (Чехия).

После того, как в 1896 году французский физик Антуан Беккерель открыл явление «радиоактивности», тут же встал вопрос о том: что же представляют собой открытые им лучи, и существуют ли в природе элементы, кроме урана, способные их испускать? Заняться решением этой задачи он предложил молодому физику Пьеру Кюри, который, в свою очередь, подключил к поискам свою супругу Марию Склодовскую-Кюри. Они установили, что интенсивность излучения пропорциональна количеству чистого урана, заключенного в соединении, и не зависит от формулы соединения и внешних условий, в которых оно находится — освещённость или температура. Вскоре супруги натолкнулись на необъяснимое явление: два исследуемых ими урановых минерала давали более интенсивное излучение, чем чистый уран. Родилось предположение, что минералы содержат примесь какого-то нового элемента, с более мощным излучением, чем у урана. В1898 году Мария Склодовская-Кюри доложила французской академии о том, что радиоактивным может быть не только урановое излучение. Скепсис коллег на эту тему только подстегнул супругов. Они были настолько убеждены в своей правоте, что даже придумали название новому элементу – полоний ( Po, в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши, лат. Polonia).

Их каторжный труд был оправдан с лихвой. Поиски «иголки в стоге сена» завершились успехом гораздо большего масштаба, чем ожидали. В июле 1898 г. Кюри сделали сообщение об открытии нового элемента полония, а в декабре того же года сообщили о другом неизвестном элементе – радии (Ra, от лат. radius — луч), интенсивность излучения которого в сотни раз превосходила урановое. Однако, почему искали один элемент, а нашли в итоге – два? Было замечено, что после фильтрации урановых руд осадок оставался по-прежнему радиоактивным. После его детального изучения оказалось, что будущий полоний осаждался с висмутом, а будущий радий — с барием.
Так были открыты два новых радиоактивных элемента, занимающие в Таблице Менделеева клетки 84 и 88. Позже выяснится, что все природные запасы полония и радия порождены радиоактивным распадом долгоживущих изотопов урана и тория, поэтому их называют радиогенными.

В 1903 году Беккерель и супруги Кюри получили Нобелевскую премию по физике за исключительные заслуги перед наукой при исследовании явлений радиоактивности.

В настоящее время радий применяют для кратковременного облучения при лечении злокачественных опухолей и как источник радона для приготовления радоновых ванн. Один из изотопов элемента №84 — полоний-210 используют для производства мощных и компактных источников тепла для автономных установок на космических кораблях. Полоний-210 в сплаве с лёгким изотопом лития становится веществом, которое способно существенно снизить критическую массу ядерного заряда и послужить ядерным детонатором. Поэтому полоний является стратегическим металлом, и его получение и хранение должны находиться под строжайшим контролем государства!

24.05.2019  Опубликованы результаты Всероссийского химического диктанта

Вчера, 23 мая, на сайте химическийдиктант.рф появились результаты зарегистрированных участников Второго Всероссийского химического диктанта.  

Его писали в стране 18 мая. В Великом Новгороде диктант состоялся на базе Института сельского хозяйства и природных ресурсов НовГУ. Напомним, что организаторами Всероссийского химического диктанта выступили химический факультет Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, корпорация «Российский учебник» и Ассоциация учителей и преподавателей химии.

В НовГУ организацией диктанта занимались преподаватели кафедры фундаментальной и прикладной химии. В нем приняли участие 252 человека, в основном это – студенты и школьники Великого Новгорода от 15 до 25 лет.  

Химический диктант состоял из 25 вопросов. Вот лишь некоторые из них:

· Химия как наука началась с изучения газов. Многие газы были открыты в XVIII веке, тогда их называли «воздухом»: «огненный воздух», «связанный воздух», «щелочной воздух». А какое вещество называли «горючим воздухом»?

· Вопрос для знатоков химии. Одно из основных понятий химии – валентность. Ее легко определить по структурной формуле. Но попробуем найти валентность по молекулярной формуле. В какой молекуле валентности всех атомов одинаковы?

· Элемент X входит в состав витамина и неорганических пигментов, используется для радиотерапии и изготовления сильных магнитов, его добавляют в сплавы железа для увеличения твердости. Какой это элемент?

· Ядра радиоактивных элементов со временем распадаются на более простые. Все радиоактивные элементы за одним исключением – металлы. Единственный радиоактивный элемент-неметалл имеет символ…

· Одно из лучших изобретений химиков – катализаторы. Они позволяют не только ускорить химические реакции, но и направить их в сторону образования полезных веществ. Какой промышленный процесс требует применения катализаторов?

Все участники Всероссийского химического диктанта получили сертификаты.

 

Служба новостей Новгородского университета

Хлопин В. Г. Избранные труды. Т. 1. — 1957 — Электронная библиотека «История Росатома»

Закладок нет.

 

 

ОбложкаФронтиспис12345678910111213141516 пустая1718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172173174175176177178179180181182183184185186187188189190191192193194195196197198199200201202203204205206207208209210211212213214215216217218219220221222223224225226227228229230231232233234235236237238 пустая239240 пустая241242243244245246247248249250251252253254255256257258259260261262263264265266267268269270271272273274275276 пустая277278279280281282283284285286287288289290291292293294295296297298299300301302303304305306307308309310311312313314 пустая315316 пустая317318319320321322323324325326327328329330331332333334335336337338339340341342343344345346347348349350351352353354355356357358359360361362363364365366367368369370371372372 вкл. 1Обложка – Фронтиспис1 – 23 – 45 – 67 – 89 – 1011 – 1213 – 1415 – 16 пустая17 – 1819 – 2021 – 2223 – 2425 – 2627 – 2829 – 3031 – 3233 – 3435 – 3637 – 3839 – 4041 – 4243 – 4445 – 4647 – 4849 – 5051 – 5253 – 5455 – 5657 – 5859 – 6061 – 6263 – 6465 – 6667 – 6869 – 7071 – 7273 – 7475 – 7677 – 7879 – 8081 – 8283 – 8485 – 8687 – 8889 – 9091 – 9293 – 9495 – 9697 – 9899 – 100101 – 102103 – 104105 – 106107 – 108109 – 110111 – 112113 – 114115 – 116117 – 118119 – 120121 – 122123 – 124125 – 126127 – 128129 – 130131 – 132133 – 134135 – 136137 – 138139 – 140141 – 142143 – 144145 – 146147 – 148149 – 150151 – 152153 – 154155 – 156157 – 158159 – 160161 – 162163 – 164165 – 166167 – 168169 – 170171 – 172173 – 174175 – 176177 – 178179 – 180181 – 182183 – 184185 – 186187 – 188189 – 190191 – 192193 – 194195 – 196197 – 198199 – 200201 – 202203 – 204205 – 206207 – 208209 – 210211 – 212213 – 214215 – 216217 – 218219 – 220221 – 222223 – 224225 – 226227 – 228229 – 230231 – 232233 – 234235 – 236237 – 238 пустая239 – 240 пустая241 – 242243 – 244245 – 246247 – 248249 – 250251 – 252253 – 254255 – 256257 – 258259 – 260261 – 262263 – 264265 – 266267 – 268269 – 270271 – 272273 – 274275 – 276 пустая277 – 278279 – 280281 – 282283 – 284285 – 286287 – 288289 – 290291 – 292293 – 294295 – 296297 – 298299 – 300301 – 302303 – 304305 – 306307 – 308309 – 310311 – 312313 – 314 пустая315 – 316 пустая317 – 318319 – 320321 – 322323 – 324325 – 326327 – 328329 – 330331 – 332333 – 334335 – 336337 – 338339 – 340341 – 342343 – 344345 – 346347 – 348349 – 350351 – 352353 – 354355 – 356357 – 358359 – 360361 – 362363 – 364365 – 366367 – 368369 – 370371 – 372372 вкл. 1

 

 

Радиоактивный элемент — обзор

V.F Удаление радиоактивных отходов

Химические отходы, содержащие радиоактивные элементы, представляют собой особенно сложные проблемы захоронения. Трудности частично технические, а частично политические: радиоактивные составляющие, попадающие в грунтовые и поверхностные воды, должны сохраняться в чрезвычайно малых количествах в течение очень долгого времени, а страх перед таинственными эффектами радиации заставляет политиков неохотно рассматривать вопрос об утилизации радиоактивных отходов. на территории их составляющих.

Радиоактивные элементы широко распространены в материалах земной коры и в небольших количествах входят в состав живых тканей всех растений и животных. Радиоактивные атомы производятся в воздухе космическими лучами, которым постоянно подвергается окружающая среда. Дополнительное радиационное облучение большей части населения происходит в результате обычного использования рентгеновских лучей в медицинской диагностике и терапии. Таким образом, радиация — это просто часть нашей окружающей среды, и ее нельзя считать вредной сама по себе.Даже в тех регионах Земли, где радиоактивных минералов больше, чем обычно, а уровень радиации несколько выше, чем в среднем в мире, не было продемонстрировано никакого вреда для жителей. Тревожная особенность радиоактивных отходов заключается не в том, что они генерируют радиацию, а в том, что количество излучения настолько велико. Известно, что такое концентрированное излучение губительно для живых организмов. Более того, ущерб от радиации, по крайней мере частично, является кумулятивным, так что повторное воздействие малых доз может привести к болезни много лет спустя.Неизвестно, какое именно количество радиации можно переносить без долгосрочных последствий, но при отсутствии этих знаний, очевидно, желательно, чтобы радиоактивные отходы были максимально эффективно изолированы от окружающей среды, в которой мы живем.

Радиоактивный материал в отходах обычно включает в себя множество элементов, некоторые из которых быстро распадаются до нерадиоактивных дочерей и, таким образом, становятся безвредными, а другие остаются опасно радиоактивными в течение длительного времени, вплоть до многих сотен тысяч лет.Проблема изоляции сложна главным образом из-за этих долгоживущих элементов: безусловно, можно воздвигнуть барьеры, чтобы не допустить попадания радиоактивных элементов в окружающую среду в течение десятилетий или столетий, но нельзя полагаться, что ни одна искусственная конструкция выдержит 10 000 или 100 000 человек. г. В конечном итоге, что бы ни было сделано для удаления отходов, существует возможность разрушения искусственных барьеров и воздействия на отходы естественных агентов окружающей среды, особенно грунтовых вод, поскольку планы по удалению обычно предусматривают размещение значительно ниже поверхности земли.Таким образом, геохимическая проблема захоронения радиоактивных отходов заключается в том, чтобы определить местонахождение мест, где подземные воды движутся так медленно, где их состав не вызывает коррозии и где прилегающая порода содержит такое количество сорбирующего материала, что не более чем незначительные количества радиоактивного материала будут растворяются в грунтовых водах и переносятся ими в поверхностные среды даже в течение очень долгого времени. Поиску таких мест было посвящено много исследований, и было найдено несколько вероятных кандидатов, но всегда остается некоторая небольшая неопределенность относительно того, насколько точно можно предсказать поведение горных пород и грунтовых вод на 100 000 лет в будущем.

Произошло много видов радиоактивных отходов, от таких материалов с низким уровнем активности, как слегка загрязненное лабораторное оборудование и одежда, до сильно радиоактивных топливных стержней ядерных реакторов, которые были удалены после многих месяцев нейтронной бомбардировки содержащегося в них урана. Различные типы требуют разных методов утилизации. Отходы с низким уровнем активности, особенно если большинство их радиоактивных материалов представляют собой элементы с коротким периодом полураспада, можно безопасно захоронить в неглубоких крытых траншеях у поверхности.Однако высокоактивные отходы требуют захоронения на глубине нескольких сотен метров под землей. Различные методы захоронения призваны гарантировать, что радиация, достигающая окружающей среды из любого хранилища отходов, будет не больше, чем радиация от рудных залежей радиоактивных элементов, другими словами, не больше, чем люди подвергались воздействию на протяжении многих тысячелетий.

Вырабатывая ядерную энергию за счет деления атомов урана, а затем закапывая образующиеся радиоактивные отходы, люди будут комплексно изменять окружающую среду.С геологической точки зрения изменение незначительное, но постоянное: добыча урана и его бомбардировка нейтронами в реакторах удаляют с Земли часть урана, которым изначально была наделена наша планета. Это означает, что в далеком будущем, после того, как все вновь образовавшиеся радиоактивные элементы распадутся, общее количество радиации, которому подвергаются живые организмы, будет уменьшено. В ближайшем будущем некоторые части окружающей среды могут подвергнуться временному значительному воздействию, если отходы, содержащие новые элементы, не будут утилизированы должным образом.Но если земная поверхность будет защищена в течение десятков тысяч лет за счет размещения отходов глубоко под землей, общее изменение поверхностной среды будет незаметным.

Радиоактивные элементы | Департамент здравоохранения штата Вермонт

Радиоактивные материалы выделяют форму энергии, называемую ионизирующим излучением. Когда человек вступает в контакт с излучением, энергия может поглощаться телом.

Следующие радиоактивные элементы встречаются в окружающей среде естественным образом.

Альфа-излучение

Альфа-излучение — это тип энергии, выделяющейся при распаде или разрушении определенных радиоактивных элементов. Например, уран и торий — два радиоактивных элемента, которые естественным образом встречаются в земной коре. В течение миллиардов лет эти два элемента медленно меняют форму и производят продукты распада, такие как радий и радон. Во время этого процесса высвобождается энергия. Одна из форм этой энергии — альфа-излучение.

Подробнее об альфа-излучении в питьевой воде

Уран

Уран — радиоактивный элемент, который можно найти в почве, воздухе, воде, камнях, растениях и продуктах питания.Уран очень медленно распадается или распадается на другие элементы, включая радий и радон.

Узнать больше об уране в питьевой воде

Радий

Радий — это радиоактивный металл, который можно найти в разном количестве по всему Вермонту и на всей Земле — в почве, воде, камнях, растениях и продуктах питания.

Узнать больше о радии в питьевой воде

Радон

Радон — радиоактивный газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса. Радон образуется в результате распада урана, который является радиоактивным элементом, естественным образом обнаруживаемым в земной коре.За миллиарды лет уран распадается на радий и, в конечном итоге, на радон.

Подробнее о радоне в воздухе помещений и питьевой воде

Полоний

Полоний (Po-210) — это радиоактивный материал, который в природе встречается в окружающей среде в очень низких концентрациях. Его можно производить на университетских или государственных ядерных реакторах, но для этого требуются специальные знания.

Po-210 становится радиационной опасностью только в том случае, если он попадает внутрь организма через дыхание, еду или попадание через рану.Это внутреннее заражение может вызвать облучение органов, что может привести к серьезным медицинским симптомам или смерти. По-210 и его излучение не проникают через неповрежденную кожу или мембраны. Это не внешняя опасность для тела. Большинство следов можно удалить путем тщательной мойки.

Узнать больше о полонии

Что это такое и как они сделаны?

Отчет ACHRE Введение Атомный век До атомной эры: «теневые картинки», радиоизотопы и начало экспериментов с человеческим излучением Манхэттенский проект: новый и тайный мир человеческих экспериментов Комиссия по атомной энергии и послевоенные биомедицинские исследования в области радиации Преобразование в правительстве — спонсируемые исследования Последствия Хиросимы и Нагасаки: возникновение Бюро радиационных исследований времен холодной войны Новые этические вопросы для медицинских исследователей Заключение Основы радиационной науки Что такое ионизирующее излучение? Что такое радиоактивность? Что такое атомный номер и атомный вес? Радиоизотопы: что это такое и как они производятся? Как радиация влияет на людей? Как мы измеряем биологическое воздействие внешнего излучения? Как мы измеряем биологическое воздействие внутренних излучателей? Как ученые определяют долгосрочные риски, связанные с радиацией?

Радиоизотопы: что это такое и как они производятся? Что такое изотопы? Изотопы элемента — это все атомы, в ядре которых есть число протонов (атомный номер), соответствующее химическому поведению этого элемента.Однако изотопы одного элемента различаются по количеству нейтронов в их ядрах. Поскольку у них по-прежнему одинаковое количество протонов, все эти изотопы элемента имеют идентичное химическое поведение . Но поскольку у них разное количество нейтронов, эти изотопы одного и того же элемента могут иметь разную радиоактивность . Радиоактивный изотоп называется радиоизотопом или радионуклидом . Два примера могут помочь прояснить это. Самый стабильный изотоп урана, U-238, имеет атомный номер 92 (протоны) и атомный вес 238 (92 протона плюс 146 нейтронов).Однако изотоп урана, имеющий наибольшее значение для атомных бомб, U-235, имеет на три нейтрона меньше. Таким образом, он также имеет атомный номер 92 (поскольку количество протонов не изменилось), но атомный вес 235 (92 протона плюс только 143 нейтрона). Химическое поведение U-235 идентично всем другим формам урана, но его ядро ​​менее стабильно, что дает ему более высокую радиоактивность и большую восприимчивость к цепным реакциям, которые приводят в действие как атомные бомбы, так и ядерные реакторы деления. Другой пример — йод, элемент, необходимый для здоровья; Недостаток йода в рационе может привести к зобу. Йод также является одним из первых элементов, радиоизотопы которого использовались в так называемой ядерной медицине. Наиболее распространенная стабильная форма йода имеет атомный номер , , 53 (протоны) и атомный вес, , 127 (53 протона плюс 74 нейтрона). Поскольку его ядро ​​имеет «правильное» количество нейтронов, оно стабильно и не радиоактивно.Менее стабильная форма йода также имеет 53 протона (это то, что заставляет его химически вести себя как йод), но четыре дополнительных нейтрона для общего атомного веса 131 (53 протона и 78 нейтронов). Имея в ядре «слишком много» нейтронов, он нестабилен и радиоактивен с периодом полураспада восемь дней. Поскольку химически ведет себя как йод, он перемещается по всему телу и локализуется в щитовидной железе, как и стабильная форма йода. Но поскольку он радиоактивен, его присутствие можно обнаружить.Таким образом, йод-131 стал одним из первых радиоактивных индикаторов. Как можно получить разные изотопы элемента? Как можно производить изотопы, особенно радиоизотопы, которые могут служить многим полезным целям? Есть два основных метода: разделение и синтез. Некоторые изотопы встречаются в природе. Если они радиоактивны, это обычно радиоизотопы с очень длительным периодом полураспада. Например, уран-235 составляет около 0,7% природного урана на Земле.[89] Задача состоит в том, чтобы отделить это очень небольшое количество от гораздо большей массы других форм урана. Сложность в том, что все эти формы урана, поскольку все они имеют одинаковое количество электронов, будут иметь идентичное химическое поведение: они будут связываться идентичным образом с другими атомами. Химическое разделение, развитие химической реакции, которая будет связывать только атомы урана, будет разделять атомы урана, но не различать различные изотопы урана. Единственная разница между изотопами урана — это их атомный вес .Пришлось разработать метод сортировки атомов по весу. Первоначальное предложение заключалось в использовании центрифуги . Основная идея проста: вращать атомы урана, как если бы они были на очень быстрой карусели. Более тяжелые будут дрейфовать наружу быстрее, и их можно будет вытащить. На практике эта техника представляла собой огромную проблему: цель состояла в том, чтобы отобрать ту очень небольшую часть атомов урана, которая была легче своих собратьев. Трудности были настолько огромными, что в 1942 году от плана отказались.[90] Вместо этого была разработана методика газовой диффузии . Опять же, основная идея была очень простой: скорость, с которой газ проходит ( рассеивается) от до через фильтр, зависит от веса молекул газа: более легкие молекулы диффундируют быстрее. Молекулы газа, содержащие U-235, будут диффундировать немного быстрее, чем молекулы газа, содержащие более распространенный, но также более тяжелый U-238. Этот метод также представлял огромные технические проблемы, но в конечном итоге был реализован на гигантском газодиффузионном заводе в Ок-Ридже, штат Теннесси.В этом процессе уран химически соединялся с фтором с образованием гексафторида перед разделением путем диффузии. Это непрактичный метод извлечения радиоизотопов для научных и медицинских целей. Он был чрезвычайно дорогим и мог поставлять только изотопы природного происхождения. Более эффективный подход — искусственное производство радиоизотопов. Это можно сделать, запустив высокоскоростные частицы в ядро ​​атома. При ударе ядро ​​может поглотить частицу или стать нестабильным и испустить частицу.В любом случае количество частиц в ядре изменится, образуя изотоп. Одним из источников высокоскоростных частиц мог бы быть циклотрон. Циклотрон ускоряет частицы по круговой гоночной трассе с помощью периодических толчков электрического поля. Частицы набирают скорость с каждым толчком, точно так же, как ребенок качается выше с каждым толчком на качелях. При достаточно быстром движении частицы направляются с гоночной трассы в цель. Однако циклотрон работает только с заряженными частицами.Еще один источник пуль — нейтроны, уже стреляющие внутри ядерного реактора. Нейтроны обычно ударяют по ядрам топлива, делая их нестабильными и заставляя ядра расщепляться (делиться) на два больших фрагмента и два-три «свободных» нейтрона. Эти свободные нейтроны, в свою очередь, делают нестабильными дополнительные ядра, вызывая дальнейшее деление. Результат — цепная реакция. Слишком много нейтронов может привести к неконтролируемой цепной реакции с выделением слишком большого количества тепла и, возможно, вызвать «расплавление».«Следовательно,« избыточные »нейтроны обычно поглощаются« управляющими стержнями ». Однако эти избыточные нейтроны также могут поглощаться мишенями из тщательно подобранного материала, помещенного в реактор. Таким образом, избыточные нейтроны используются для создания радиоактивных изотопов материалы, помещенные в мишени На практике ученые, использующие как циклотроны, так и реакторы, научились правильному сочетанию атомов мишени и стреляющих частиц, чтобы «приготовить» широкий спектр полезных радиоизотопов.

Части Периодической таблицы

Актиниды , элементы 90-103, следуют за актинием на периодическая таблица. У них есть электронная конфигурация 5 f ^x 6 d ¹ 7 с ² . За исключением актиния, тория и урана актиниды не обнаружены естественно, и вместо этого производятся синтетически путем бомбардировки нейтронами. или в ускорителях частиц.

Торий (Th, Z = 90)

Торий — мягкий серебристый радиоактивный металл. Он назван в честь Тор, норвежский бог грома. Он находится в земной коре на концентрация 12 частей на миллион, что делает его 37-м наиболее распространенным элементом, и самый распространенный из актинидов. Встречается в рудах торита. [ThSiO ₄ ], ураноторит [(U, Th) SiO ₄ ] и торианит [ThO ₂ ].Он также содержится в монаците (см. Введение для разреза лантаноидов) как оксид тория ThO ₂ в концентрациях до 12%.

Торий медленно реагирует на воздухе и в воде. Оксид образует защитное покрытие по металлу, что делает его устойчивым при высоких температурах. В своих соединениях он находится в степени окисления +4. Все изотопы тория радиоактивны; самый стабильный изотоп — это торий-232 с периодом полураспада 14 000 000 000 лет; этот изотоп содержит почти 100% тория, встречающегося в природе в мире. Поскольку торий является слабым альфа-излучателем, его относительно безопасно использовать в некоторые коммерческие приложения. Торий используется как легирующий агент. для некоторых металлов, таких как магний, для улучшения их высокотемпературной сила. Он также используется в электронных фотодатчиках для измерения ультрафиолетовое излучение.

Оксид тория (IV), ThO ₂ , использовался в мантии в переносные газовые фонари. Это ингредиент некоторых высококачественных линзы, так как образует очки с высоким показателем преломления и низким дисперсия.Он также используется в высокотемпературной лаборатории. тиглей, так как он имеет очень высокую температуру плавления 3300 ° C. это также используется в качестве катализатора превращения аммиака в азотную кислоту, в крекинг нефти и производство серной кислоты.

Торий-232 может быть преобразован в торий-233 путем бомбардировки нейтронов, затем распадаясь на протактиний-233, а затем на уран-233. Уран-233 делится по цепочке ядер реакция, и этот цикл может быть использован в ядерном синтезе растения.Поскольку тория больше, чем урана, это может быть некоторые надежды появятся в последующих поколениях атомных электростанций.

Протактиний (Па, Z = 91)

Протактиний — серебристо-белый радиоактивный металл. Его имя происходит от греческого слова прото и актиний , что означает «родитель актиния», потому что он подвергается радиоактивному распаду с образованием актиний.Он содержится в земной коре в незначительных количествах и является среди десяти наименее распространенных элементов. Встречается в урановых рудах. такие как уран, в очень низких концентрациях.

Протактиний чрезвычайно радиоактивен. На воздухе медленно окисляется. В своих соединениях он находится в степенях окисления +4 и +5. Есть два встречающихся в природе изотопа протактиния: протактиний-234 с периодом полураспада 6 часов 42 минуты, и протактиний-231 с периодом полураспада 32 500 лет.Потому что это так высокорадиоактивный и токсичный, коммерческое применение для протактиний.

Уран (U, Z = 92)

Уран — блестящий, серебристо-белый, твердый, плотный, пластичный, радиоактивный металл. Он назван в честь планеты Уран, которая когда-то была открыли за несколько лет до открытия элемента в 1789 году. планета Уран, в свою очередь, была названа в честь греческого бога неба.) Он содержится в земной коре в концентрации 2 ppm, что делает его 48-й по численности элемент. Встречается в урановых рудах. [в основном оксид урана (IV), UO ₂ ], уранинит [UO ₂ , UO ₃ , и следы других минералов], аутунит [Ca (UO ₂ ) ₂ (PO ₄ ) ₂ (10-12) H ₂ O], карнотит [K ₂ (UO ₂ ) ₂ (VO ₄ ) ₂ 3H ₂ O], самарскит [(Y, Fe, U) (Nb, Ta) ₅ O ₄ и следы других редкоземельных элементов элементы], торбернит [Cu (UO ₂ ) ₂ (PO ₄ ) ₂ (8-12) H ₂ O], бетафит [(Ca, U) ₂ (Ti, Nb, Ta) ₂ O ₆ (OH)], уранофан [Ca (UO ₂ ) ₂ (SiO ₃ ) ₂ (OH) ₂ 5H ₂ O], и коффинит [U (SiO ₄ ) _1-x (OH) _4x ]. Бурый уголь и монацитовая руда также содержат следовые количества урана.

Уран тускнеет на воздухе, образуя оксидное покрытие. В своем соединений, уран обычно находится в степенях окисления +4 или +6. Во многих соединениях уран присутствует в виде уранил-иона UO ₂ ²⁺ .

Одно из важнейших свойств урана не было обнаружено. до 1896 года, когда Анри Беккерель обнаружил, что уран радиоактивен. В одном из классических примеров «случайного» открытия в науке он поместил образец солей урана рядом с фотопластинкой, намереваясь изучить фосфоресценцию урана при воздействии солнечного света. Однако он обнаружил, что пластины были обнажены, хотя образец остался в темноте, и понял, что уран был самопроизвольно испускать излучение, не связанное с каким-либо внешняя стимуляция.Он разделил Нобелевскую премию по физике за открытие радиоактивности с Пьером и Мари Кюри в 1903 году.

Есть три основных встречающихся в природе изотопа урана (там довольно много других изотопов, но их периоды полураспада относительно короткие, и они не встречаются в каких-либо значительных количествах в природных источниках). Основным изотопом является уран-238, содержание которого составляет 99,275%; Это имеет период полураспада 4.4610 ⁹ лет. Он испускает альфа-частицы и гамма-лучи, не расщепляется, поглощает нейтроны вместо расщепления. Уран-235, которого много 0,720%, имеет период полураспада 7,0410 ⁸ годы. Он также излучает альфа-частицы и гамма-лучи, а его мощность составляет единиц. расщепляющийся , расщепляющийся на более легкие атомы при ударе нейтрона. Уран-234, период полураспада которого составляет 245000 лет, находится в очень низких концентрациях. концентрации, около 0.005%, и образуется как часть распада последовательность урана-235. Уран-235 в конечном итоге распадается на свинец-206, а уран-238 — в свинец-207. Радиоактивный распад изотопы урана вносят большой вклад во внутреннее тепло Земля. Относительные количества урана и свинца в горных породах могут быть используется в методах радиоактивного датирования.

Когда нейтроны выстреливают по урану-235, чрезвычайно нестабильный образуется изотоп урана-236, который быстро распадается на два меньших ядра (такие как барий и криптон), освобождая часть ядерной связи энергия и больше нейтронов.Этот процесс известен как ядерных Ашхабад . Эти нейтроны могут столкнуться с другим ураном-235. изотопы, заставляя их расщепляться и выделять энергию и даже больше нейтронов в цепной реакции. На атомных электростанциях топливные стержни содержат уран или оксид урана, обогащенный до 2–3% урана-235. Замедлители, такие как бериллий, графит, вода или тяжелая вода (D ₂ O) замедляют нейтроны, которые высвобождаются в реакциях деления, производя «тепловые нейтроны», которые могут быть захвачены атомами урана, а не просто отскакивает.(В «легководных» реакторах замедлителем является обычная вода — т.е. вода, содержащая изотоп водород-1; эти для реакторов требуется обогащенный уран. В реакторах «тяжелой воды» замедлитель D ₂ O — т.е. вода, содержащая дейтерий, изотоп водорода-2; в этих реакторах можно использовать природный необогащенный уран.) Скорость ядерных реакций контролируется регулирующими стержнями, которые содержат элементы, способные поглощать нейтроны, не подвергаясь деление, такое как серебро, индий, кадмий, бор, кобальт, гафний, гадолиний и европий.Поднимая тяги управления из реактор позволяет реакции ускориться, при этом опуская их в реактор замедляет реакцию и предотвращает неуправляемую цепную реакцию. происходит.

В атомных бомбах реакция выходит из-под контроля, вызывая огромный взрыв, высвобождающий огромное количество энергии и радиации. Взорванная атомная бомба «Маленький мальчик» в Хиросиме, Япония, 6 августа 1945 г. была заложена урановая бомба, имеющая разрушительный потенциал 12 500 тонн в тротиловом эквиваленте, и погибло более 75 000 человек. В этой бомбе были собраны два куска докритического урана. быстро взрывчатыми веществами, создавая критическую массу урана, в которой может произойти неконтролируемая цепная реакция.

Один способ обогащения урана делящимся изотопом уран-235 это по превращая его в летучий гексафторид урана, UF ₆ , который переходит в газовую фазу при 56,5 ° C. Затем газ распространяется через серию проницаемые мембраны: с ²³⁵ UF ₆ на 3 атомные единицы массы легче, чем ²³⁸ UF ₆ , диффундирует 1.0043 раза быстрее через мембраны, в результате конечный продукт, обогащенный ураном-235 по сравнению с исходным материал. (Гексафторид урана чрезвычайно агрессивен: во время Манхэттенский проект по созданию первой атомной бомбы, тефлон использовался для сделать газонепроницаемую арматуру для клапанов и уплотнений, используемых в газодиффузии оборудования.) Обогащенный уран также может быть получен в высокоскоростная газовая центрифуга или с помощью лазера для диссоциации связей UF в UF ₆ , вызывая выпадение урана-235.

Уран-238 не подвергается делению, но при бомбардировке нейтронами уран-238 поглощает нейтроны с образованием плутония-239. Поглощение нейтроны от урана-235 производят плутоний-238.

Уран-233 (период полураспада 159000 лет) может быть получен нейтронной бомбардировкой тория-232. Этот изотоп урана также подвергается ядерному делению и имеет потенциал для использования в термоядерных установках. Поскольку тория больше, чем урана, это может быть некоторые надежды появятся в последующих поколениях атомных электростанций.

Обедненный уран состоит из урана, взятого из отработавших топливных стержней и легированные с небольшим процентным содержанием других элементов. Он содержит в основном U-238 и менее 0,7% U-235. — обычно от 0,2 до 0,4%. это чрезвычайно плотный, используется для изготовления бронебойных и балластных боеприпасов. для кораблей и самолетов.

Урановое стекло — это стекло желтого или желто-зеленого цвета, окрашенное оксид урана. В ультрафиолетовом свете урановое стекло флуоресцирует. с ярко-зеленым окрасом.Включая другие минералы, непрозрачный, желтый или белый керамика, называемая «вазелиновым стеклом» (так называемая, потому что ее внешний вид похож на вазелин). Небольшие количества урана также встречается в красных предметах в линии посуды, называемой Fiestaware; так называемая окраска «Красная Фиеста» содержит оксид урана в глазурь, которая дает яркий красновато-оранжевый цвет (см. вот для примера).

Уран, попадая в организм, концентрируется в костях, потому что уран образует комплексы с фосфат-ионами.

Нептуний (Np, Z = 93)

Нептуний — это искусственно созданный радиоактивный элемент серебра. Он назван в честь планеты Нептун, поскольку Нептун следует за Ураном в Солнечная система. Он находится в урановых рудах при очень низких концентрации, но коммерческий источник нептуния — отработанный урановые твэлы ядерных реакторов.

Двумя наиболее долгоживущими изотопами нептуния являются нептуний-237, который имеет период полураспада 2140 000 лет, а нептуний-236 с периодом полураспада 155000 лет. Все остальные изотопы имеют период полураспада в этом диапазоне от нескольких минут до чуть более года.

Нептуний — первый из трансурановых элементов , которые имеют более высокие атомные номера, чем уран. За очень немногими исключениями трансурановые элементы слишком редки и слишком опасны, чтобы их можно было найти коммерческое использование.

Нептуний был впервые получен в 1940 году Эдвином Макмилланом и Филипом Х. Абельсона из Калифорнийского университета в Беркли, Калифорния, автор: бомбардировка урана-238 нейтронами с образованием урана-239, который подвергся бета-распаду с образованием нептуния-239. Уран-235 может также превратиться в нептуний при бомбардировке нейтронами, поглотив два нейтрона для производства урана-237, который затем подвергается бета-распаду с образованием нептуний-237.Уран-238 также может поглотить один нейтрон, испустить два. нейтронов и превращается в уран-237, который затем подвергается бета-распаду до производят нептуний-237.

Плутоний (Pu, Z = 94)

Плутоний — это искусственно созданный радиоактивный элемент серебра. Он назван в честь планеты (ну, бывшей планеты) Плутона, поскольку Плутон следует за Нептун (обычно) в солнечной системе. Его первооткрыватель Гленн Т.Сиборг частично выбрал символ «Pu» для элемента, а не «Pl». чтобы избежать путаницы с платиной, Pt, но также «шутливо», — говорит он: «привлечь внимание» — П.У. старый жаргон для гнилостного, что-то, что вызывает вонь ». * В небольших количествах встречается в урановых рудах, получаемых из изотопы урана-238, которые захватывают нейтроны, испускаемые ураном-235; это один из десяти элементов с наименьшим содержанием на Земле.

Плутоний был впервые синтезирован Гленном Т.Сиборг, Артур К. Валь, и Джозеф В. Кеннеди из Калифорнийского университета в Беркли, Калифорния в 1940 году, хотя о его существовании не сообщалось до тех пор, пока 1946 г. из-за ограничений безопасности, связанных с ядерными исследованиями и Манхэттенский проект по созданию первых атомных бомб. Уран-238 бомбардировали нейтронами, чтобы получить уран-239, который затем подвергся бета-распад с образованием нептуния-239, который также подвергся бета-распаду до производят плутоний-239.

Самым долгоживущим изотопом плутония является плутоний-244, имеющий период полураспада 82 000 000 лет; плутоний-242 и -239 также имеют достаточно длительный период полураспада, составляющий 380 000 лет и 24 000 лет. Чаще всего используемые изотопы: плутоний-238 (период полураспада 87,7 года) и плутоний-239.

Плутоний-238 не расщепляется и испускает альфа-частицы без испускает гамма-лучи, что делает его более безопасным в обращении.это используется в основном в качестве источника энергии с длительным сроком службы в кардиостимуляторах, космических кораблях и спутники и костюмы для глубоководных водолазов.

Плутоний-239 расщепляется и используется в атомном оружии. Критическая масса плутония-239 составляет около 16 кг, но это может быть восстанавливается путем окружения плутония оболочкой из бериллия, которая отражает нейтроны обратно к плутонию, ускоряя синтез процесс. Один килограмм плутония-239 имеет взрывной эквивалент 20000 тонн тротила.

Плутоний-240 (период полураспада 6500 лет) является загрязняющим веществом в оружейный плутоний; поскольку этот изотоп испускает нейтроны, когда он подвергается самопроизвольному делению, плутоний нельзя использовать в пушечном устройство как уран-235 может (см. запись для урана), потому что устройство будет взорван до того, как критическая масса плутония-239 сможет пройти много деления. Это требует, чтобы оружие на основе плутония использовало больше сложный дизайн имплозии.

Плутоний был компонентом первой взорванной атомной бомбы, в Испытательный полигон Тринити недалеко от Аламагордо, Нью-Мексико, 16 июля 1945 года. В этом устройстве оболочка из плутония была взорвана обычным взрывчатые вещества, которые сжимали плутоний вместе, чтобы сформировать критический масса; взрыв был инициирован ливнем нейтронов, испущенных источник полония. Была сброшена первая атомная бомба, использованная в войне в Хиросиме, Япония, 6 августа 1945 года, но здесь использовался только уран. Атомная бомба «Толстяк», взорванная в августе в Нагасаки, Япония. 9 января 1945 г. была также плутониевая бомба, обладающая разрушительным потенциалом около 21000 тонн тротила и погибло более 70 000 человек.

Плутониевые бомбы также используются для инициирования взрыва водорода. бомбы, которые работают на ядерном синтезе вместо деления (см. запись для водорода на странице Группы 1А).

Америций (Am, Z = 95)

Америций — серебристый синтетический радиоактивный металл, производимый нейтронная бомбардировка плутония.Впервые это сделал Гленн Т. Сиборга, Ральфа А. Джеймса, Леона О. Моргана и Альберта Гиорсо в Чикагском университете в 1944 году. назван в честь американского континента из-за его химического сходства с европий (элемент непосредственно над ним в ряду лантанидов), который назван в честь Европы. Самый долгоживущий изотоп, америций-243, имеет период полураспада 7370 лет; америций-241 имеет период полураспада 432 годы.

Америций-241 используется в газе и детекторы дыма в виде микрограмм оксида америция, Амо ₂ .Альфа-частицы, испускаемые изотопом ионизирует воздух в пространстве между электродами в детекторе, заставляя электрический ток течь между электродами. Когда дым попадает в извещатель, ток прерывается или уменьшается потому что ионы поглощаются частицами дыма, вызывая звуковой сигнал. Альфа-частицы, испускаемые америцием, делают не представляют опасности для здоровья, так как легко блокируются металлом и пластик в корпусе детектора, и собирать электроны, чтобы стать безвредные атомы гелия.

Кюрий (Cm, Z = 96)

Кюрий — серебристый синтетический радиоактивный металл, производимый бомбардировка плутония-239 альфа-частицами. Это было впервые сделано Гленн Т. Сиборг, Ральф А. Джеймс и Альберт Гиорсо из Калифорнийского университета в Беркли в 1944 году. Он был назван в честь Мари и Пьера Кюри, соавторов радиоактивности. Самый долгоживущий изотоп, кюрий-247, имеет период полураспада 16000000 годы.

Берклий (Bk, Z = 97)

Берклий — серебристый синтетический радиоактивный металл, производимый бомбардировка америция-241 альфа-частицами. Впервые это сделали Стэнли Г. Томпсон, Альберт Гиорсо и Гленн Т. Сиборга в Калифорнийском университете в Беркли в 1949 году. назван в честь Беркли, Калифорния, где он был впервые произведен. Самый долгоживущий изотоп, берклий-247, имеет период полураспада 1400 лет.

Калифорний (Cf, Z = 98)

Калифорний — синтетический радиоактивный металл, получаемый путем бомбардировки. кюрий-242 с альфа-частицами. Впервые это сделал Стэнли Г. Томпсон, Кеннет-стрит-младший, Альберт Гиорсо и Гленн Т. Сиборг в Калифорнийский университет в Беркли в 1950 году. Он был назван в честь Университета Калифорнии (и штата). В Самый долгоживущий изотоп, калифорний-251, имеет период полураспада 898 лет.

Калифорний является мощным излучателем нейтронов и используется как нейтрон источник в датчиках влажности, датчиках на нефтяных скважинах и нейтронной активации анализ для измерения следовых количеств элементов. Он также используется при лечении некоторых видов рака шейки матки.

Эйнштейний (Es, Z = 99)

Эйнштейний — синтетический радиоактивный металл, получаемый путем бомбардировки. плутоний-239 с нейтронами в течение нескольких месяцев; сложная серия чередование процессов распада и захвата в конечном итоге приводит к эйнштейний-253.Впервые он был выделен в остатке Испытание водородной бомбы «Майк» на острове Элугелаб атолла Эниветак Маршалловы острова 1 ноября 1952 г .; около 200 атомов einsteinium были обнаружены в тоннах радиоактивных обломков, которые были обработано в Калифорнийском университете и Лос-Аламосском национальном Лаборатория Грегори Р. Чоппина, Стэнли Г. Томпсона, Альберта Гиорсо, и Бернард Г. Харви. Об открытии публично не сообщалось до 1955 года из-за ограничений безопасности, связанных с испытанием бомбы. Он был назван в честь Альберта Эйнштейна. Самый долгоживущий изотоп эйнштейний-252 имеет период полураспада 472 дня.

Фермий (Fm, Z = 100)

Фермий — синтетический радиоактивный металл, получаемый путем бомбардировки. плутоний-239 с нейтронами в течение нескольких месяцев; сложная серия чередование процессов распада и захвата в конечном итоге приводит к фермий-253. Впервые он был выделен в остатке «Майка». испытание водородной бомбы на острове Элугелаб атолла Эниветак Маршалловы острова 1 ноября 1952 г .; около 200 атомов фермия были идентифицированы в тоннах радиоактивного мусора, которые были переработаны на Калифорнийский университет и Национальная лаборатория Лос-Аламоса. Грегори Р.Чоппин, Стэнли Г. Томпсон, Альберт Гиорсо и Бернард Г. Харви. Об открытии не сообщалось публично до 1955 года. из-за ограничений безопасности, связанных с испытанием бомбы. Это было назван в честь Энрико Ферми. Самый долгоживущий изотоп, фермий-257, имеет период полураспада 100 дней.

Фермий сложно производить, и его производили только с плотностью менее пикограмма. количества, потому что фермий-257 легко поглощает нейтроны, а когда синтезируется фермий, образуя фермий-258, который имеет период полураспада 0.37 миллисекунд.

Менделевий (Md, Z = 101)

Менделевий — синтетический радиоактивный металл, получаемый путем бомбардировки. эйнштейний-253 с альфа-частицами. Впервые он был сделан Альбертом. Гиорсо, Бернар Дж. Харви, Греогори Р. Шопен, Стэнли Г. Томпсон и Гленн Т. Сиборг в Калифорнийском университете в Беркли в 1955 году. Он был назван в честь Дмитрия Менделева, создателя периодического издания. таблица элементов.Самый долгоживущий изотоп, менделевий-258, имеет период полураспада 51,5 дней.

Нобелий (№, Z = 102)

Нобелий — синтетический радиоактивный металл, получаемый путем бомбардировки. калифорний-249 с ионами углерода-12. Впервые это было сделано Альберт Гиорсо, Торбьорн Сиккеланд, Джон Р. Уолтон и Гленн Т. Сиборга в 1958 году. Он был назван в честь Альфреда Нобеля, изобретатель динамита и основатель Нобелевской премии.В Самый долгоживущий изотоп, нобелий-259, имеет период полураспада 58 минут.

Лоуренсий (Lr, Z = 103)

Лоуренсий — синтетический радиоактивный металл, получаемый путем бомбардировки. калифорний-252 с ионами бора-10. Впервые это сделал Альберт Гиорсо, Торбьорн Сиккеланд, Алмон Ларш и Роберт М. Латимер в 1961 году. был назван в честь Эрнеста О. Лоуренса, изобретателя циклотрона. первых ускорителей частиц.Самый долгоживущий изотоп, лоуренсий-262, имеет период полураспада 216 минут.

Список литературы

Джон Эмсли, Элементы , 3-е издание. Оксфорд: Clarendon Press, 1998.

Джон Эмсли, Природные строительные блоки: Руководство по элементам Z-Z . Оксфорд: Оксфордский университет Пресс, 2001.

Дэвид Л. Хейзерман, Исследование Химические элементы и их соединения .Нью-Йорк: TAB Книги, 1992.

* Ричард Родс, Создание атомной бомбы. Нью-Йорк: Саймон и Шустер, 1986, с. 414.

Азбуки радиоактивности — Океанографическое учреждение Вудс-Хоул

//

->

Для обычного обывателя «радиоактивность» — резкое и пугающее слово. Но факт в том, что радиоизотопы, как естественные, так и искусственные, есть повсюду вокруг нас.И, в частности, для морских ученых они являются важными инструментами. Океанограф Клаудиа Бенитес-Нельсон рассмотрела некоторые основные принципы в начале ноябрьской 2012 г. конференции «Фукусима и океан» в Токио.

Для начала, радиоактивность — это спонтанное излучение в результате изменений в ядре химического элемента, — сказала Бенитес-Нельсон, получившая степень доктора философии. из совместной программы MIT / WHOI в 1999 году и в настоящее время руководит программой по морским наукам в Университете Южной Каролины.«У радиохимиков есть целый набор элементов, которые мы считаем радиоактивными. Они просто нестабильны. В процессе избавления от этой нестабильности они выделяют энергию в окружающую среду в виде излучения ».

Это излучение бывает двух основных типов. Неионизирующий тип, который включает в себя видимый свет и микроволны, не обладает достаточной мощностью, чтобы создавать заряженные ионы и тем самым изменять структуру атома. Это не представляет большой угрозы для нашего здоровья. Однако ионизирующее излучение может изменить атомную структуру живой ткани, убивая клетки или делая их злокачественными.Вот почему мы стараемся избегать прямого воздействия медицинских рентгеновских лучей и ультрафиолетовых лучей солнца.

Все радиоизотопы, также называемые радионуклидами, теряют избыточную энергию из-за испускания ионизирующих частиц, таких как нейтроны, протоны, электроны или фотоны. В процессе эти так называемые родительские радиоизотопы превращаются или распадаются в дочерние изотопы, содержащие разное количество протонов и нейтронов. Дочери с таким же числом протонов являются изотопами родительского элемента; дочери с разным числом протонов на самом деле являются разными элементами с разными химическими свойствами.

Каждое изменение, как заметил Бенитес-Нельсон, следует уникальному графику или периоду полураспада. Период полураспада изотопа — это время, необходимое половине атомов в данном образце для распада. Этот дочерний изотоп может распадаться на другой радиоактивный изотоп или дочерний изотоп, который продолжит цепочку радиоактивного распада, или на стабильный элемент, завершающий цепочку.

Например, один из наиболее часто встречающихся в природе радиоизотопов, уран-238, содержит 92 протона и 146 нейтронов.Он распадается на торий-234 (90 протонов, 144 нейтрона), который распадается на протактиний-234 (91 протон, 143 нейтрона) и так далее. Период полураспада каждого из этих радиоизотопов составляет соответственно 4,468 миллиарда лет, 24 дня и 1,17 минуты, и каждый из этих элементов химически реагирует по-своему.

«Поскольку этот период полураспада отличается от одного радиоизотопа к другому, мы можем использовать его в качестве простых часов для изучения множества океанских процессов, которые происходят в разных временных масштабах, от дней до лет и тысячелетий», — сказал Бенитес-Нельсон.Так называемые радиоактивные «индикаторы» — некоторые из них присутствуют в океане в течение эонов, некоторые образуются в результате взаимодействия входящих космических лучей из космоса с атмосферными газами, а третьи вносятся в результате деятельности человека — могут помочь ученым понять, как быстро перемешиваются воды океана, как быстро грунтовые воды с суши попадают в океан, и как быстро углерод и другие элементы циркулируют в воздухе, море, морском дне и на континентах.

Несколько обычных радиоизотопов естественного происхождения — уран, торий и калий — всегда присутствуют в морской воде.На самом деле, отметил Бенитес-Нельсон, количество этих изотопов, присутствующих в океане, в тысячи раз превышает количество даже самых крупных источников радиоактивности человека.

Кен Бюсселер, морской химик из океанографического института Вудс-Хоул, сказал об этом так: «Мы живем в радиоактивном море, но это не представляет проблемы ни для нас, ни для морской жизни, потому что радиоактивные элементы, обнаруженные в наших океанах, находятся на такие мельчайшие концентрации. » Как добавил Бюсселер: «Опасность заключается в дозе.”

Ссылки по теме:

Аварии на Фукусиме
http://www.whoi.edu/website/fukushima-symposium/overview

Коллоквиум «Фукусима и океан», 9 мая 2013 г.
http://www.whoi.edu/main/morss/fukushima

Фукусима Радиация Тихого океана
https://www.whoi.edu/page.do?pid=67796

Уроки землетрясения в Японии
http://www.whoi.edu/oceanus/viewArticle.сделать? id = 131749

Café Thorium (лаборатория Кена Бюсселера)
http://cafethorium.whoi.edu/website/about/index.html

Веб-сайт ВОЗ по цунами
http://www.whoi.edu/home/interactive/tsunami/indexEnglish.html

Рыбалка в поисках ответов у берегов Фукусимы
http://www.whoi.edu/page.do?pid=7545&tid=3622&cid=153749

Япония, 2011
http://www.whoi.edu/main/japan-2011

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Что такое радиоизотопы? — Foro Nuclear

Изотопы

Изотопы (от греческого isos = то же самое и tópos = место) — это атомы одного и того же элемента, ядра которого имеют разное количество нейтронов и, следовательно, различаются по массе.То есть они имеют одинаковый атомный номер (Z), но разные массовые числа (A).

Например, углерод представлен в природе как смесь трех изотопов с массовыми числами 12, 13 и 14: ¹² C, ¹³ C и ¹⁴ C. Общее количество углерода в каждом составляет соответственно 98,99. %, 1,11% и следы.

Большинство химических элементов содержат более одного изотопа, как в случае олова, элемента с наибольшим количеством стабильных изотопов. Только 21 элемент, такой как бериллий и натрий, имеет один природный изотоп.

Типы изотопов:

• Природные : Изотопы, встречающиеся в природе. Примеры: водород имеет три естественных изотопа (protio, у которого нет нейтронов, дейтерий с одним нейтроном и тритий с двумя). Еще один элемент, содержащий очень важные изотопы, — это углерод, который включает углерод 12, основную атомную массу любого элемента; углерод 13, единственный углерод с магнитными свойствами, и радиоактивный углерод 14, очень важный, поскольку его средняя продолжительность жизни составляет 5730 лет и широко используется в археологии для определения возраста органических окаменелостей.

• Искусственный : Эти изотопы, производимые в ядерных лабораториях путем бомбардировки субатомных частиц, обычно имеют короткий срок службы, в основном из-за их нестабильной природы и радиоактивности. Примеры: иридий 192, используемый для проверки герметичности сварки труб, особенно в отношении транспортных труб для тяжелой сырой нефти и топлива. Некоторые изотопы урана также используются для ядерных работ, например, для выработки электроэнергии.

Изотопы также подразделяются на стабильные изотопы (их менее 300) и нестабильные или радиоактивные изотопы (их около 1200).