История атомной энергии. Разделение изотопов урана. Трансурановые элементы

В мае 1940 г. Эдвин Макмиллан и его молодой ассистент Филипп Абельсон на циклотроне Лоуренса бомбардировали урановую мишень нейтронами. Химический анализ мишени показал наличие неизвестного элемента. Так был получен первый трансурановый элемент. Его назвали нептунием — по названию планеты Нептун, которая находится в Солнечной системе за планетой Уран. В таблице Менделеева новый элемент был внесен под номером 93. Одновременно с ними нептуний получили также Отто Ган и Лизе Майтнер, но в слишком малых количествах, чтобы его можно было исследовать химическим путем. К концу того же года Макмиллан вместе с Гленном Теодором Сиборгом открыли еще один элемент, получивший номер 94. Следуя той же логике, ученые назвали его плутонием (планета Плутон находится за Нептуном). Исследования нового элемента показали, что он, подобно урану, под действием медленных нейтронов может порождать цепную реакцию и, следовательно, пригоден как ядерное топливо.

Занятия современной алхимией пришлись по душе Гленну Сиборгу, и он с увлечением продолжил свои исследования. Спустя некоторое время были разработаны тончайшие методы химического анализа веществ, получаемых в ничтожно малых количествах. В 1942 г. Сиборг развил далее идею Макмиллана о том, что трансурановые элементы образуют группу, подобную так называемым редкоземельным элементам из группы лантана. Новое семейство элементов оказалось в группе актиния. Сходство между актиноидами и лантаноидами явилось еще одним блестящим подтверждением периодической таблицы химических элементов.

При участии Сиборга был синтезирован ряд трансурановых элементов. В 1951 г. он и Макмиллан стали лауреатами Нобелевской премии по химии за открытие плутония. Сиборг и после этого продолжал активно заниматься работой по синтезу трансурановых элементов. Последним элементом, в синтезе которого он принял активное участие, был элемент под номером 101 (менделевий), полученный в 1955 г.

В дальнейшем группа трансурановых элементов продолжала пополняться. Были получены элементы под номерами 102 (нобелий), 103 (лоуренсий) и 104 (курчатовий). Последнее время этот раздел радиохимии пребывает в застое. Но ученые не теряют надежды, что удастся синтезировать и другие элементы и что где-то в области элемента под номером 114 будет обнаружен «остров стабильности».[1]

Разделение изотопов урана

Методы, при помощи которых предпринимались попытки получения обогащенного изотопом 235 урана, были чисто физическими: разработанные ранее способы физико-химического разделения более легких изотопов, которые (кроме дейтерия) к 1940 г. были уже полностью или частично отделены, оказались непригодными в данном случае из-за больших атомных масс и небольшой разницы между ними в соответствии с квантовыми факторами (см. главу десятую). Были применены три метода: диффузия паров соединений урана через пористую перегородку; тепловая диффузия соединений урана в жидкой фазе и метод, заимствованный из масс-спектрографии н основанный на различном отклонении в мощных магнитных полях отдельных положительных ионов с различной массой. На практике первый способ чаще всего использовали для предварительного обогащения; второй, менее экстенсивно разработанный, применяли на промежуточной стадии; окончательное отделение осуществляли третьим методом. Такой процесс представляет собой невиданную до сих пор в истории промышленности гигантскую комплексную техническую операцию, проведение которой в настоящее время коммерчески совершенно не оправдывает себя, если иметь, конечно, в виду использование полученного обогащенного урана в мирных целях, для разработки нового источника