Рис. 30. Схема синтеза изотопов трансурановых элементов в ядерном реакторе.
Этот способ наиболее эффективен для получения многих трансурановых элементов. Так, например, плутоний в настоящее время получается в больших количествах. Этот элемент — один из главных продуктов атомной промышленности и изучен значительно лучше многих давно известных химических элементов. Другие трансурановые элементы получены в гораздо меньших количествах.
На основании многочисленных данных о ядерных реакциях, приводящих к синтезу новых искусственных элементов, можно сделать вывод о наиболее эффективных способах синтеза всех химических элементов. Из вышесказанного следует, что самым эффективным способом является метод последовательного присоединения нейтронов по (n, γ) — реакциям. Синтез элементов может быть осуществлен и за счет (α, γ) — и (р, γ) — реакций. Однако вероятность их протекания при малых энергиях бомбардирующих частиц чрезвычайно мала;
Таблица 9
Искусственные элементы
при энергиях, значительно превышающих потенциальный барьер ядер, возрастает сечение конкурирующих реакций типа (α, п) и (р, п). По реакциям типа (α, хп), где х=1 или 2, также могут быть синтезированы изотопы многих элементов. Сечения их достаточно высоки, но вследствие того что потоки альфа-частиц в циклотронах значительно меньше потоков нейтронов в реакторах, таким путем не удается получать весомые количества элементов.
Некоторые изотопы трансурановых элементов могут быть синтезированы только в реакциях с многозарядными ионами. Степень эффективности получения таким путем изотопов более легких элементов еще окончательно не установлена. По-видимому, она такая же, как и в реакциях с альфа-частицами. Преимущество реакций с многозарядными ионами состоит в возможности получения значительно более тяжелых изотопов по сравнению с облучаемым ядром.
Накопленные в опытах сведения о разнообразных превращениях ядер и о методах искусственного синтеза химических элементов позволили с совершенно новой точки зрения подойти к решению проблемы происхождения химических элементов. Закономерности ядерных реакций, приводящих к синтезу элементов, послужили теоретической основой для изучения вопроса об их образовании в природных условиях.
2. Теории образования химических элементов
В настоящее время данные, полученные по искусственному превращению элементов, свидетельствуют о том, что атомы всех химических элементов, найденных на Земле, могли образоваться в результате протекания всевозможных ядерных реакций. Однако оставался нерешенным один из основных вопросов естествознания: когда и где образовались химические элементы в природных условиях? Очевидно, что в условиях, которые были на Земле со времени ее образования, синтез элементов не мог протекать. Поэтому, естественно, возник вопрос о поисках других космических тел, существующих сейчас или существовавших до образования Вселенной, в которых могли бы протекать процессы синтеза химических элементов.
Мысли об образовании элементов в других космических телах возникли еще в конце XVIII в. у некоторых естествоиспытателей. Основанием для них послужили данные о распространенности химических элементов в земной коре, метеоритах и атмосфере Солнца. Уже первые сведения об этих величинах показали чрезвычайную неравномерность в распространении отдельных элементов. Этот факт, как мы увидим дальше, лег в основу всех теорий о происхождении элементов.
Английский физик У. Крукс, выступая в 1886 г. в Королевском институте в Лондоне, высказал предположение, что все химические элементы образовались в космических телах из одного первичного вещества — «протила». Особенно следует отметить гениальные предвидения революционера Николая Александровича Морозова, который, находясь в заточении в Шлиссельбургской крепости, в 1903 г. писал: «Можно ли заключить., что каждый из известных нам до сих пор семидесяти восьми видов материи так же вечен, как и она сама: что газы нашей атмосферы, металлы земной коры и все вообще химические элементы, наблюдаемые нами в небесных светилах, не произошли и не происходят где-нибудь теперь, среди туманных скоплений, носящихся в бездонной глубине небесных пространств? Можно ли отсюда заключить, что атомы основных веществ, заключающиеся в нас и в окружающих нас телах, не распадаются никогда на более первоначальные частички, при каких-либо иных космических условиях, вроде тех небесных пожаров, которые обнаруживаются время от времени при спектральном исследовании внезапно вспыхивающих звезд? Конечно, нет».