Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Их предположение оказалось пророческим. Позднее Гленн Сиборг доказал, что это второе “редкоземельное” семейство начинается за актинием (Z = 89). Сегодня это семейство называют актиноидами (см. вставку “Концепция актиноидов” на с. 370).
Открытие плутония
Следующим этапом было получение и идентификация трансуранового элемента с Z = 94, который вскоре назвали “плутонием” еще до его открытия (этот новый элемент назвали по имени Плутона - следующей за Нептуном планеты в солнечной системе). При исследованиях нептуния-239 МакМиллан и Абельсон уже пытались определять плутоний-239 как продукт распада нептуния-239 с периодом полу-
70
Los Alamos Science Number 26 2000
От алхимии к атомам
распада 2,3 суток. Ожидалось, что плутоний будет распадаться с испусканием а-, а не (5-частиц, и поэтому Мак-Миллан и Абельсон наблюдали за излучением при а-распаде (или спонтанном делении2) от очищенного образца нептуния-239, полученного из облученного нейтронами урана. Им не удалось обнаружить излучения, и ввиду отрицательного результата они постулировали, что период полураспада плутония-239 в этих двух процессах - более миллиона лет.
Вскоре после этого Мак-Миллан уехал из Беркли для участия в разработках по созданию радиолокатора для военных целей, а Кеннеди, Сиборг, Сегре и студент-выпускник Арт Валь продолжали заниматься плутонием. Был сделан большой шаг вперед, когда сотрудники группы с помощью 60-дюймового циклотрона в Беркли стали облучать уран дейтронами в надежде на то, что можно будет получить другой изотоп плутония, более короткоживущий, чем плутоний-239, а-распад которого будет легче обнаружить. Исследования у- и |3-излу-чения от этих облученных дейтронами урановых образцов показали наличие двух изотопов нептуния - нептуния-239 и еще одного, на который приходилось около 5% |5-активности. Период полураспада другого изотопа (впоследствии определенного как нептуний-238) составлял 2,1 суток, что было близко к периоду полураспада нептуния-239. Эти образцы нептуния показали и наличие какого-то а-излучателя, химические свойства которого, как было установлено, отличались от химических свойств нептуния, урана и всех других известных элементов. Единственно возможным было то, что этим а-излучателем является второй трансурановый элемент -плутоний, образовавшийся в результате |5-распада нептуния.
Впоследствии, весной 1941 года, исследовали образование плутония из нептуния по излучению из этих образцов с помощью вновь созданной ионизационной камеры, которую можно было помещать между полюсами магнита. При этом |5-лучи отклонялись и не попада-
2
Спонтанное деление, при котором ядро претерпевает деление без инициирующего нейтрона, было обнаружено в уране Георгием Флеровым и К. А. Петржаком в Советском Союзе в июне 1940 г.
ли в ионизационную камеру, благодаря чему а-лучи было легче обнаружить. Эти исследования показали, что обнаруженное a-излучение от нептуния, выделенного химическим путем из образцов урана, облученных дейтронами, поступало главным образом от плутония-238, который получился в результате |5-рас-пада нептуния-238 (см. рис. 6). Хотя на эту активность приходилось лишь 5% от общей |5-активности образца, у образованного плутония-238 относительно небольшой период полураспада (88 лет) и, следовательно, относительно высокая а-активность.
Такую же чувствительную методику использовали для изучения образцов нептуния, выделенного химическим способом из облученного нейтронами урана, и, наконец, было обнаружено a-излучение от плутония-239. Методы, использовавшиеся в предыдущих экспериментах с облученным нейтронами ураном, были недостаточно чувствительны для обнаружения а-активности плутония-239, относительно небольшой в связи с его достаточно длинным периодом полураспада (24000 лет).
Получение плутония в больших количествах
Вскоре стало доступным небольшое, но весьма ощутимое количество плутония-239 (0,5 мкг), полученное с помощью циклотрона; оно было использовано для того, чтобы показать, что деление, вызываемое тепловыми нейтронами, в 1,28 раза интенсивнее, чем в случае урана-235. В июле 1941 года использовался более крупный образец плутония-239 (3,5 мкг) для демонстрации того, что его сечение деления быстрыми нейтронами также больше сечения деления урана-235. Хотя все еще не было уверенности относительно числа испускаемых мгновенных нейтронов деления, уже стало ясно, что плутоний-239 является серьезным конкурентом ядерным взрывчатым веществам на уране-235.
Затем широким фронтом были развернуты работы по получению плутония в количествах, достаточных для создания бомбы. В начале 1942 года все работы по плутонию координировались Металлургической лабораторией Чикагского уни-
верситета, а обязанность по руководству ими была возложена на Артура Комптона. Перед этой лабораторией были поставлены три основные задачи: (1) поиск системы с природным ураном, в которой могла бы протекать управляемая цепная реакция, (2) поиск методики химического выделения плутония, образуемого в облученном урановом топливе, и (3) получение экспериментально-теоретических данных по взрывной цепной реакции с ураном или плутонием.
