Трансуранові елементи в Сонячній системі

Трансуранові елементи - хімічні елементи, які мають атомний номер більше 92, тобто всі елементи періодичної таблиці котрі слідують за ураном.

Періодична таблиця, на якій показано космогенне походження кожного елемента. Елементи, важчі від заліза походженням із наднових зазвичай утворилися завдяки r-процесам, що відбуваються внаслідок потужних викидів нейтронів при вибуху наднових.

Поширеність Хімічних елементів

Теоретична модель наявності важких елементів на Сонці

Наявність трансуранових елементів у Сонячній системі, тобто ізотопів важких елементів показує на наявність продуктів r-процесу, пояснюється вибухом наднової поблизу протосонячної газової хмари, яка була збагачена важкими елементами(і можливо почався процес зореутворення).

Трансуранові елементи утворюються при послідовному захопленні декількох нейтронів у випадку, коли ядро не зазнало реакції поділу.

Елементи з атомним номером 95 і більше фактично не зустрічаються у Всесвіті, так як вони дуже не стабільні. Вони синтезовані штучно у лабораторіях.

Відомо лише два елементи з цієї групи що зустрічаються, і наявні у Сонячній системі. Це Нептуній(Np) та Плутоній(Pu). Утворилися вони завдяки злиттю нейтронних зірок.

Нептуній

Період напіврозпаду найстабільнішого ізотопу нептунію — трохи більше 2 мільйонів років, тому будь-яка його кількість, що існувала при утворенні Землі (що відбулося 4,5 мільярди років тому), вже розпалася. Втім, невелика кількість нептунію може утворюватись у уранових рудах наступним чином: нейтрони, що утворюються при спонтанному поділі ядра урану, можуть, взаємодіючи з оточуючим ураном, викликати його перетворення на нептуній. Розпад і утворення нептунію знаходяться у динамічній рівновазі. Експерименти показують, що відношення кількості нептунію до урану в породі може досягати 10⁻¹². Загальна кількість урану в земній корі становить близько 1,3×10¹⁴ тонн, тому кількість природного нептунію може становити десятки тонн. Також, велика кількість нептунію потрапила в навколишнє середовище під час атмосферних ядерних випробовувань — за оцінками, близько 2,5 тонн.

$\mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np}$

Відомо 20 ізотопів нептунію, найбільш стабільний з яких, нептуній-237, має період напіврозпаду 2,144 мільйона років.

Синтез

Нептуній утворюється у кількох типах ядерних реакцій. Нептуній 237, 238 і 239 утворюються у ядерних реакторах за наступними схемами:

$_{\ 92}^{238}\mathrm {U} (n,2n)_{\ 92}^{237}\mathrm {U} {\xrightarrow[{6.75d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{237}\mathrm {Np}$

$_{\ 92}^{235}\mathrm {U} (n,\gamma )_{\ 92}^{236}U(n,\gamma )_{\ 92}^{237}\mathrm {U} \xrightarrow {\beta ^{-}} \ _{\ 93}^{237}\mathrm {Np}$

$_{\ 92}^{238}\mathrm {U} (n,\gamma )_{\ 92}^{239}\mathrm {U} \xrightarrow {\beta ^{-}} \ _{\ 93}^{239}\mathrm {Np}$

$_{\ 93}^{239}\mathrm {Np} \xrightarrow {\beta ^{-}} \ _{\ 94}^{239}\mathrm {Pu} (n,\gamma )_{\ 94}^{240}\mathrm {Pu} \xrightarrow {\beta ^{-}} \ _{\ 95}^{240}\mathrm {Am} (n,\gamma )_{\ 95}^{241}\mathrm {Am} \xrightarrow {\alpha } \ _{\ 93}^{237}\mathrm {Np}$

$_{\ 93}^{237}\mathrm {Np} (n,\gamma )_{\ 93}^{238}\mathrm {Np}$

Плутоній

Плутоній у природі зустрічається в дуже малих кількостях в урановій смолці й інших рудах урану та церію.

Виділяють ²⁴⁴Pu — його період напіврозпаду становить близько 82 млн років. Це найстабільніший ізотоп серед усіх трансуранових елементів.

Синтез

Під час роботи ядерного реактора частина ядер ²³⁸U захоплює нейтрони і перетворюється на ²³⁹Pu, який надалі можна виділити.

$\mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23,5\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2,3565\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu}$

Інше

Трансуранові елементи як правило штучно-синтезовані людьми і у природі практично не зустрічаються, але заносяться космічними апаратами на інші об'єкти Сонячної системи. Мова йде про термоелектричні генератори, які використовують у космічних місіях та зондах. Що і може бути природою появи цих елементів у інших закутках Сонячної системи