Трансурановыми (или заурановыми) называются искусственные радиоактивные химические элементы, расположенные в конце периодической системы Менделеева вслед за ураном. Их нет в природе. Образовавшись вместе с нашей планетой, они давно рассыпались на более легкие элементы. А вот почему они оказались неустойчивы и распались — об этом, пожалуй, придется поговорить подробнее.
Если вы еще раз посмотрите в таблице Менделеева на числа, обозначающие общее количество протонов и нейтронов (А) в ядрах атомов элементов, то заметите любопытную закономерность: как правило, в легких ядрах (с числом нуклонов меньше 20) количество протонов и нейтронов одинаковое. В более тяжелых ядрах с ростом атомного номера доля нейтронов увеличивается. В чем причина?
Конечно, она не одна. Но главную можно усмотреть в непрерывной борьбе между силами притяжения и отталкивания, которая происходит в любом ядре.
Я напомню: на очень близких расстояниях между протонами и нейтронами происходит обмен мезонами, и они притягиваются друг к другу с помощью ядерных сил. В то же время любые, одинаково заряженные частицы отталкиваются друг от друга под действием сил электростатического отталкивания. Ядерные силы могущественнее электростатических, но действуют на более короткие расстояния. Значит, протоны, заряженные положительно, должны и притягиваться и отталкиваться. Нейтроны же, расположенные рядом, могут испытывать только притяжение.
В ядрах с числом протонов больше десяти о крайних частицах уже нельзя сказать, что они «сидят рядом». Ядерные силы притяжения между ними ослаблены. Силы отталкивания тоже становятся меньше, но не намного.
Такие ядра можно удержать от распада добавлением избытка нейтронов, которые испытывают только притяжение.
Конечно, подобное упрочнение ядра тоже имеет свои пределы. Ведь чем больше в нем частиц, тем дальше друг от друга они находятся, тем слабее их взаимное притяжение.
Самым тяжелым ядром, заключающим шеренгу стабильных элементов, является изотоп висмута. Его ядро содержит в себе 83 протона и 209 нейтронов. Все последующие более тяжелые ядра, с большим количеством нуклонов, неустойчивы в принципе. Они со временем обязательно распадутся на более легкие, а значит, и на более устойчивые осколки. При этом предсказать, когда именно данный атом «развалится», невозможно. Это может произойти и на наших глазах, а может и через тысячу лет.
Работать в условиях такой неопределенности очень нелегко. И потому физики ввели представление о среднем времени жизни атома. Определяется оно периодом полураспада, то есть временем, за которое половина всех атомов радиоактивного образца распадается.
Период полураспада (Т1/2) радиоактивного вещества — это свойство, почти не зависящее ни от каких физических условий, в которые мы могли бы поместить образец: подвергнуть ли его огромным давлениям, расплавить, испарить и так далее.
Ученые знают периоды полураспада всех элементов.
Например, у радия период полураспада равен приблизительно 1600 годам. Будем считать, что у нас с вами есть образец, содержащий ровно один грамм радия-226. Пройдет 1600 лет, и радия в образце останется полграмма. Пройдет еще 1600 лет, и от первоначального его количества останется четвертая часть. И так далее. С ростом массового числа период полураспада радиоактивных элементов становится все меньше.