научная статья по теме ОЦЕНКА ПЕРИОДОВ АЛЬФА-РАСПАДА НАИБОЛЕЕ ДОЛГОЖИВУЩИХ ИЗОТОПОВ СВЕРХТЯЖЕЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 108-123 И «СТАБИЛЬНЫХ» ЭЛЕМЕНТОВ 58-83 Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ПЕРИОДОВ АЛЬФА-РАСПАДА НАИБОЛЕЕ ДОЛГОЖИВУЩИХ ИЗОТОПОВ СВЕРХТЯЖЕЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 108-123 И «СТАБИЛЬНЫХ» ЭЛЕМЕНТОВ 58-83»

Ушаков С.И. (Институт физической химии Российской академии наук)

ОЦЕНКА ПЕРИОДОВ АЛЬФА-РАСПАДА НАИБОЛЕЕ ДОЛГОЖИВУЩИХ ИЗОТОПОВ СВЕРХТЯЖЕЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 108-123 И «СТАБИЛЬНЫХ» ЭЛЕМЕНТОВ 58-83

Протонно-нейтронная диаграмма стабильных элементов 58-83 и радиоактивных элементов 86-103, претерпевающих а-распад, описывается линейной зависимостью. На диаграмме имеются повторяющиеся разрывы или ступеньки нестабильности, образованные радиоэлементами, выпавшими из линейной зависимости и более нестабильными, чем элементы на линейных участках. Размеры ступенек с каждым периодом увеличиваются. Первая содержит

1 радиоэлемент, вторая - 2, третья - 4. Размеры линейных участков с каждым периодом уменьшаются. На первом 22 стабильных элемента, на втором - 18 радиоактивных элементов. Предполагая, что за ступенькой 3 диаграмма снова выйдет на линейную зависимость, рассчитали периоды полураспада элементов 108-123. Наиболее стабильными оказались 293±2112 (24000 лет), 293±1113 (5 лет), 299±2114 (7500 лет), 298±1115 (320 лет). Полагая, что стабильные элементы 58-83 также являются радиоактивными, рассчитали их периоды полураспада (а-распада), которые составили 1021-1033 1 лет для большинства элементов, для церия - 10 лет, для неодима - 1015 лет, для европия - 1018 лет, для свинца и висмута - 1019 лет.

В [1] установлено, что для стабильных элементов с порядковыми номерами Ъ = 58-83 протонно-нейтронная диаграмма (Ъ-№ диаграмма) описывается линейной зависимостью, которая переходит и на радиоактивные элементы 86-103, если рассматривать наиболее долго-живущие изотопы радиоэлементов, претерпевающих а-распад:

для нечетных Ъ N = 1,804Ъ-24,46 (±1 нейтрон) (1)

для четных Ъ N = 1.857Ъ-26.71 (±2 нейтрона) (2)

На диаграмме имеются повторяющиеся разрывы или ступеньки нестабильности, образованные радиоэлементами, выпавшими из линейной зависимости (таблица 1). Размеры ступенек с каждым периодом увеличиваются. Первая содержит 1 радиоэлемент прометий, вторая -

2 радиоэлемента полоний и астат, третья - 4 радиоэлемента 104-107. По аналогии предполагаемая ступенька 4 содержит 6 радиоэлементов.

Линейные участки диаграммы также повторяются. Их размеры с каждым периодом уменьшаются. Участок 1-2 содержит 22 стабильных элемента 62-83 самарий-висмут, участок 2-3 из 18 радиоактивных элементов 86-103 радон-лоуренсий. По аналогии предполагаемый участок 3-4 содержит 16 радиоактивных элементов 108-123, участок 4-5 12 радиоэлементов 130-141.

В таблице 1 число нейтронов N и атомный вес А = Ъ + N для изотопов с максимальными периодами полураспада (Т1/2) рассчитаны на линейных участках по (1), (2). Т1/2 изотопов на участке 3-4 рассчитаны по аналогии с изменением Т1/2 на участке 2-3, на котором как для четных, так и для нечетных Ъ периоды сначала резко возрастают, достигают максимальных значений у изотопов, расположенных примерно в середине участка (нептуний, торий, уран), затем резко уменьшаются. Например, на ступеньке 2 для нечетных Ъ изотоп 210А1 с Т1/2 = 8,1 час = 29160 с граничит с участком 2-3, который начинается с 221Бг с Т1/2 = 4,9 мин. На ступеньке 3 изотоп 266№ с Т1/2 = 4,4 с граничит с участком 3-4, который начинается с изотопа 281109. Тогда Т1/2 изотопа 281109 равен 4,9 мин • 4,4 с / 29160 с = 7,4 • 10-4 мин = 0,045 с. Ошибка в оценке Т1/2 может достигать нескольких порядков, так как экспериментальных данных по синтезу изотопов элементов 108-111 очень мало, и нельзя точно сказать из скольких элементов состоит ступенька 3. Может быть элементы 108-109 находятся на ступеньке 3, а не на линейном участке 3-4. Однако, и при такой ошибке не теряют смысл следующие выводы.

1. Периоды а-распада сверхтяжелых элементов 108-129 не превышают 104 лет (таблица 1), с учетом возможной ошибки не превышают 106 лет. Значит после тория и урана не существует альфа-излучателей, которые сохранились в горных породах.

2. Наиболее стабильные изотопы элементов 108-123 находятся, как и следовало ожидать, вблизи дважды магического ядра 298114 (Ъ = 114, N = 184). Это какой-либо из пяти изо-

293±2110 ~ г- 293±1110 299±211/| 298±111с

топов 112, какой-либо из трех изотопов 113, 114, 115.

3. При увеличении Ъ наблюдается резкое уменьшение стабильности элементов как на линейных участках, так и на ступеньках нестабильности. На участке 1-2 элементы стабильные, на участке 2-3 все элементы радиоактивные с Т1/2 от 4,9 мин. до 1,4-1010 лет. На ступеньке 1 Т1/2 = 17,7 лет, на ступеньке 2-8,1 час и 138 дней, на ступеньке 3 - от 4,4 с до 65 с. При таких темпах убывания стабильности система элементов Д.И. Менделеева оборвется примерно на элементе 160, так как периоды полураспада 10-9 находятся на пределе обнаружения.

4. Стабильные элементы 62-83 расположены на диаграмме между ступеньками нестабильности, образованными радиоактивными элементами. Диаграмма стабильных элементов 62-83 описывается той же линейной зависимостью, что и диаграмма радиоактивных элементов 86-103. Поэтому стабильные элементы 62-83, возможно, также являются радиоактивными с очень большими Т1/2, которые пока не удается измерить. Примем, что Т1/2 элементов 6283 повторяют форму кривой изменения Т1/2 у радиоактивных элементов 86-103, то есть Т1/2 с ростом Ъ сначала резко возрастают, достигают максимальных значений у элементов 66-73, затем резко уменьшаются (таблица 2). Исходными данными для расчета послужили экспериментальные данные по Т1/2 одного радиоактивного и трех «стабильных» изотопов самария - крайнего элемента «стабильного» участка 1-2 [2]: 146Бш - 1,03-108 лет, 147Бш - 1,06-Ю11 лет, 148Бш - 7-1015 лет, 149Бш - больше 2-1015 лет. С последовательным прибавлением одного нейтрона Т1/2 увеличивается в 103 раз у 147Бш, в 105 раз у 148Бш, тогда экстраполяция для 149Бш дает не менее 1021 лет, что не противоречит экспериментальным данным (> 2-1015 лет). Поэтому Т1/2 149Бш в 1021 лет стало исходным числом для оценки Т1/2 для других элементов 5883. Оказалось, что у большинства «стабильных» элементов 58-83 периоды а-распада составляют 1021-1033 лет и не могут быть измерены. Только крайние элементы этого интервала Ъ являются сравнительно короткоживущими. Это какой-либо из двух «стабильных» изотопов

церия 138, 140Се - 1011 лет, какой-либо из трех «стабильных» изотопов неодима 144, 145, 146№ -

15 153 18 206, 207, 208 209 19

10 лет, Ей - 10 лет, РЬ и Б1 - 10 лет. Ошибка расчетов составляет несколько

порядков.

Таблица 1

Долгоживущие изотопы радиоэлементов 61,84-107 [2] и 108-123 (расчет)

Нечетное Ъ Изотоп и Ту2 Четное Ъ Изотоп и Ту2 Место на диаграмме

Ъ N±1 А±1 Ъ N±2 А±2

61 - - 145Рш 17,7 лет Нет четных Ъ на ступеньке 1 Ступенька 1

Ъ = 62-83 Стабильные элементы от самария по висмут Участок 1-2

85 - - 210Аг 8,1 час 84 - - 210Ро 138 дн Ступенька 2

87 133 220 221Бг 4,9 мин 86 133 219 222Ип 3,825 дн Участок 2-3

89 136 225 225Ас 10,0 дн 88 137 225 226Яа 1600 лет

91 140 231 231Ра 32760 лет 90 140 230 232ТЬ 1,4-1010 лет

93 143 236 23 Шр 2,1-106 лет 92 144 236 238и 4,5-109 лет

95 147 242 243Аш 7370 лет 94 148 242 244Ри 8,3-107 лет

97 150 247 247Вк 1380 лет 96 152 248 247Сш 1,6-107 лет

99 154 253 252Е8 472 дн 98 155 253 25^ 898 лет

101 158 259 258ыа 51,6 дн 100 159 259 257Бш 100 дн

103 161 264 262Ьг 216 мин 102 163 256 25^о 58 мин

105 - - 263На 27 с 104 - - 261Яи (И^ 65 с Ступенька 3

107 - - 266№ 4,4 с 106 - - ^^ 20 с

109 172 281 281ыг 0,045 с 108 174 282 282Н 0,55 с Участок 3-4

111 176 287 287111 130 с 110 178 288 288110 23,5 час

113 180 293 293113 5,0 лет 112 181 293 293112 23680 лет

115 183 298 298115 3 1 7 лет 114 185 299 299114 7506 лет

117 187 304 304117 400 дн 116 189 305 305116 138 лет

119 190 309 309119 76 дн 118 192 310 310118 26 лет

121 194 315 315121 103 мин 120 196 316 316120 13 час

123 197 320 320 1 23 11 мин 122 200 322 322122 14 с

Ъ = 125-129? Тщ = 10"4 - 1с? Ъ = 124-128? Т1/2 = 10-5 - 0,1с? Ступенька 4?

Ъ = 131-141? Тщ = 10-5 с - 11 Ъ = 130-140? Т1/2 = 10"6 с - 8 Участок 4-5?

дн? час?

Таблица 2

Периоды а-распада (лет) наиболее долгоживущих изотопов «стабильных» элементов 58-83, Х-К отношение которых описывается (1) или (2)

Ъ N А «Стабильный» изотоп и Т1/2, Т1/2, эксперимент [2] для «стабильных» и

расчет радиоактивных изотопов

58 81 139 138, 140Се 1011 Нет а и других видов распада

60 85 145 144, 145, 146щ 1015 144Ш 2,3-1015, а, совпало с расчетом

62 87 149 149, 15^ш 1021 1468ш 1108, а; 1478ш 1011, а; 1488ш 1016, а; 1498ш >1015

Исходная цифра для расчетов

64 91 155 154, 155, 1026 148аа 76, а; 150аа 106, а; 152аа 1014, а

66 94 161 160, 161, 162-гч 1032 154Бу 3-106, а; вне функции (2)

68 98 166 166, 167, 168£г 1033 Нет а и других видов распада

70 102 172 171, 172, 1?3уЬ 1032 Нет а и других

72 106 178 177, 178, 179н£ 1031 174Н 2-1015, а; вне функции (2)

74 109 183 182, 183, 184^у- 1030 >1-1017; 1841№ > 3-1017

76 113 189 188, 189, 1900§ 1027 18<0 2-1015, а; 18408 >1014, а; вне (2)

78 116 194 192, 194, 195р 1025 190Р 6,5-Ю11, а; вне функции (2)

80 120 200 199, 200, 201 тт 1022 Нет а и других видов распада

82 124 206 206, 207, 208рь 1019 204РЬ >1,41017, а

63 90 153 153Еи 1018 Нет а и других видов распада

65 94 159 159ТЬ 1021 Нет а и других

67 98 165 165Но 1025 Нет а и других

69 101 170 169Тш 1026 Нет а и других

71 105 176 175, 176-^и 1029 176Ьи 3,8-1010, Р", нет а

73 109 182 181Та 1027 180Та >1013, 1Т, нет а

75 112 187 187Яе 1026 187Яе 5-1010, Р', нет а

77 116 193 1931г 1024 Нет а и других

79 120 199 197Аи 1022 Нет а и других

81 124 205 205т1 1021 Нет а и других

83 127 210 209БХ 1019 Б1 3-10 , радиоактивный изотоп

Рассчитанный Тш неодима (10 лет) практически совпадает с экспериментом для 144Ш (2,3-10 лет). Рассчитанный Т1/2 свинца (1019 лет) не противоречит эксперименту для РЬ (>1,4-1017 лет). Рассчитанный Т1/2 гадолиния (1026 лет) согласуется с экстраполяцией экспериментальных данных по изотопам гадолиния: 148Оё (76 лет), 150Оё (1,8-106 лет), 152Оё ( 1,1-1014 лет), откуда экстраполяция для 154Оё дает 1026 лет. Для некоторых изотопов экспериментальные данные намного меньше рассчитанных. Это можно объяснить тем, что ил

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком