Transurany - krátce žijící obři světa atomů

Čer 26, 2009

  Srážka dvou atomů
    Transurany se v přírodě nevyskytují. Vyrábí se srážkami lehčích atomů.
 

     Před několika dny se na serveru Technet objevil článek o tom, že vědci připravili prvek s atomovým číslem 112. Veřejnost se tak po poměrně dlouhé době dozvěděla o tom, že vědci věnující se supertěžkým prvkům ve své práci nezahálí. Dnešní postřeh bych chtěl věnovat právě supertěžkým prvkům, kterým se též přezdívá transurany.

     Svůj název dostali kvůli tomu, že se v periodické tabulce nacházejí až za uranem, který má protonové číslo 92 a je nejtěžším prvkem vyskytujícím se v přírodě. Všechny další prvky, které zde budeme zmiňovat byly připraveny uměle v laboratořích. Jak se ale dá takový prvek vyrobit? Zaprvé je potřeba urychlit atomy jednoho prvku na velmi vysokou rychlost. Až ji konečně (třeba i po mnoha dnech v urychlovači) získají, pošlou je vědci na takzvaný terč, který je tvořený hustě "naskládanými" atomy jiného prvku. Právě ohromná rychlost letících atomů (i když při téhle rychlosti se spíše jedná o záření než o hmotu) dokáže překonat odpudivé síly, které mezi atomy běžně panují a které by jinak cizí atom odvrhly. Při použití velké rychlosti ale obě jádra "splynou" v jedno těžší. Jenže jak už to v přírodě bývá - extrémy nebývají žádoucí. Příliš těžké atomy nejsou stabilní a hroutí se - rozpadají se na lehčí jádra a navíc vydávají záření. Obecně se dá říct, že čím je prvek hmotnější, tím je nestabilnější a tím kratší dobu vydrží (i když existují tzv. Ostrovy stability, tady prvky, které délkou svého poločasu rozpadu jakoby vybočují z řady). U těch nejtěžších prvků se zatím podařilo připravit jen minimum atomů. Ty navíc existovaly jen zlomky sekundy a vědci jejich existenci dokládali právě pomocí prvků, na které se rozpadly. "Lehčí" transurany jsou naopak relativně stabilní a vědci je tak mohou podrobně zkoumat. Při výrobě těchto obrů syntézou vzniká velké množství energie, z místa střetu vysokou rychlostí unikají i další elementární částice, které vědci dále zkoumají pomocí citlivých detekčních přístrojů.

     Jak už jsme poznamenal výše, výroba transuranů není žádná legrace. Na jejich přípravě pracují špičkové vědecké týmy na speciálních zařízeních - tzv. cyklotronech. Mezi nejúspěšnější tvůrce transuranů patří cyklotron na univerzitě v Berkeley, z evropských pak můžeme jmenovat třeba Darmstadtský cyklotron v Německu, nebo v ruské Dubně.

     Pojďme se teď podívat na jeden transuran po druhém. U každého najdete základní informace a data. Pro ty, kteří nejsou ve fyzice tolik zběhlí jen doplním, že poločas rozpadu je doba, za kterou se ve vzorku rozpadne polovina atomových jader.

Neptunium (Np) - protonové číslo 93 - Bylo poprvé vyrobeno roku 1940. Má kovově stříbrnou bravu a poprvé vznikl bombardováním uranové fólie proudem neutronů. Název získal tenhle prvek podle planety Neptun, která se ve Sluneční soustavě nachází hned za Uranem.

Plutonium (Pu) - protonové číslo 94 - Jedná se o toxický, radioaktivní kov. I tento prvek vznikl poprvé roku 1940, dnes je běžně vyráběn v jaderných reaktorech. Nejstabilnějším izotopem je 244Pu s poločasem rozpadu 80 milionů let. Plutonium se dá chemicky dále zpracovávat a vyrábějí se z něj třeba reaktory pro pohon kosmických sond (Apollo). I jeho první výroba byla založena na bombardování uranu neutrony. Název vzešel od bývalé planety Pluto, která se nachází za Neptunem.

Americium (Am) - protonové číslo 95 - Tento stříbřitý kov vznikl poprvé 1944 kdy vědci bombardovaly terč z 239Pu proudem neutronů. Nejstabilnější izotop je 243Am s poločasem rozpadu 7370 let. Název je odvozený od kontinentu, kde prvek poprvé spatřil světlo světa.

Curium (Cm) - protonové číslo 96 - Znovu se jedná o stříbrný a radioaktivní kov. Poprvé vznikl roku 1944 při bombardování 239Pu jádry helia. Nejstabilnější je izotop 247Cm s poločasem rozpadu 15,6 milionu let. Prvek byl pojmenován na počet manželů Peirra a Marie Curieových.

Berkelium (Bk) - protonové číslo 97 - Poprvé se setkáváme s prvkem, kterého dosud vědci nepřipravili takové množství aby mohli určit všechny jeho fyzikálně-chemické vlastnosti. Poprvé vznikl roku 1949 když vědci v Berkeley bombardovali 241Am jádry helia. Nejdelší poločas rozpadu má izotop 247Bk - 1380 let. Název vznikl podle univerzity v Berkeley, kde poprvé berkelium vyrobili.

Californium (Cf) - protonové číslo 98 - 17. března 1950 bombardovali na cyklotronu v Berkeley 242Cm jádry helia a získali nový prvek, který byl pojmenován na počest amerického státu Kalifornie, kde se nachází i Berkeley. Nejstabilnější izotop je 251Cf s poločasem rozpadu 898 let.

Einsteinium (Es) - protonové číslo 99 - Největší fyzik moderní éry propůjčil své jméno prvku, který poprvé vznikl v roce 1952. Albert Ghiroso v Berkeley. Postup výroby ale nebyl snadný. Jádra 238U postupně pohltila 15 neutronů a následně se  sedmkrát rozpadla β-rozpady. Nejstabilnějším izotopem je 252Es, kde poločas rozpadu činí 471,7 dne.

Fermium (Fm) - protonové číslo 100 - Fermium vzniklo roku 1952 podobným způsobem jako einsteinium. Jen s tím rozdílem, že 238U pohltil 17 neutronů a následně proběhlo 8 β-rozpadů. První syntéza proběhla o rok později. Uran 238U byl bombardován kyslíkem 16O. Nejstabilnější izotop je 257Fm s poločasem rozpadu 100,5 dne. Jméno prvek dostal po italském fyzikovi Enrico Fermim.

Mendelevium (Md) - protonové číslo 101 - Otec periodické soustavy prvků se stal dárcem jména pro prvek poprvé připravený roku 1955 bombardováním jader einsteinia 253Es jádry helia. 51,5 dne - to je poločas rozpadu nejstabilnějšího izotopu 258Md.

Nobelium (No) - protonové číslo 102 - Roku 1958 byl použit lineární urychlovač, ve kterém urychlený uhlík 12C bombardoval terč vytvořený z izotopů curia. Nejstabilnějším izotopem je 259No s poločasem rozpadu 58 minut. Dárcem jména byl švédský fyzik Alfréd Nobel.

Lawrencium (Lr) - protonové číslo 103 - Lineární urychlovač v Berkeley stál v roce 1961 u první výroby lawrencia. Pouhých 216 minut má poločas rozpadu nejstabilnější izotop 262Lr. Jméno vzniklo na počest Ernesta Lawrence, který je považován za vynálezce cyklotronu. Za zmínku stojí i to, že prvek měl původně značku Lw, roku 1997 ale IUPAC (Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii) změnila na Lr.

Rutherfordium (Rf) - protonové číslo 104 - Za přípravou tohoto prvku stáli ruští vědci a vytvořil ho roku 1964 urychlovač v Dubně. Jako terč posloužilo plutonium, paprsek vědci vytvořili z urychlených atomů neonu. Původně se prvkem nazýval kurčatovium se symbolem Ku (na počet ruského vědce Igora Kurčatova). Nakonec se ale prosadil název odvozený od jména Ernesta Rutherforda.

Dubnium (Db) - protonové číslo 105 - Roku 1970 v Berkeley bombardovali izotop kalifornia 249Cf jádry dusíku 14N získali nový prvek. Ten byl nakonec pojmenován dubnium na počest ruské Dubny, kde se věnovali výrobě transuranů. Zvolení názvu ale nyblo snadné. Původně se totiž používal název hahnium (Ha) na počest Nielse Hahna. Rusové prvek zase nazývali nielsbohrium (chemický symbol Ns). Teprve až roku 1997 IUPAC defintivně rozhodla. Nejstabilnější izotop dubnia je 268Db s poločasem rozpadu 16 hodin.

Seaborgium (Sg) - protonové číslo 106 - V roce 1974 tenhle prvek vyrobili jak v Dubně tak v Berkeley. Oba ústavy se tedy považují za jeho objevitele. Nejstabilnějším izotopem je 269Sg s poločasem rozpadu 22 sekund. Pojmenování vzbudilo velkou debatu. Poprvé byl totiž prvek nazván podle žijícího vědce - Glena T. Seaborga.

Bohrium (Bh) - protonové číslo 107 - Roku 1976 bombardovali v Dubně bismut jádry chromu a získali prvek s protonovým číslem 107. Jeho nejstabilnější izotop 262Bh má poločas rozpadu 102 milisekund. Nejprve se měl prvek nazývat nielsbohrium - na počest dánského fyzika Nielse Bohra. IUPAC ale v roce 1997 název zkrátilo na současné bohrium. U tohoto prvku si musíme dávat pozor i na to, že v Rusku se názvem nielsbohrium (Ns) označuje dubnium.

Hassium (Hs) - protonové číslo 108 - Tenhle prvek poprvé připravili v Darmstadtu roku 1984. Terč tvořilo olovo a projektil byl železný. Nejstabilnějším izotopem je 265Hs s poločasem rozpadu 2 milisekundy. Prvek je pojmenován po německé spolkové zemi Hesensko.

Meitnerium (Mt) - protonové číslo 109 - První výrobu tohoto prvku mají na svědomí znovu vědci z Darmstadtu. V roce 1982 bombardovali bismut železem a získali nový prvek. Jeho nejstabilnější izotop je 266Mt s poločasem rozpadu 3,4 ms. Prvek je pojmenován po rakouské fyzičce Lise Meitner.

Darmstadtium (Ds) - protonové číslo 110 - Až v roce 1994 vznikl tenhle prvek v Darmstadtu. Tehdy toho vědci docílili bombardováním olova niklem. Prvek byl pojmenován po městě Darmstadt.

Roentgenium (Rg) - protonové číslo 111 - I tenhle úspěch si připsali němečtí vědci. Roku 1994 bombardovali bismut niklem a získali nový prvek, jehož nejstabilnější izotop je 280Rg s poločasem rozpadu 3,6 sekundy. Prvek dostal jméno po Wilhelmu Conradu Roentgenovi.

Ununbium (Uub) - protonové číslo 112 - Právě tenhle prvek vzbudil velkou vlnu zájmu. IUPAC totiž jeho objev potvrdila na svém zasedání v roce 2009. Jeho příprava ale proběhla poprvé už roku 1996 v Darmstadtu, když vědci použili terč z olova, který ozařovaly jádry zinku. Za zmínku ale stojí poločas rozpadu nejstabilnějšího izotopu - tím je 285Uub, které má hodnotu 11 minut! Zdá se  tedy, že prvek s protonovým číslem 112 leží v hledaném Ostrově stability. Prvek má zatím pracovní název ununbium, který vznikl z latinských předpon značících počet. un- znamená jedna, bi- znamená dvě, tedy 112 - počet protonů v jádře. O jeho definitivním názvu ještě proběhnout debaty, stejně jako u následujících prvků.

Ununtrium (Uut) - protonové číslo 113 - Tenhle prvek připravili roku 2004 společně ruští a američtí vědci. Nepoužili přitom ale metodu slučování, ale naopak metodu rozpadu. Už dříve objevené ununpentium nechali vyzářit alfa částici (jádro helia), čímž vznikl prvek s protonovým číslem 113 a poločasem rozpadu 1,2 sekundy. Název pochází z latinského un - jedna tri - tři, tedy 113. Spekuluje se o tom, že prvek dostane název Japonium, nebo Rikenium. Potvrzení správnosti totiž poskytli japonští vědci.

Ununquadium (Uuq) - protonové číslo 114 - Roku 1999 bombardovali v Dubně plutonium 244Pu proudem iontů vápníku 48Ca. Od té doby nejsou o prvku žádné další zprávy. Patří mu pracovní název, který se skládá z latinských předpon un- jedna a quad - čtyři, tedy 114.

Ununpentium (Uup) - protonové číslo 115 - Prvek připravili spolupracující vědci z USA a Ruska roku 2004, když nechali americium bombardovat vápníkem. Výsledkem byly čtyři atomy nového prvku s poločasem rozpadu 1 sekunda. Název se skládá z latinských předpon un- jedna a penti- pět, tedy 115.

Ununhexium (Uuh) - protonové číslo 116 - Poprvé se zpráva o jeho výrobě roznesla do světa z Berkeley roku 1999. Za rok ale svůj objev stáhli z důvodu nedostatečné průkaznosti. Roku 2001 ale stejný pokus provedli v ruské Dubně, čímž potvrdili výsledky Američanů. Při pokusu bylo curium 248Cm ostřelováno atomy vápníku 48Ca. Poločas rozpadu získaných atomů byl 18 milisekund. Název tvoří latinské předpony un - jedna a hex - šest, tedy 116.

Ununseptium (Uus) - protonové číslo 117 - Tenhle název, který se skládá z latinských předpon un- jedna a septi - sedm, tedy 117 je připraven pro prvek, který zatím ještě nebyl připraven.

Ununoctium (Uuo) - protonové číslo 118 - Doposud nejtěžší prvek na světě oznámili roku 1999 vědci v americkém Berkeley. Mělo se jednat o ostřelování jader kalifornia 249Cf proudem jader vápníku 48Ca. O prvku se zatím neví nic bližšího. jeho název je opět pouze technický a vychází z latinských předpon un - jedna a octi - osm, tedy 118.

     Při čtení předchozích řádků vás asi napadla otázka - k čemu to všechno? Proč se vědci pachtí za něčím, co se stejně během zlomku sekundy rozpadne? Proč se do projektů vráží velké množství financí, energie i výpočetních, měřících, ale i lidských zdrojů když se nakonec podaří vyrobit jen pár atomů? Vědci ale tyhle pokusy používají k tomu aby odhalili roušku, která zakrývá tajemství kolem stavby atomového jádra, kolem zákonů jeho stability a v neposlední řadě hledají i ostrovy stability, jejichž průzkum může přinést zajímavé výsledky. Než se s výrobou transuranů začalo, zastávali někteří vědci názor, že současná podoba periodické tabulky prvků je konečná a žádné další prvky neexistují. Jak ale budoucnost ukázala, ony nejen, že existují, ale některé se dají i využít. Ať už jako pohon kosmických sond, nebo jako zdroje záření v ozařovačích, které pomáhají léčit nemocné na onkologii. Praktická využitelnost ale končí u ruthefordia. Těžší prvky jsou už natolik nestabilní, že jakýkoliv jejich výzkum a využití jsou nemožné. Přesto nám právě tihle obři s krátkým životem mohou poskytnout spoustu cenných informací, které pak vědci mohou aplikovat na otázky, které jim vrtají hlavou. Prozatím skončila výroba u ununoctia, těžších prvků se asi hned tak nedočkáme. Podle vědců jsme v současné době na samé špičce technických možností, dál se s momentálně používanou technikou asi jít nedá. Pro výrobu ještě hmotnějších atomů by byly zapotřebí ještě větší urychlovače, kde by bylo možné urychlovat těžší prvky na vyšší rychlosti. Kdo ví, třeba se i toho jednou dočkáme. Vždyť přeci hranice jsou od toho aby se překonávaly, to neplatí jen u sportu, ale i v kterékoliv lidské činnosti - vědu nevyjímaje.

    Myslíte si, že má výroba transuranů význam? Je jejich vývoj nějak využitelný? Co si o tom všem myslíte? Napište nám co si o tom všem myslíte. Využijte k tomu tento diskusní panel.

Pro psaní článku jsem čerpal z těchto zdrojů:

Wikipedia - Transurany
Wikipedia - Neptunium
Wikipedia - Plutonium
Wikipedia - Americium
Wikipedia - Curium
Wikipedia - Berkelium
Wikipedia - Californium
Wikipedia - Einsteinium
Wikipedia - Fermium
Wikipedia - Mendelevium
Wikipedia - Nobelium
Wikipedia - Lawrencium
Wikipedia - Rutherfordium
Wikipedia - Dubnium
Wikipedia - Seaborgium
Wikipedia - Bohrium
Wikipedia - Hassium
Wikipedia - Meitnerium
Wikipedia - Darmstadtium
Wikipedia - Roentgenium
Wikipedia - Ununbium
Wikipedia - Ununtrium
Wikipedia - Ununquadium
Wikipedia - Ununpentium
Wikipedia - Ununhexium
Wikipedia - Ununseptium
Wikipedia - Ununoctium
Technet - Periodická tabulka se rozrostla o další prvek. Zatím nemá jméno