ИЗОТОПЫ, раздел «Физик»

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

В ходе изучения радиоактивности учеными было открыто около 40 природных радиоактивных веществ. Они были объединены в радиоактивные семейства, родоначальниками которых являются изотопы тория и урана. Среди таких веществ некоторые имели идентичные химические свойства, хотя и отличались по массе. В 1913 г. английский ученый Ф. Содди назвал их изотопами; этот термин производится от греческих слов, означающих «одинаковый» и «место», и подчеркивает, что речь идет о разновидностях атомов данного элемента, которые должны занимать одно и то же место в периодической системе.

А вскоре английскому физику Ф. Астону, проводившему исследования с помощью метода масс-спектрометрии, удалось доказать, что и многие стабильные химические элементы имеют изотопы.

Изотопы — разновидности атомов химического элемента с данным значением Z (числом протонов в ядрах), отличающиеся числами нейтронов N в ядрах. Например, в ядрах природных изотопов кислорода (Z = 8) содержатся соответственно 8, 9 и 10 нейтронов. Сумма чисел протонов и нейтронов в ядре изотопа (Z + N) называется массовым числом А. Ныне принято такое обозначение изотопов: слева от символа элемента внизу записывается величина Z, вверху — величина A: 816O, 817O и 818O.

В настоящее время известно более 1900 изотопов 107 химических элементов. Они могут быть подразделены на две группы: природные и искусственно синтезирован н ы е. К природным относятся все стабильные разновидности атомов (их примерно 280) и все естественно радиоактивные, входящие в состав радиоактивных семейств (46). Все остальные изотопы получены в результате различных ядерных реакций. Среди искусственных радиоизотопов более 150 принадлежат трансурановым элементам, не встречающимся на Земле. Пока еще неизвестно общее количество изотопов, которое удастся синтезировать в будущем. Теоретики, правда, считают, что число разновидностей атомов, так или иначе способных к существованию, должно быть порядка 6000 (!)... Подавляющее большинство искусственных радиоизотопов имеют малые периоды полураспада, измеряемые долями секунды или секундами. Хотя известны и некоторые «долгожители», например: 236U — 2,4•107 лет, 92Nb — 3,3•107 лет, 10Ве — 2,5•106 лет, 26Аl — 0,74•106 лет. Возможно, они существовали на Земле в ранние периоды ее эволюции, чтобы «дожить» до наших дней, естественный радиоактивный изотоп должен иметь период полураспада не менее 1,5•108 лет. Радиоактивными, хотя и в очень слабой степени, оказались и некоторые стабильные изотопы (40К, 87Rb, 115In, 138La, 147Sm, 176Lu, 187Re). Продолжительность их жизни столь велика, что их можно считать стабильными.

Химические свойства изотопов данного элемента совершенно одинаковы, поскольку идентично строение их электронных оболочек. Поэтому разделение изотопов — чрезвычайно сложная задача. Для ее решения было предложено и развито несколько сложных и дорогостоящих методов, основанных на зависимостях скорости диффузии, траектории движения в магнитном поле и некоторых других физических свойств от массы ядра (см. Диффузия, Масс-спектрометрия). Особенно большое различие в физических свойствах наблюдается у таких (сильно отличающихся по массе ядра) изотопов, как водород 11Н, тяжелый водород 12Н (дейтерий) и «сверхтяжелый» водород 13H (тритий) , а также гелий — 24He и 23He.

Многим областям науки и техники необходимы изотопы различных элементов в чистом виде. Поэтому разработка эффективных методов разделения изотопов остается актуальной задачей физики и в настоящее время.