К началу 1940 года научный мир находился в состоянии напряженного поиска. Уран, последний известный элемент в таблице Менделеева под номером 92, казался границей известного мира атомов. Теоретики рассуждали о возможности существования более тяжелых элементов за его пределами - трансурановых. Энтузиазм подогрело открытие искусственной радиоактивности Жолио-Кюри в 1934 году. Энрико Ферми и его команда в Риме, вдохновленные этим, бомбардировали уран нейтронами, надеясь создать элемент №93. Они наблюдали новую радиоактивность и, проведя химический анализ, решили, что обнаружили подобие рения, назвав гипотетический элемент «экареномм». Однако радость была преждевременной. В 1938 году Отто Ган и Фриц Штрассман совершили революцию, открыв явление деления ядра урана: вместо того чтобы просто превратиться в следующий элемент, ядро урана под действием нейтрона раскалывалось на два осколка средней массы. Это открытие объяснило ошибку Ферми - наблюдаемая им активность принадлежала вовсе не новому элементу, а продуктам деления, среди которых были изотопы элементов, похожих на рений, таких как технеций.
История открытия элемента №93
В начале 1940 года, молодой американский физик Эдвин Макмиллан в Радиационной лаборатории Беркли (Калифорния) решил детально изучить само деление урана, используя мощный поток нейтронов от нового циклотрона. Чтобы понять, как далеко разлетаются осколки деления, он придумал простой, но очень остроумный эксперимент. Макмиллан нанес тонкий слой оксида урана на стопку листов обычной папиросной бумаги и поместил ее под нейтронный луч. Идея была в том, что легкие осколки деления, вылетающие из мишени, должны застревать в ближайших листах, а более тяжелые - пролетать дальше. Действительно, на разных листах он обнаруживал радиоактивность, соответствующую различным осколкам. Но его внимание привлекло нечто необычное: на самом первом листе бумаги, прямо под слоем урана, помимо ожидаемого короткоживущего урана-239 (с периодом полураспада около 23 минут), обнаружилась еще одна, совершенно новая радиоактивность с гораздо большим периодом полураспада - около 2,3 суток. Макмиллан выдвинул смелую гипотезу: эта новая активность принадлежит дочернему продукту распада урана-239. Поскольку уран-239 испытывает бета-распад (испускает электрон), он должен превращаться в элемент с номером на единицу больше, то есть в тот самый неуловимый элемент №93.
Для подтверждения этой догадки требовались тонкие химические исследования. Здесь Макмиллану невероятно повезло: в Беркли случайно оказался физико-химик Филипп Абельсон, эксперт по редким элементам. Макмиллан привлек его к работе. Вместе они провели серию срочных и сложных химических экспериментов. Им нужно было доказать, что носитель новой активности с периодом 2,3 суток не является ни самим ураном, ни каким-либо из известных редкоземельных элементов (которые часто являются продуктами деления), но при этом обладает химическими свойствами, «ожидаемыми» для элемента, следующего за ураном. Их усилия увенчались успехом: они смогли химически отделить новый элемент от урана и от лантаноидов. Это было неоспоримым доказательством. Они сумели открыли первый в мире трансурановый элемент.
Публикация и значение открытия
8 июня 1940 года Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон опубликовали свою знаменательную статью в журнале «Physical Review», сообщив миру об открытии элемента №93. Ученые сразу же предложили для него название «нептуний» (символ Np), по аналогии с планетой Нептун, следующей за Ураном в Солнечной системе. Они установили всю цепочку его образования: нейтрон захватывается ядром урана-238, превращая его в уран-239; уран-239 быстро испытывает бета-распад, превращаясь в нептуний-239. Позднее был обнаружен гораздо более долгоживущий изотоп нептуний-237 с периодом полураспада 2,14 миллиона лет, который стал основным для изучения химии элемента.
Значение этого открытия трудно переоценить. Нептуний стал первым реальным шагом человечества за пределы природных элементов, подтвердив возможность существования трансуранового царства и открыв дорогу к синтезу всех последующих элементов вплоть до наших дней. Он сыграл ключевую роль в развитии актиноидной теории Гленна Сиборга, объяснившей свойства тяжелых радиоактивных элементов.
Но самое главное - за открытием нептуния последовало открытие плутония, одного из основных материалов для ядерного оружия и топлива для ядерных реакторов. Таким образом, нептуний-239 стал критически важным, хотя и промежуточным, звеном в наработке плутония, определившего ход истории в середине XX века.
P.S Подписывайтесь, чтобы всегда быть в курсе интересных событий, произошедших в мировой истории за сегодняшний день. Ваша поддержка очень важна!
