1-boshlovchi

Kurs ishi maqsadi: Bu kurs ishining maqsadi tabiatdagi transuran elementlarni qayerlarda ishlatilishi haqida ma’lumotga ega bo’lish.
Kurs ishining predmeti: Yadroning turli modellari haqida ma’lumotga ega bo’lish va qobiqli modelning xususiyatlarini o’rganish.
Kurs ishi vazifalari: Transuran elementlar haqida to’liq ma’lumotga ega bo’lish. Transuran elementlarning xususiyatlarini o’rganish .
Kurs ishi hajmi va tuzilishi:
I BOB. TRANSURAN ELEMENTLAR VA ULARNING SINTEZI

Aslida, tabiatda mavjud kimyoviy elementlar qatori shu joyda, ya’ni uran bilan tugaydi. Uran o‘zi ham radioaktiv element bo‘lib, yadroviy parchalanish reaksiyalari uchun asosiy element-baza, xomashyo hisoblanadi. Davriy jadvalda urandan keyin keladigan elementlar esa transuran elementlar deyiladi va yuqorida ham aytganimizdek, ularning barchasi sun’iy olingan bo‘lib, qolaversa, hammasi radioaktivdir.

Hozirda urandan keyingi elementlardan yana 26 tasi kashf qilingan bo‘lib, zamonaviy ko‘rinishidagi Mendeleyev jadvalida 118-raqamli katakchagacha bo‘lgan o‘rinlar to‘lgan. Hozircha davriy jadvalda oxirgi katakni to‘ldirib turgan element rus kimyogari Oganesyan sharafiga oganesson deb nomlangan va Og formulasi bilan belgilangan.

1. 
   Transuran elementlar haqida ma’lumot
   

Mendeleyev davriy sistemasida urandan soʻng joylashgan (tartib raqami Z>93 boʻlgan) kimyoviy elementlar. Transuran elementlar nisbatan tez radioaktiv parchalanishi tufayli Yer poʻstida aytarli miqdorda saqlanib qolmagan. Yerning yoshi 510 yilga yaqin, eng uzoq yashovchi transuran elementlar izotoplarining yarim yemirilish davri esa 107 yildan kichik. Yer kurrasi paydo boʻlganidan boshlab nukleosintez jarayonida hosil boʻlgan. Transuran elementlar yo butunlay parchalanib bitgan yoki ular miqdori keskin kamayib (1012 martagacha) ketgan. Eng uzoq mavjud boʻluvchi transuran elementlar dan hisoblangan plutoniy (²⁴⁴Pu)ning tabiiy minerallarida nihoyatda kichik miqdori topilgan. Balki u Yer kurrasi paydo boʻlgan paytdan boshlab saqlanib qolgandir. Uran rudalarida neptuniy (²³⁷Np) va plutoniy (²⁴⁴Pu) yuqlari topilgan.
Dastlabki transuran elementlar XX asrning 40-yillarida AQSH da E. Makmillan va G.Siborg boshchiligida bir guruh olimlar tomonidan sintezlab topilgan. Transuran elementlar nishonni neytron oqimi yoki zaryadlangan zarrachalar bilan nurlatish yoʻli bilan olinadi.
Uran yadrosining neytronlar bilan reaksiyalari zaryad soni Z>92 bo’lgan kimyoviy elementlarni ochilishiga olib keladi. Bunday kimyoviy elementlar (Urandan keying) yoki boshqacha transuran elementlar deb nom olgan. Ularning barchasi u yoki bu og’ir element turli yadro zarralari bilan nurlantirilganda yoki bombardimon qilinganda turli yadro reaksiyalari natijasida sun’iy yo’l bilan olinadi.
Uran yadrosining izotopini neytronlar oqimi bilan nurlantirilganda oraliq yadro hosil bo’ladi. Ortiqcha neytronga ega bo’lgan bu yadro β^- - yemirilishga duchor bo’ladi va Z=93 ga ega bo’lgan transuran elementga aylanadi. Bu elementga Quyosh sistemasidagi sayyoralarga o’xshatib neptun (Np) deb nom berilgan, chunki Quyosh sistemasida Uran sayyorasidan keyin Neptun sayyorasi turadi. Neptun radiaktiv element. U o’z o’rnida β^- yemirilib, ancha muhim bo’lgan sun’iy Z=94 bo’lgan transuran elementga aylanadi. Uni yana Quyosh sistemasiga o’xshatib plutoniy (Pu) deb atadilar, chunki Neptun sayyorasidan keyin Pluton sayyorasi keladi. Bu yadro reaksiyalarining ko’rinishi:
( 1.1)

Hozirgi paytda neptuniy 12 dan kam bo’lmagan massa sonlari 230 dan 241 gacha bo’lgan izotoplari mavjud. Neptunning izotopi og’ir kumushrang metal bo’lib, havoda sekin oksidlanib boradi. Uning erish temperaturasi 640^◦C, zichligi esa ; plutoniyni esa massa soni 232 dan 246 gacha 15 dan kam bo’lmagan izotopi mavjud. U havorang ko’rinishga ega bo’lib, yaltirash xususiyatiga ega bo’lgan metal. Uning zichligi turli modifikatsiya 15,9 dan to gacha o’zgaradi. Erish temperaturasi 640^◦C. Chiziqli kengayish koeffitsiyenti manfiy.

Neytronlar bilan plutoniyni nurlantirish natijasida Z=95 bo’lgan element olingan. U AQSh da olingan bo’lib, ameritsiy (Am) deb nom olgan. Yadro reaktorida olinish reaksiyasi:
(1.2)
(1.3)

Sxema bo’yicha amalga oshiriladi. Ameritsiy kumushrang metal bo’lib, uning zichligi .

Neytronlar bilan ni nurlantirish natijasida oraliq izotop yuzaga keladi. Bu radioaktiv yadroning – yemirilish natijasida yangi Z=96 transuran element yuzaga keladi. U quyidagi yadro reaksiyalari sxemasi asosida yuzaga keladi:

(1.4)

Bu olingan yangi elementga Mariya va Per Kyurilar sharafiga kyuri (Cm) nomi berilgan. Bu ham kumushsimon metal bo’lib, zichligi . U –radioaktivelement. Yarim yemirilish davri 160 kun.
Shuni ta’kidlab o’tmoq joizki, 97 va 98-elementlar plutoniyni yadro reaktorlarida neytronlar bilan uzoq vaqt davomida nurlantirish yo’li bilan olinadi. Ular mos ravishda berkli (Bk) va kaliforniy (Cf) deb nomlangan edilar. Bu nomlar AQShdagi Berkli shahri hamda Kaliforniya Universitetining nomlaridan kelib chiqqan, chunki ular o’sha yerda birinchi bo’lib olingan edi. Berkli va kaliforniyni olishning xuddi ameritsiy va kyurilarga o’xshash bir necha usullari mavjud. Biroq barcha bu elementlarni ko’p miqdorda olish faqat reactor usuli bilan amalg oshiriladi. Hozirgi vaqtda ameritsiyning massa sonlari 237 dan 247 gacha bo’lgan 11 ta izotopi, kyurining 13 ta izotopi , berkliyning 9 ta izotopi hamda kaliforniyning 16 ta izotopi mavjud.
Reaktor usuli transuran elementlarini ko’p miqdorda olishning yagona usuli bo’lsa ham uni har doim ham qo’llab bo’lmaydi. Kaliforniy (Z=98) dan keying (Z=99), (Z=100) elementlarni 1952-yilda AQShda vodorod bombasini portlatish natijasida juda kam miqdorda olishga muyassar bo’lganlar. Ularni olimlar Eynshteyn va Fermi sharafiga mos ravishda eynshteyniy va fermiy deb atagan edilar.
Eynshteyniy ( ) va fermiy ( ) izotoplar quyidagi jarayonlar natijasida olingan: vodorod bombasining portlash natijasida uranning ba’zi yadrolari bir vaqtning o‘zida 15 yoki 17 ta neytronni tortib oladilar. So‘ng qator ( -yemirilishlar zanjiri yangi transuran elementlarining yuzaga kelishiga olib keladi:

( 1.5)

(1.6)

Hozirga vaqtda Eynshteyniyning 14 ta izotopi ( ), fermiyning 16 ta izotopi ( ) ma’lum. Bu izotoplar ham radioaktiv. Ularning yarim emirilish davrlari o‘zlaridan avvalgi transuranlarga nisbatan kichik bo‘lishi bilan xarakterlanadi. Eynshteyniylar orasida eng uzoq yashaydigan bo‘lib, uning yarim emirilish davri 480 kun, fermiy izotopining yarim emirilish davri 80 kun, izotopining yarim emirilish davri hammasi bo‘lib 160 minutni tashkil etadi.

Yuqorida bayon etilgan usullar yordamida Z > 100 bo‘lgan yadrolarni hosil qilib bo‘lmas ekan. Sabablari - neytronlar oqim zichligini yetarli emasligi, ko‘p sondagi neytronlarni tortib olish ehtimolligining kichikliga va eng muhimi Z>100 yadrolarning radioaktiv yemirilishining tezligidir.
AQSHda yengil yadrolar ( , , shuningdek, - -zarra) bilan oldindan reaktorda hosil qilingan eng og’ir transuran elementlarni bombardimon qilish yo‘li bilan 1940, 1944, 1949, 1950 yillarda , , va izotoplar hosil qilindi. Shu yo‘l bilan 1955 yilda oxirgi yangi 101-element birinchi bo‘lib AQSHning Berkli shahrida hosil qilindi:
(1.7)
Bu 101-elementga buyuk rus kimyogari D.I.Mendeleev sharafiga mendeleviy deb nom berilgan.
Shundan so‘ng butun dunyoda yangi elementlarni hosil qilish yo‘lida og‘ir yadrolarni bombardimon qiluvchi zarralar tezlatkichlarini mukammalashtirish lozimligi ko‘rinib qoldi. Bu borada turli mamlakatlarda turli xil tezlatkichlar maydonga keldi. 1966 yilda Moskva shahridan uzoq bo‘lmagan Dubna shaharchasida yangi U-200 siklotron qurildiki, unda birinchi bo‘lib 106- va 107- elementlar olingan. 1956 yildan boshlab Stokgolmda, Berklidagi Kaliforniy institutida hamda Moskvadagi atom energiyasi institutlarida 102-elementni olishga kirishilgan. Lekin ishonchli natija 1963 yilda Dubnada olingan. Dubna olimlari ni ionlari bilan bombardimon qilish natijasida izotopini olishgan. Uning yarim yemirilish davri 55 s bo‘lib chiqqan. Keyinchalik Dubnada bu elementning barcha izotoplari bo‘yicha olingan natijalar Bekrlida olingan natijalar bilan solishtirilgan. Bu yangi elementni olim Alfred Nobel sharafiga nobeliy deb atash qabul qilingan.
1961 yilda Berklidan 103²⁵⁷ elementning topilganligi haqida xabar kelgan. Bu elementga siklotronni kashf qil- gan Lourens sharafiga lourensiy deb nom berilgan. Lekin izotop haqidagi xabarning xato ekanligi aniqlangan. 1965 yilda Dubnada ishonchli izotop quyidagi yadro reaksiya natijasida olingan:
(1.8)
1964 yilda Dubnada U-300 siklotronida 104-element (aniqrogi izotop) kashf qilindi. U ko‘zga ko‘ringan fizik I.V.Kurchatov sharafiga kurchatoviy (Ku) deb atalgan. Bu elementni yuzaga keltirish uchun bombardimon qiluvchi 115 MeV li energiyaga ega bo‘lgan zarralar ning ionlari, bombardimon qilinuvchi modda sifatida olingan:
(1.9)
Hozirgi vaqtda kurchatoviyning hammasi bo‘lib 8 ta izotopi olingan.
1970 yilda Dubnada birinchi bo‘lib
(1.10)
yadro reaksiyasi natijasida A=105 element hosil qilindi va u Nils Bor sharafiga nilsboriy (Ns) deb nomlandi.
1974 yilda Dubnada 106- va 1976 yilda 107-elementlar topilgan. Ularni hosil bo‘lish reaksiyalari:
(1.11)
Mendeleyev elementlar davriy sistemasidagi 108, 109, 110-elementlarni mavjudligi haqidagi eksperimentatorlarning xabarlari ilmiy adabiyotlarda uchrab turadi. Hozirgi zamon nazariyotchilari esa 110-114 nomerli elementlarning mavjudligi haqida oldindan bashorat qilmoqdalar. Bu sohaa ham nazariy ham amaliy izlanishlar intensiv davom etmoqda va yaqin kelajakdsa yangi-yangi transuran elementlarning kashf qilinishi kutilmoqda.
Transuran elementlardan chiqadigan alfa zarrachalarining energiyalari taxminan 5 dan 8 MV gacha o'zgarib turadi, bunda yuqori energiyali alfa asosan eng qisqa yarim umri bo'lgan izotoplardan keladi. Berkeliy (element 97), eynshteyniy (99-element), fermi, mendelevium, nobeliy va lorenziy juda oz miqdorda, asosan tadqiqot maqsadida ishlab chiqariladi va ishlab chiqarilgan izotoplarning aksariyati shu qadar qisqa yarim hayotga egaki, ular bir necha soniya yoki daqiqaga ega bo'lib, ular sog'liq uchun xavf tug'dirmaydi. Kaliforniya (element 98), foydali neytron nurlanish manbai biroz kattaroq miqdorda mavjud. Neptuniy, plutoniy, amerikiy va kurium, mos ravishda 93 dan 96 gacha bo'lgan elementlar, bu texnogen aktinid seriyali elementlardan eng ko'p va eng keng tarqalgani. Hammasi yadro reaktorlarida ishlab chiqariladi va alf-emissiya izotoplari juda uzoq yarim umrga ega, masalan, ²³⁷ Np uchun  , ²³⁹ Pu uchun 24,400 yil , ²⁴¹ Am uchun 458 yil va ²⁴⁵ Cm uchun 17,6 yil , radioaktiv chiqindilarni yo'q qilish bo'yicha katta tashvishni o'z ichiga oladi. 
Plutoniy-239 yadroviy qurolning tarkibiy qismidir va 1950-1960 yillardagi yadroviy qurol sinovlari natijasida 5 metrlik tonna atmosferaga va atrof-muhitga tarqalib ketganligi sababli iz miqdorini deyarli hamma joyda topish mumkin. Atom energiyasi reaktorlarida nisbatan katta miqdordagi narsalar mavjud bo'lganligi sababli, reaktor avariyasida plutoniyning chiqishi potentsial xavotirga ega, ammo Uch mil orolidagi avariya natijasida hech kim chiqmagan va Chernobilda oz miqdordagi narsalar chiqarilgan. Plutoniy-238, yarim parchalanish davri 86,4 yil, birlik massasi uchun ²³⁹ Pu ga nisbatan 280 baravar ko'p . Ushbu yuqori o'ziga xos faollik tufayli yurak kardiostimulyatorlarida va kosmik transport vositalarida ishlatiladigan termoelektrik qurilmalarni quvvat manbai sifatida issiqlik manbai sifatida ishlatiladi. Juda oz miqdordagi ²³⁸Pu foydalanish elektron yurak stimulyatoridagi pu tashvish tug'dirmadi, ammo kilogramm miqdori ²³⁸ Pu atrof-muhitga tarqaladigan kosmik transport vositalarining qayta urinishi va yo'q qilinishi xavotirga solmoqda. Amerisiy-241 yadroviy qurollardagi plutoniyning ifloslantiruvchisidir va shu tariqa atrof-muhitga tarqatilgan. Juda oz miqdor batareya bilan ishlaydigan tutun detektorlarida zarur bo'lgan ionlashtiruvchi nurlanish manbasiga aylandi. Ushbu foydalanish sog'liqni saqlashni tashvishga solmadi. Nisbatan katta miqdordagi ²³⁷Np parchalanish reaktorlarida ishlab chiqariladi va plutoniy, amerikiy va kuriy izotoplari bilan sovutish suvida ifloslantiruvchi va yadroviy reaktor chiqindilarining uzoq umr ko'rgan komponenti sifatida ishlov berilishi kerak. Barcha transuranik elementlar uchun kasbiy ta'sirlar atrof-muhitga ta'sir qilishdan ko'ra sog'liqqa sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin, ammo ko'proq katta miqdordagi populyatsiyalar unga atrof-muhit ta'sirida ta'sir qilish ehtimoli ko'proq, ammo ularning miqdorini kuzatish mumkin. Yadro materiallari ishlab chiqarish ob'ektlaridagi kasbiy ta'sir havoni tashuvchi uskunadan tasodifan chiqarilgan havo orqali o'tgan transuranik elementlarning inhalatsiyasi va ushbu materiallarni qo'lqop qutilariga ishlov berayotgan odamlarning qo'lida yaralar bilan kirib borishi natijasida yuzaga keldi.
Plutoniy va boshqa alfa chiqaradigan transuranik elementlarning biologik ta'siri, gamma chiqaradigan radionuklidlardan farqli o'laroq, birinchi navbatda ularning tanaga kirishi va radiosensiv to'qimalarda to'planishiga bog'liq. Bundan tashqari, atrof-muhitda transuranik elementlarning mavjudligi ularning inson to'qimalarida to'planishiga shart emas. Keyingi munozarada transuranik elementlarning oshqozon-ichak traktidan osongina so'rilmasligi va buzilmagan teri orqali osonlikcha so'rilishi kuzatiladi. Agar atrof-muhit sharoitlari transuranik elementlarning havoga ko'tarilishiga olib keladigan bo'lsa, ularning nafas olish tizimiga kirib, nafas olishlari mumkin. Nafas olish tizimidagi cho'kma sog'liqqa ta'sir qilishi mumkin bo'lgan eng yuqori ehtimollikni anglatadi.
Ko'proq plutoniy- 239 boshqa transuranli izotoplariga qaraganda ishlab chiqarilgan . Uran-235 singari u ham asosan yadroviy energiya ishlab chiqarish va yadroviy qurol ishlab chiqarish uchun yoqilg'i sifatida ishlatiladi. Boshqa uchta transuran izotoplari plutoniy-238, amerikalik-241, va kalifornium-252 amaliy amaliy tajribalarni namoyish etdi. Bir gramm plutoniy-238 taxminan 0,57 vatt ishlab chiqaradi issiqlik energiyasi, birinchi navbatda alfa-zarrachalar parchalanishidan kelib chiqadi va bu xususiyat kosmik kashfiyotda kichik issiqlik elektr stantsiyalarini energiya bilan ta'minlash uchun ishlatilgan.
Ameritsiy-241 alfa zarrachalari emissiyasi natijasida parchalanish uchun ustun gamma-nurlanish energiyasiga (60 kV) va uzoq yarim parchalanishga (432,6 yil) ega. Ayniqsa, turli xil sanoat materiallarining qalinligini o'lchash va nazorat qilish, qalqonsimon bezovtalikni tashxislash va tutunni aniqlaydigan vositalar uchun foydalidir. Berilliy bilan aralashtirilganda , amerikalik-241 grammiga sekundiga   neytron hosil qiladi. Aralash ²⁴¹Am-Be deb nomlangan va shu kabi ko'plab manbalar butun dunyo bo'ylab neft quduqlarida har kuni, masalan, kun davomida qancha neft qazib olishini kuzatish uchun ishlatiladi. Kaliforniya-252 - bu zich neytron manbai: bir gramm soniyada   neytron chiqaradi . U neytronlarni faollashtirishni tahlil qilish, shu jumladan minerallarni qidirish va neft quduqlarini monitoringini ko'p sonli qo'llash uchun neytronlar bilan ta'minlash uchun ishlatilgan. Bundan tashqari, u neytron rentgenografiyasida, aeroportda azotli materiallar (masalan, portlovchi moddalar) uchun neytron-faollashtiruvchi detektorlarda va gamma-nurli davolash nisbatan samarasiz bo'lgan o'smalarni nurlantirish uchun ishlatiladi. Ammo uning eng muhim sanoat qo'llanilishi yadroviy reaktorlarni ishga tushirish manbai ( asboblarni sozlash uchun ishlatiladi ) hisoblanadi.


1.2 Transuran elementlarning sintezi
Neptuniyning eng ko'p izotopi bu neptuniy-237. Neptuniy-237 yarim yemirilish davri  yilni tashkil etadi va alfa zarralari emissiyasi natijasida parchalanadi. (Alfa zarralari ikkita neytron va ikkita protondan iborat va aslida geliyning juda barqaror yadrosidir.) Neptuniy-237 yadro reaktorlarida plutoniyni keng miqyosda ishlab chiqarishning qo'shimcha mahsuloti sifatida kilogramm miqdorida hosil bo'ladi. Ushbu izotop uran-235 reaktoridan reaktsiya natijasida sintez qilinadi va uran-238 tomonidan
(1.12)
(1.13)
(1.14)
(1.15)

Plutoniy izotop sifatida plutoniy-239, yadro reaktorlarida ketma-ketlikda tonna miqdorida ishlab chiqariladi.

(1.16)

Chunki, barcha energiya neytronlarning bilan fizyon o'tishi uchun uning qobiliyatini, plutoniy-239 yadroviy qurol va yonilg'i sifatida energiya manbai sifatida muhim amaliy dasturlar bor atom reaktorlarini.
Hozirgacha muhokama qilingan elementlarni ishlab chiqarish usuli, aktinoid nishonning sekin (kam energiyali) neytronlari bilan doimiy intensiv nurlanish natijasida ketma-ket neytronni tutib olish usulidir. Ketma-ketligi ushbu jarayon orqali yadro reaktorlarida sintez qilinishi mumkin bo'lgan nuklidlar yorug'lik chizig'i neytronni ushlab turish (gorizontal strelkalar) va salbiy beta-zarrachalarning parchalanishining asosiy yo'lini (yuqoriga yo'naltirilgan strelkalar) ko'rsatadi va natijada ketma-ket og'irroq elementlar va yuqori atom raqamlari. (Pastga yo'naltirilgan strelkalar elektronni tortib olishni anglatadi.) Og'irroq chiziqlar asosiy yo'lni kuchaytiradigan yordamchi yo'llarni ko'rsatadi. Asosiy yo'l shu yerda tugaydi fermi-257, chunki keyingi fermiy izotopining qisqa umr ko'rish muddati (fermi-258) - spontan parchalanish (370 mikrosekund) bilan radioaktiv parchalanish uchun , bu bilan uning ishlab chiqarilishiga va fermiydan tashqarida elementlarning izotoplari ishlab chiqarilishiga to'sqinlik qiladi.
Ba'zi transuran elementlarning og'ir izotoplari ham ishlab chiqariladi yadroviy portlashlar. Odatda, bunday holatlarda uranni nishonga olish sekundning kichik bir qismi uchun tezkor (yuqori energiyali) neytronlarni, tez neytronni tortib olish deb nomlanuvchi jarayonni yoki r-protsess (sekin neytron tutilishidan farqli o'laroq, yoki s- protsess , yuqorida tavsiflangan). 60-yillarning oxirida yadroviy portlash moslamalarini yer osti zarbalari natijasidatog 'jinslari qoldiqlaridan tog'-kon va kimyoviy ishlov berish orqali ajralib chiqqan juda ko'p miqdordagi eynshteyniy va fermiy izotoplari ishlab chiqarildi. Yana eng og'ir izotop fermi-257 topildi.
Transuran izotoplarini sintez qilishning muhim usuli bu og'ir elementlarning nishonlarini neytronlar bilan emas, balki yorug'lik bilan zaryadlashdir. Tezlatgichlardan zarralar ( yuqorida aytib o'tilgan geliy yadrolari kabi). Mendeleviydan og'irroq elementlarni sintez qilish uchun zarbali yadrolar uchun og'ir atom ionlari (atom soni 2 dan katta va massasi soni 5 dan katta) ishlatilgan. Neytronlarga nisbatan mo'ljal va mo'ljallar talab qilinadi, natijada hosil bo'lgan yadrolar etarlicha yuqori neytron sonlariga ega bo'ladi; juda past neytron soni yadroni juda beqaror va kuzatib bo'lmaydigan qilib ajratadi, chunki uning yarim parchalanish davri qisqa.