Из данных, которыми мы сейчас располагаем, видно, что самый распространенный элемент в космосе — водород, который составляет основную массу вещества звезд, космических лучей и некоторых планет. Второе место занимает гелий, которого в среднем в десять раз меньше, чем водорода. После гелия на кривой наблюдается резкий спад, соответствующий распространенности изотопов лития, бериллия и бора. Среднее суммарное содержание этих элементов в солнечной системе в 10⁸ раз меньше, чем водорода, и в 300 раз меньше, чем кальция. После этого провала кривая средней распространенности поднимается вверх: распространенность изотопов углерода, азота, кислорода и других элементов только в 10³—10⁴ раз меньше распространенности водорода. Наибольшей распространенностью обладают изотопы С¹², Ν¹⁴ и О¹⁶, затем распространенность изотопов медленно уменьшается по мере увеличения их массовых чисел вплоть до скандия, содержание которого очень мало и приближается к содержанию бериллия. После скандия кривая еще раз очень круто поднимается вверх и достигает максимума для железа и соседних с ним элементов.

В этой связи следует еще раз отметить, что изотопы железа и близких к нему элементов (см. рис. 4) характеризуются в отличие от всех остальных элементов сравнительно большой величиной энергии связи на один нуклон. Поэтому все они энергетически наиболее устойчивы. Одним из самых устойчивых изотопов является Fe⁵⁶, наиболее распространенный изотоп в космических телах. На этот очень интересный факт обратил внимание еще в 1935 г. акад. А. Е. Ферсман. Он указывал, что железо в земной коре занимает четвертое место по своему весу и восьмое по числу атомов… В метеоритах железо по весу занимает второе место, по числу атомов — четвертое. Одно из первых мест принадлежит ему и в атмосфере Солнца; сравнительномного, по-видимому, железа и в космических лучах.

После железа (см. рис. 29) распространенность элементов постепенно уменьшается, затем остается почти постоянной с небольшими максимумами, которые соответствуют изотопам, имеющим магические числа нейтронов и протонов, равные 50, 82 и 126. Мы уже обращали внимание на эти изотопы и показали, что они обладают повышенной стабильностью по сравнению с другими изотопами. Следует прежде всего отметить Zr⁹⁰(N = 50) и Sn¹¹⁹(Z = 50), которые обладают максимальной распространенностью по сравнению с соседними изотопами. Заметно увеличение содержания изотопов редкоземельных элементов, имеющих 82 нейтрона. Например, для Рг¹⁴¹ распространенность больше в 8 раз, для La¹³⁹—в 27 раз, Nd¹⁴² — в 5 раз и Се¹⁴⁰ — в 12 раз по сравнению со средней распространенностью-изотопов редкоземельных элементов в земной коре. Из самых тяжелых элементов максимальной распространенностью обладает изотоп РЬ²⁰⁸, который является дважды магическим (Z = 82, N = 126). Согласно последним данным, его средняя распространенность значительно выше распространенности многих изотопов-элементов средней части периодической системы.

В этой главе мы познакомились с разнообразными телами Вселенной, их основными характеристиками и. химическим составом. Картина Вселенной раскрывается во всем многообразии форм существования вещества — от чрезвычайно разреженного его состояния в межзвездной среде до сверхплотного в белых карликах. Имеющиеся сведения о химическом составе космических тел показывают, что основные элементы Вселенной — самые легкие элементы — водород и гелий. Более тяжелые элементы распространены чрезвычайно редко, что указывает на большую трудность осуществления процессов их синтеза в природных условиях.

Для познания путей этого синтеза большое значение имеет выявление аномалий в распространенности элементов и процессов, приведших к ним. Наиболее четко эти аномалии проявляются в телах Солнечной планетной системы. Число планетных систем в нашей Галактике исчисляется миллионами. Предполагается, что из «близких» к Солнцу звезд две наверняка окружены планетоподобными спутниками — это звезды 60-я из созвездия Лебедя и 70-я из созвездия Змееносца. Мы видели, что все объекты Солнечной системы — холодные тела с относительно малым содержанием водорода. В этом заключается коренное отличие от звезд, туманностей и межзвездного пространства, в которых велико содержание водорода. Сопоставление химического состава этих тел с химическим составом звезд, межзвездной среды и космических лучей поможет нам разобраться в вопросе о происхождении химических элементов и их эволюции.

Глава третья

ОБРАЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Огромных успехов достиг человек в познании тайн мироздания. Он проник в глубь атома, расщепил его на составные части. Получено много новых частиц и античастиц, которые рождаются при различных ядерных процессах. Человек овладел энергией атомного ядра и успешно использует ее в своей практической деятельности. Осуществилась мечта, которая на протяжении более 20 столетий владела умами людей в их стремлении завоевать природу — ученые в лабораторных условиях стали превращать одни элементы в другие.

Современные способы осуществления ядерных реакций дали возможность не только получить разнообразные радиоактивные изотопы известных элементов, но и синтезировать новые элементы, полученные только искусственным путем и не обнаруженные на Земле.

Одним из крупнейших достижений науки о превращениях элементов является синтез новых искусственных элементов.

Некоторые сведения о них приведены в табл. 9. i периодической системе элементов они закрашены зеленым цветом (см. табл. 2).

Элемент технеций (Z = 43) был впервые получен при облучении молибдена дейтронами с энергией около 5 Мэв и тепловыми нейтронами по реакциям:

Mo⁹⁸(d, п)Тс⁹⁹ и Мo⁹⁸(n, γ)Mo⁹⁹ β¯ →Тс⁹⁹. Изотопы этого элемента получаются при делении урана; так, реактор мощностью на 100 Мет производит около 2,5 мг Тс⁹⁹ в сутки. В настоящее время получено уже много килограммов металлического технеция; он находит широкое практическое применение.

Элемент прометий (Z = 61) обнаружен в продуктах деления урана. В реакторе указанной выше мощности получается 1 мг Pm¹⁴⁷ в сутки. Прометий в настоящее время выделен в больших количествах и используется, например, для изготовления атомных батарей.

Элемент астат (Z=85) синтезирован впервые при облучении висмута альфа-частицами с энергией 32 Мэв по реакции Bi²⁰⁹(α, 2n)At²¹¹. Все изотопы астата имеют короткий период полураспада, и поэтому этот элемент не удается получить в весомых количествах.

Элемент франций (Z = 87) имеет изотопы с очень коротким периодом полураспада (Т≤ 20 мин), и поэтому его так же, как и астат, трудно получить в сколько-нибудь заметных количествах. Впервые он был открыт в продуктах радиоактивного распада U²³⁵ по цепочке

В настоящее время его получают, как правило, при облучении урана или тория частицами высокой энергии на гигантских синхроциклотронах.

В 1940 г. был идентифицирован первый заурановый элемент нептуний (Ζ = 93). Он получался по реакции