WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
STAR DUST IN HANDS ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ В РУКАХ Yu. A. SHUKOLYUKOV..

‚ „‰‡‚ ‚ Until recently, primordial... ‚‡ protoplanetary gas-dust material was considered :...

as being both chemically Раньше исследователи, изучавшие Солнечную and isotopically homogeсистему, представляли ее начало так: планеты и neous. Instead, it has Солнце образовались из очень хорошо перемешанbeen found that the pri- ного горячего газового облака. Ни одно твердое тело, ни одна минеральная частица в нем не могли mary matter of Earth is уцелеть и должны были бы превратиться в пар, газ.

isotopically heterogeПротопланетное облако, следовательно, представлялось совершенно однородным по химическому и neous. In meteorites, изотопному составу. В основе такой картины лежаthere have been discovли надежные термодинамические оценки устойчиered many specimens of вости минеральных частиц при высокой температуре, расчеты физико-химических равновесий пар– mineral particles which жидкость–твердое тело, которые верны и сегодня, contain large isotopic но при одном условии – если температура газового облака была действительно столь высокой... Прежanomalies of many chemiние экспериментальные данные об изотопном соcal elements, elements ставе химических элементов свидетельствовали: и which were formed during земное, и внеземное (метеоритное) вещество по изотопному составу как будто не отличаются. Казаthe nuclear processes in лось, все ясно...

stars.

Так бы и оставались астрономы, космохимики и ‰‡‚ ‡, планетологи в заблуждении, представляя протопла ‚ нетное облако химически и изотопно однородным, если бы профессору университета Беркли Дж. Рей‡ „‡-‚ нолдсу не попалось в руки, точнее, в его сверхчувст·‡ · вительный масс-спектрометр для изотопного анали ‰‰.

за благородных газов, это странное “ископаемое”:

изотоп ксенона с массовым числом 129 – потомок ‡ ‡‡, ‚вымершего изотопа иода 129I.

‚‚ ·Благородный газ ксенон состоит из 9 изотопов -„[1, 2]. Изотопный состав ксенона был хорошо изве„. ‡ стен как для земного ксенона, так и для метеоритов.

Но в одном из метеоритов Дж. Рейнолдс впервые ·‡ ‡наткнулся на огромный избыток изотопа Xe.

‡ Вслед за ним это наблюдали во многих лаборатори ‡‡flях. Вот пример того, насколько аномальным, необычным может быть ксенон некоторых метеоритов.

„ Изотопный состав ксенона метеоритов-хондритов‚. ‡ ‡ ·‡‚‡ ‚ Название “хондриты” возникло из-за того,что в метеоритах этого типа в изобилии встречаются хондры – ка‡ fl‰ менные шарики размером от долей миллиметра до не‚ ‚ ‚‰‡. скольких миллиметров – капли быстро застывшего расплава. Вещество некоторых таких метеоритов – углистых хондритов, богатых углеродом и летучими элементами, – вероятно, очень близко по составу первичному материалу Солнечной системы [3]. Названия метеоритам дают по местности, где их находят, часто это имена городов, населенных пунктов, горных хребтов или других географических объектов.

, ‹7, © ‚.., Грозная и Никольская из Метеоритной коллекции Российской Академии наук был исследован в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН [4] (рис. 1). Причиной огромных “всплесков” распространенности изотопа 129Xe, как выяснилось, был -распад радиоактивного иода 129I, превращающегося в 129Xe в некоторых метеоритах. Но откуда бы взяться 129I в метеоритах Ведь в масштабе истории Солнечной системы с возрастом 4,6 млрд. лет [5, 6] изотоп 129I – очень корот- коживущий изотоп. Среднее время жизни, отпущенное природой каждому его атому, – 24 миллиона лет [7]. В Солнечной системе и в самом деле сегодня нет 129 I. Это вымерший изотоп. А ископаемый Xe – его прямой “потомок”, память о былом существовании вымершего I, подобная палеонтологическим остаткам прежней жизни на Земле. Оказалось, вымерший 129I не был одиноким в новообразован124 126 128 130 132 134 ной Солнечной системе. Вскоре в метеоритах нашли следы еще одного подобного изотопа. Ученые Массовое число изотопа, М Арканзасского университета П. Курода и М.В. Роуве обнаружили в метеорите-aхондрите1 Пасамонте Рис. 1. Избыток ископаемого изотопа ксенона ксенон с очень странным изотопным составом, по- Xe в метеоритах. Это потомок вымершего изотопа иода 129I. 1 – Метеорит Грозная, 2 – Никольхожим на изотопный состав ксенона, образующегоская, 3 – усредненные данные для метеоритов без ся при спонтанном делении урана и более тяжелых избытка 129Xe.

элементов. Но в этом ксеноне были и специфические особенности. Уж не ископаемый ли это потомок тверждено; например, в метеорите Червоный Кут вымершего трансуранового элемента, например (рис. 2), впервые исследованном нами [6]. Дальнейплутония, его изотопа 244Pu Ответить на этот вопрос помогло то, что еще до начала поисков 244Pu в метео- шие исследования привели к открытию и других ритах он был создан в лабораториях физиков. Сред- вымерших изотопов. Изучая железные метеориты, нее время существования каждого атома этого -ра- Дж. Вассербург с сотрудниками Калифорнийского диоактивного изотопа 122 миллиона лет, много университета в Пасадене, США [7] обнаружили в меньше возраста Солнечной системы (4,6 млрд. лет).

метеоритах сверхмикроскопические количества Изотоп Pu обладает способностью и к самопроизвольному делению с образованием стабильных 1,изотопов ксенона в числе продуктов этого ядерного превращения. Нужно было сравнить изотопный состав необычного метеоритного ксенона с тем, который имеет ксенон, образующийся при само0,произвольном делении Pu в лабораториях. Все имевшееся количество 244Pu (0,015 г) запаяли в герметизированную ампулу и подождали 2 года. За это время накопилось хоть и очень мало ксенона – продукта спонтанного деления 244Pu ( всего-то 10- 14 см3), – его 0,хватило для масс-спектрометрического определения изотопного состава. Он оказался в точности таким же, что и изотопный состав открытого П. Куродой и М.В. Роуве ксенона метеорита Пасамонте.



0,Его характерная особенность – очень большой из127 129 131 133 135 быток самых тяжелых изотопов 136Xe, 134Xe, 132Xe.

Массовое число изотопа, М В последующих экспериментах других исследователей и с другими метеоритами присутствие ископаеРис. 2. Ископаемые изотопы ксенона 136Xe, 134Xe, мого ксенона – продукта деления Pu было под132 Xe и Xe в метеорите Червоный Кут (2). Эти изотопы – потомки вымершего плутония 244Pu (1).

Название “ахондриты”, то есть “лишенные хондр”, приИзотопный состав метеоритного ксенона и ксеноменяют к дифференцированным метеоритам, вещество на, выделенного из искусственного препарата которых было переплавлено на родительских телах.

плутония, почти полностью совпадает. Это докаОбычно они состоят из базальтов. зывает былое присутствие 244Pu в метеорите.

.. относительно Xe Распространенность изотопа с массовым числом М к распространенности Xe Отношение распространенности изотопа серебра, но не обычного, а обогащенного изотопом кость быстро угасает. Такая вспышка означает, что 107 107 Ag (серебро состоит из изотопов Ag и Ag). закончила свой жизненный путь одна из звезд, озаЭтот изотоп мог быть ископаемым потомком вы- рив космическое пространство своим прощальным светом... Вместо звезды остается огромное облако мершего “прародителя”, -радиоактивного изотопа газа, которое можно увидеть в телескоп.

палладия Pd (среднее время жизни его атомов около 9,5 миллионов лет). Следовательно, чем Но какое отношение имеет все это к 129I, 244Pu и больше в метеорите соотношение палладия и серебдругим вымершим изотопам Оказалось, самое ра, тем серебро должно быть богаче изотопом 107Ag – прямое. На ранних стадиях эволюции крупных потомком -радиоактивного палладия. Так оно и звезд массой более 6 масс нашего Солнца в их недрах оказалось (рис. 3). Были открыты и другие вымердействуют созданные самой природой термоядершие изотопы. Это -радиоактивные изотопы марные реакторы. Благодаря огромным температуре и давлению в недрах больших звезд атомные ядра во107 Ag/109Ag Cr/52Cr дорода соединяются, образуя ядра гелия. Высвобождается невообразимо большая энергия, поддерживающая ядерное горение звезды. По мере 4,исчерпания “горючего” – водорода – температура снижается, звезда под действием силы гравитации сжимается. Это вызывает слияние, соединение все более тяжелых атомных ядер – гелия, углерода, азота. В недрах звезды выделяется огромное количество энергии. Звезда ярко сияет в космическом пространстве, щедро излучая энергию. Однако, когда 0 200000 400000 0 0,4 0,108 55 запасы ядерного горючего иссякают, термоядерный Pd/109Ag Mn/52Cr источник энергии начинает “глохнуть”. ТемператуMg/24Mg Ni/58Ni ра звездных недр падает. Поэтому мощнейшие силы 0,гравитации теперь без помех начинают сжимать звезду. Она катастрофически быстро сокращается в 0,объеме и уплотняется столь сильно, что теперь атомные ядра даже железа и более тяжелых элемен0,тов могут вступать в реакции нуклеосинтеза с выделением энергии. Температура быстро достигает 0,миллиардов градусов. В ядерных реакциях внезапно образуется огромное количество нейтронов. Их по0,ток так велик, что даже самые короткоживущие но0 200000 400000 0 200 56 27 вообразованные радиоактивные ядра не успевают Fe/58Ni Al/24Mg распасться до того, как в них вбиваются все новые и Рис. 3. Доказательство былого присутствия в меновые нейтроны. В этом взрывном r-процессе нуктеоритах вымерших, короткоживущих изотопов леосинтеза образуются все более тяжелые атомные Pd, 53Mn, 60Fe, 26Al – линейные корреляции изоядра середины и конца Периодической системы топных отношений. Эти некогда существовавшие элементов Д.И. Менделеева.

в природе изотопы оставили о себе память в метеоритах: избытки их дочерних изотопов, соответВот здесь-то, в таком термоядерном процессе, в ственно 107Ag, 53Cr, 60Ni, 26Mg.

r-процессе, и родились 129I, 244Pu и другие вымершие изотопы – в самом горниле ядерной печи, в грандиганца 53Mn, алюминия 26Al [7], железа 60Fe, недавно озном взрыве звезды. Их рождение случилось именоткрытого в Калифорнийском университете Санно потому, что в небе вспыхнула сверхновая звезда.

Диего А. Шуколюковым и Г. Лугмайром. Перед исНо как же добрались новорожденные 129I и 244Pu от следователями встал вопрос: откуда взялись такие сверхновой до Земли короткоживущие изотопы в метеоритном веществе После тщательного теоретического анализа всех возможностей образования их при различных ядер- ных процессах заключение было неожиданным: выИтак, 4,6 миллиарда лет назад грандиозный мершие изотопы не могли образоваться в Солнечвзрыв разбросал вещество сверхновой, включавшее ной системе, они – пришельцы из космического 129 I и Pu, в межзвездное пространство. Ударная пространства! волна от взрыва разнеслась в космических окрестностях сверхновой. На ее пути оказалось одно из многочисленных газопылевых облаков, разбросанКаждые 100 – 200 лет на ночном небосводе по- ных между звездами. Пронизав это облако, ударная является внезапно вспыхнувшая яркая звезда. Не- волна “впрыснула” в него газообразное вещество которое время она сияет необычно сильно, но ее яр- сверхновой, в том числе и новорожденные I и, ‹7, Pu, которые рассеялись в протопланетном обла- (103-я клетка), но дальше, по мере роста атомного ке. Она сыграла роль не только транспортного сред- номера гипотетических химических элементов их ства для 129I и 244Pu, но и спускового крючка, запус- устойчивость, казалось, может быстро возрастать.





тившего процесс образования Солнечной системы: Расчеты не исключали, что элементы № 108 – под действием ударной волны облако начало сгу- могли бы оказаться достаточно стабильными [8].

щаться, конденсироваться. Мельчайшие пылинки Этот островок стабильности в море соседних нестастали объединяться, захватывать газы из окружаю- бильных ядер мог возникнуть, как предполагали, щего их пространства. Из мелких частиц образова- из-за того, что у таких химических элементов в лись более крупные, затем появились комки разме- атомных ядрах наборы протонов и нейтронов должром в сантиметры и метры, а из них сформировались ны быть близкими “магическим числам” 114 и 184 – зародыши будущих планет и позднее сами планеты. так физики в полушутку называют особо прочные В этих-то процессах аккреции – собирания вещест- комбинации этих частиц в ядрах атомов. Гипотетива из пыли и газа – 129I и 244Pu и попали в строитель- ческие сверхтяжелые элементы могли бы оказаться ный материал, из которого сложились большие настолько устойчивыми, что из них, благодаря планеты. Остатки, космический “строительный му- очень небольшой критической массе, можно было сор” в виде бесчисленных метеоритов и сегодня со- бы делать малогабаритные ядерные энергетические храняются в астероидном поясе между Марсом и установки и, увы, миниатюрные атомные бомбы огЮпитером. Метеориты, вырвавшиеся из него на ромной разрушительной силы. Физики-экспериЗемлю, приносят нам изотопные ископаемые – ментаторы в Дубне под Москвой под руководством продукты распада некогда существовавших в мине- Г.Н. Флерова и в Беркли, США, во главе с Г. Сиборралах 129I, 244Pu и других вымерших изотопов, родив- гом с помощью гигантских ускорителей пытались шихся в ослепительном взрыве сверхновой звезды. создать рукотворные сверхтяжелые элементы – № 102, № 103, № 104,..., двигаясь от одной клетки Стало очевидным: при образовании Солнечной Периодической системы Д.И. Менделеева к следуюсистемы в нее были заброшены ударными волнами щей. Одновременно с физиками-ядерщиками начаот взорвавшейся неподалеку сверхновой звезды ли охоту за сверхтяжелыми элементами и исследоваатомы многих короткоживущих изотопов. Они вотели метеоритов: ведь если в метеоритах найдены шли в состав первых минералов и там оставили после доказательства существования трансуранового элесебя память в виде ископаемых стабильных изотомента плутония, то почему бы там же не найти изопов. Казалось бы, проблема происхождения вымертопные следы и более тяжелых трансуранов – ших изотопов после открытия в метеоритах их иссверхтяжелых элементов Совместно с нашей групкопаемых потомков 129Xe, 136Xe, 107Ag, 53Cr, 60Ni, 26Mg пой активные поиски сверхтяжелых элементов в решена. Но... (как часто в науке возникает это слометеоритах с помощью физических методов начал во – и обескураживающее, и стимулирующее новое со своими сотрудниками и Г.Н. Флеров, открывший продвижение вперед!) в метеоритах обнаружилась задолго до этого вместе с К.А. Петржаком само явеще одна изотопная загадка.

ление самопроизвольного деления ядер. Казалось, и здесь удача улыбалась исследователям: в некото ! рых метеоритных минералах обнаружились видимые в микроскоп следы пролета – треки, как думаМногие исследователи, изучив некоторые метели, ядер сверхтяжелых элементов, составной части ориты – углистые хондриты, обратили внимание на галактического космического излучения. Теоретичеизбыток в них тяжелых изотопов ксенона – Xe, ски сверхтяжелые ядра при каждом акте спонтанноXe, 132Xe – типичных продуктов деления. Однако го деления должны были бы испускать 4 – 6 нейтроих соотношения никак не соответствовали изотопнов – вроде бы и такую множественность эмиссии ному составу ксенона, образующегося при самонейтронов из некоторых метеоритов удалось зафикпроизвольном делении ни хорошо известных изосировать.

топов урана или тория, ни Pu, ни искусственно синтезированных трансурановых элементов. Уж не Пионером экспериментальных поисков ископаскрыты ли в углистых хондритах следы самопроиз- емых изотопов ксенона – продуктов спонтанного вольного деления еще одного вымершего элемента – деления сверхтяжелых элементов в метеоритах – далекого зауранового, сверхтяжелого Такое пред- были Э. Андерс и его исследовательская группа в положение пришлось как нельзя кстати! Как раз Чикагском университете. Вслед за ними в погоню за именно в это время физики-теоретики пришли к этими элементами включились и другие исследовавыводу, что в природе могут существовать очень тя- тели, в том числе и наша лаборатория. Основная желые химические элементы. Хотя устойчивость идея состояла в том, чтобы найти и выделить минеатомных ядер быстро падает по мере утяжеления ралы, где прежде концентрировался сверхтяжелый элементов, хотя среднее время жизни атомов умень- элемент, а теперь содержится его потомок – ксешается от 6,5 миллиардов лет для урана (92-я клетка нон с особым изотопным составом. Однако метеоПериодической системы элементов Д.И. Менделе- ритные минералы очень тонкозернисты. Мельчайева) до нескольких минут для атомов лоуренсия шие зерна разных минералов к тому же нередко.. срастаются так, что не оторвать, а то и врастают од- дет выделить чистый ксенон деления сверхтяжелого но в другое. Поэтому придумали химический метод элемента...

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.