Химическим элементом называется совокупность атомов с одинаковыми зарядами атомных ядер и одинаковыми количествами электронов атомных оболочек. Химические элементы, существующие в природе, заканчиваются ураном U, зарядовое число (число единиц элементарного заряда в атомном ядре) которого равно Z = 92. Атомы с Z > 92 располагаются в периодической системе химических элементов за ураном. Поэтому они получили название трансурановых элементов.

Трансурановые элементы были синтезированы искусственно. Исключениями являются нептуний Np (Z = 93) и плутоний Pu (Z = 94), найденные в природе в чрезвычайно малых количествах в урановых рудах.

Например, в урановой смоляной руде из штата Колорадо (США), содержащей 50% урана, отношение количества ядер ²³⁹Pu к числу ядер урана составляет 7,7·10^-12. Этот плутоний образовался вследствие взаимодействия ядер урана с нейтронами вторичного компонента космических лучей. Поэтому практически можно полагать, что элементы, существующие в природе, заканчиваются ураном.

Для искусственного синтеза трансурановых элементов используются различные ядерные реакции. Сначала применялись реакции захвата нейтронов ядрами с дальнейшим β-распадом образовывавшихся нестабильных ядер.

Впервые такие реакции радиационного захвата нейтронов ядрами использовал Энрико Ферми (1901-1954) в 1934 г. для создания новых радиоактивных изотопов. Однако он не открыл новых трансурановых элементов, хотя был близок к такому открытию.

Рассмотрим процесс синтеза ядер нептуния, который впервые осуществили в 1940 году Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон в Беркли (Калифорния, США). Для этого использовалась ядерная реакция радиационного захвата нейтрона ядром урана с последующим β-распадом

²³⁸U + n → ²³⁹U + γ,

²³⁹U → ²³⁹Np + ē+ ῡ,

где γ, ē и ῡ обозначают соответственно фотон, электрон и антинейтрино.

Период полураспада ядер ²³⁹U равен t_½= 23,5 минуты. Образовавшееся ядро ²³⁹Np является радиоактивным, оно испытывает β-распад с t_½ = 2,35 суток. Именно изучение периода полураспада позволило впервые идентифицировать этот изотоп нептуния, а уже потом были изучены его свойства.

Среди изотопов нептуния наибольшее время жизни имеет ²³⁷Np, испытывающий α-распад с t_½ = 2,14·10⁶ лет.

Следующий трансурановый элемент — плутоний — открыла в 1940 г. группа физиков под руководством Гленна Теодора Сиборга (США) при наблюдении β-распада ядер нептуния

²³⁸Np → ²³⁸Pu + ē+ ῡ.

Ядра ²³⁸Np распадаются с периодом полураспада t_½ = 2,1 суток. Их обычно синтезируют в реакции взаимодействия ядер урана с дейтронами

²³⁸U + d → ²³⁸Np + 2n.

Изотоп ²³⁸Pu является α-радиоактивным с периодом полураспада t_½ = 86,4 лет. Очень важным изотопом является ²³⁹Pu, который образуется при β-распаде нептуния

²³⁹Np → ²³⁹Pu + ē+ ῡ.

Этот изотоп плутония также радиоактивен. Большой период полураспада t_½ = 2,43·10⁴ лет позволяет использовать ²³⁹Pu (который образуется в обычных ядерных реакторах в достаточном количестве) как топливо в специальных ядерных реакторах и как взрывчатое вещество в атомных бомбах. Наибольшее время жизни имеет α-радиоактивный изотоп ²⁴²Pu: t_½ = 3,8·10⁵ лет.

По аналогии с ураном названия элементов нептуния и плутония происходят от названий планет Солнечной системы.

Дальнейший синтез элементов также осуществлялся с помощью реакций радиационного захвата нейтронов ядрами с последующим β-распадом образовавшихся нестабильных ядер. Таким путем были синтезированы ядра америция Am (Z = 95), кюрия Cm (Z = 96), берклия Bk (Z = 97) и калифорния Cf (Z = 98).

Названия элементов америция, берклия и калифорния связаны с географическими названиями, а название кюрия происходит от фамилии супругов Кюри (Curie). В символе Cm первая буква происходит от фамилии, а вторая — от имени Марии Склодовской-Кюри (1867-1934).

Однако дальнейший синтез элементов путем реакций радиационного захвата нейтронов ядрами с последующим β-распадом оказался невозможным, так как образующиеся ядра имеют очень малые времена жизни. Элементы эйнштейний Es (Z = 99) и фермий Fm (Z = 100) были обнаружены в продуктах термоядерного взрыва, проведенного на атолле Бикини в 1952 г.

Для дальнейшего синтеза трансурановых элементов начали применять реакции взаимодействия легких ядер, ускоренных до больших энергий, с тяжелыми ядрами.

Следующий элемент менделевий Md (Z =101) был открыт в 1955 г. в реакции

²⁵³Es + α → ²⁵⁶Md +n,

где α обозначает альфа-частицу.

Названия элементов Es, Fm и Md происходят от фамилий выдающихся учёных Альберта Эйнштейна, Энрико Ферми и Дмитрия Менделеева.

Нобелий No (Z = 102) был открыт в 1957 г. при облучении ядер ²⁴⁴Cm ионами углерода ¹³С на циклотроне Института Нобеля в Стокгольме, откуда и происходит его название.

Лоуренсий Lr (Z = 103) синтезировали в 1961 г. в Калифорнийском университете. Свое название он получил в честь американского физика Эрнеста Лоуренса, который одним из первых начал создавать мощные ускорители заряженных частиц.

В 1968 г. в лаборатории Калифорнийского университета был синтезирован элемент резерфордий Rf (Z = 104), где ему дали название в честь выдающегося физика Эрнеста Резерфорда.

В 1968 г. в Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна, Россия) был синтезирован элемент дубний Db (Z = 105), название которого происходит от имени города, где он был открыт. Элемент с Z = 106 (1974 г., Дубна и независимо от них Калифорнийский университет) был назван сиборгием Sg в честь выдающегося американского физика Гленна Сиборга.

Для синтеза этого элемента использовалась ядерная реакция взаимодействия ядер свинца и хрома

²⁰⁷Pb + ⁵⁴Cr → ²⁵⁹Sg +2n.

Элементы с зарядовыми числами от Z = 107 до Z = 112 были открыты в Дармштадте (Германия) при исследовании ядерных реакций на ускорителе тяжелых ионов. Элемент с Z = 107 (1981 г.) получил название борий Bh в честь выдающегося датского физика Нильса Бора.

Элемент с Z = 108 (1984 г.) назвали хассий Hs, так как город Дармштадт расположен в земле Гессен, латинское название которой Hassia. Элемент с Z = 109 (1982 г.) имеет название мейтнерий Mt в честь выдающейся исследовательницы Лизе Мейтнер, которая более 30 лет работала в Германии с Отто Ганом, открывшим вместе с Фрицем Штрассманом деление ядер урана. Именно Лизе Мейтнер впервые объяснила эти эксперименты.

Элемент с Z = 110 (1994 г.) получил название дармштадтий Ds по имени города, где его впервые синтезировали. Элементу с Z = 111 (1994 г.) было присвоено название рентгений Rg в честь выдающегося немецкого физика Конрада Рентгена.

Элемент с Z = 112 (1996 г.) получил название коперникий Cn по имени великого польского ученого Николая Коперника, изменившего взгляды человечества на устройство Вселенной.

Элемент с Z = 113 был синтезирован в Японии (2004 г.). Он получил название нихоний Nh. Нихон — название Японии, которое означает страну восходящего Солнца. Это первый трансурановый элемент, открытый в Азии.

Элементы с зарядовыми числами от Z = 114 до Z = 118 были синтезированы в Дубне в совместных экспериментах российских учёных из ОИЯИ и американских учёных из Ливерморской национальной лаборатории США.

Элемент с Z = 114 (1998 г.) имеет название флеровий Fl в честь Георгия Николаевича Флерова, который на протяжении многих лет возглавлял ЛЯР ОИЯИ в Дубне.

Элемент с Z = 115 (2004 г.) получил название московий Mc, так как город Дубна расположен в Московской области. Элемент с Z = 116 (2000 г.) называется ливерморий Lv в знак того, что в его синтезе принимали участие учёные из Ливерморской национальной лаборатории (США).

Элемент с Z = 117 имеет название теннесин Ts, так как в американском штате Теннеси в городе Ок-Ридж находится Национальная лаборатория Министерства энергетики США. Элемент с Z = 118 (2006 г.) получил название оганесон Og в честь руководителя ЛЯР им. Г. Н. Флерова Юрия Цолаковича Оганесяна. Этот элемент является аналогом инертных газов, которые в соответствии с существующим правилом имеют в названиях окончание -он: неон, криптон, аргон, ксенон, радон. Поэтому его название также имеет подобное окончание.

Таким образом, к настоящему времени известно 26 трансурановых элементов с зарядовыми числами от Z = 93 до Z = 118. Работы по синтезу трансурановых элементов продолжаются. Поэтому есть надежда, что в ближайшие годы будет открыт ряд элементов с Z > 118.

Ю. А. Бережной, доктор физ.-мат. наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Украины, заслуженный профессор Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина, лауреат премий НАН Украины им. А.С. Давыдова и им. К.Д. Синельникова