У всех изотопов, имеющих более 126 нейтронов, эти энергии сначала резко возрастают. По аналогии с обычной химией, когда каждый ион стремится достичь электронной структуры инертного газа, ядра как бы желают заполучить устойчивую 126-нейтронную оболочку. Вот почему элементы от полония до радия так неустойчивы по отношению к альфа-распаду.
Далее влияние «магической» оболочки ослабевает, и энергии альфа-распада уменьшаются. А это, в свою очередь, приводит к росту периодов полураспада. У тория, протактиния и урана ее влияние ничтожно, но протактиний подводит то, что он элемент нечетный, а они, как правило, менее устойчивы, чем их четные соседи.
Но за ураном должна сказываться другая тенденция более тяжелые ядра по самой своей природе будут представлять малоустойчивые образования. Они слишком перегружены нейтронами и протонами и, образно говоря, «разваливаются под действием собственной тяжести». Действительно, у нептуния, плутония и последующих трансуранов энергия альфа-распада возрастает. Поэтому они недолговечны; поэтому уран долгое время оставался последним элементом периодической системы.
То, что мы рассказали, хорошо известно теперь; ученые начала XX века ничего не знали об этом, ибо сама наука о превращении элементов только лишь зарождалась, и ничьи уста не произносили еще столь привычного нам термина «ядерная физика». Исследователи вслепую шли по проторенной дорожке искали заурановые элементы в земных минералах. Иные тешили себя мечтой обнаружить хотя бы ближайших соседей урана, другие прибегали к эффектным, но на деле совершенно беспочвенным научным спекуляциям.
Пожалуй, одной из наиболее оригинальных в истории человечества была небольшая экспедиция в Гренландию, состоявшаяся в начале 20-х годов нашего века. Ученые
бороздили бескрайние просторы «ледяного острова» отнюдь не ради географических исследований. Их цель была так же проста, как и непонятна на первый взгляд. Они стремились собрать побольше странного сероватого пепла, который местами четко выделялся на ослепительно сверкавших под солнцем льдах. Полагали, что эта своеобразная полярная «пыль» имеет космическое происхождение.
В ней немецкий ученый Рихард Свинне рассчитывал обнаружить элементы тяжелее урана. У исследователя была своеобразная концепция относительно трансурановых элементов, основанная на сложных, мало кому понятных умозаключениях. Он считал, что некоторые трансураны будут довольно устойчивыми, например элементы 108 и 110.
Затея (здесь трудно подобрать другое слово) Свинне потерпела крах. С тех пор поиски трансурановых элементов в природе представляли собой долгую цепь неудач и разочарований. В конце концов нептуний и плутоний обнаружили в земных минералах, но в количествах, представляющих скорее теоретический интерес. Весь нептуний и плутоний, содержащиеся на нашей планете, легко погрузить на средней руки самоходную баржу.
Практически имеет смысл говорить лишь об искусственном получении трансурановых элементов. В 1940 году были синтезированы нептуний и плутоний, в 1961 году мир узнал о «рождении» сто третьего элемента, лоуренсия. Иными словами, за какое-то двадцатилетие ядерная физика преуспела в «наращивании» периодической системы элементов.
Говоря о верхней границе периодической системы, мы должны теперь иметь в виду предел синтеза новых элементов. Где тот последний элемент, выше которого ядерный синтез уже не будет иметь смысла?
У какого же по счету трансуранового элемента следует ждать изотопа с подобным периодом полураспада?
Какие виды радиоактивного превращения свойственны тяжелым ядрам?
Во-первых, альфа-распад, испускание ядер гелия; о его закономерностях мы уже сказали ранее несколько слов.
Во-вторых, спонтанное, или самопроизвольное, деление ядер; оно в малой степени проявляется уже у урана и тория (например, период полураспада урана-238 по спонтанному делению составляет 8·1015 лет), а начиная с фермия ( 100) становится весьма вероятным. (Так фермий-255 имеет период полураспада по спонтанному делению равный 20 годам.)
В-третьих, наконец, превращение ядра путем захвата электрона с ближайшей K-оболочки, так называемый K-захват.
Какая же из этих возможностей окажется роковой для сверхтяжелых трансурановых элементов? Для какой из них период полураспада ранее всего достигнет критического минимума 1020 секунды.
Сразу покончим с K-захватом. Представим себе, что тяжелые ядра были бы подвержены только этому виду превращений. Тогда можно было бы беспрепятственно синтезировать все новые и новые элементы, вплоть до поистине ядра-гиганта с зарядом, равным 137. Лишь у его атома K-оболочка настолько бы приблизилась к ядру, что электрон немедленно «провалился» бы в ядро и заряд уменьшился на единицу.
Но вся беда в том, что альфа-распад и спонтанное деление у сверхтяжелых ядер куда более вероятны, нежели K-захват, и именно им суждено определить верхнюю границу периодической системы. Значит, остается обсудить первые две возможности. Сразу оговоримся, что теория пока не может указать, у каких изотопов появится минимально возможный период полураспада по альфа-излучению или спонтанному делению. Теория дает пока лишь вероятные интервалы значений.