transuranici, elementi
transuranici, elementi Elementi che nel sistema periodico vengono dopo l’uranio, avendo numero atomico maggiore di 92. Non sono presenti in natura se non in tracce minime e sono stati prodotti artificialmente.
Nel 1934 E. Fermi, nel corso degli esperimenti sull’interazione dei neutroni con vari materiali, propose un metodo di sintesi dell’elemento 93 per bombardamento dell’uranio con neutroni; passarono però sei anni prima che questa idea fosse messa in pratica: nel 1940 E.M. Mc Millan e P.H. Abelson poterono osservare la formazione di 239Np per bombardamento di 238U con neutroni. A partire da questa data è cominciato lo studio sistematico delle proprietà di elementi transuranici. Sono stati elaborati altri metodi, oltre quello per cattura neutronica, per produrre i t. e per studiarli, separarli e accumularli. Si sono così trovati 20 nuovi elementi, di cui si conoscono complessivamente più di 100 isotopi (v. tab.). Mentre si andavano accumulando le conoscenze sulle proprietà nucleari di questi elementi, si sono messe in luce le proprietà caratteristiche e le variazioni di queste proprietà con il numero atomico Z e con il numero di massa A.
Circa 50 di questi radioisotopi presentano, oltre al decadimento α, anche il decadimento per fissione spontanea, il cui ruolo diventa tanto più importante quanto più il nucleo è pesante. La probabilità di fissione spontanea è funzione del parametro Z2/A, come si può prevedere da considerazioni teoriche basate sul modello a goccia del nucleo (➔) e come è ben verificato per i nuclei noti finora; tanto più è elevato questo parametro, tanto più il nucleo è instabile; tuttavia, studi teorici basati sul modello a gusci del nucleo atomico suggeriscono che intorno al valore Z=114 ci dovrebbero essere nuclei relativamente stabili.
I metodi di produzione dei t. sono: a) irradiazione con neutroni, metodo basato essenzialmente sul fatto che nuclei molto pesanti, stabili rispetto al decadimento β, catturando un neutrone diventano instabili β e, emettendo un elettrone, danno origine a un nuovo nucleo β-stabile ma con numero atomico più elevato di quello del nucleo di partenza. Con questo metodo, che generalmente utilizza i neutroni prodotti da un reattore nucleare a fissione, si possono ottenere t. fino a Z=95. Impiegando fiotti estremamente densi di neutroni, un solo nucleo può catturare anche più di 10 neutroni e conseguentemente può subire vari decadimenti β in cascata, trasformandosi in un nucleo di numero atomico più elevato di varie unità di quello del nucleo di partenza. La prima reazione di questo tipo si è realizzata nel 1952 in una esplosione termonucleare in cui si è ottenuto 246Es e 255Fm partendo da 238U. Anche questo metodo non permette di penetrare nella regione degli elementi con Z≥100; b) reazioni nucleari prodotte da particelle leggere (protoni, deutoni, particelle alfa) su nuclei di t. preparati con i metodi precedenti, per ottenere elementi ancora più pesanti. Questo è quindi un metodo in cui si fa un uso combinato di un reattore nucleare e di un acceleratore di particelle. È ovvio che anche questo metodo, con il quale sono prodotti t. fino a Z=101, non permette di ottenere elementi molto pesanti perché è difficile procurarsi nuclei bersaglio t. abbastanza stabili per sottoporli alla reazione nucleare successiva e in quantità sufficiente; c) reazioni nucleari provocate da ioni leggeri (ossia con numero di massa di poco superiore a 10, come ioni B, C, N), accelerati, su nuclei di t. di cui si possa disporre in sufficiente quantità, quali il plutonio, il curio e il californio. Su questo metodo è basata la preparazione di t. con Z≤105; d) reazioni nucleari provocate da ioni di massa intermedia (ossia con numero di massa di poco superiore a 50, come ioni Cr, Fe, Ni), accelerati, su nuclei pesanti ma stabili (come quelli del piombo e del bismuto). Il processo si svolge in due fasi: inizialmente i proiettili si fondono con i nuclei bersaglio dando origine al nuovo nucleo eccitato, che emettendo poi neutroni e fotoni, si porta in uno stato non eccitato. Le tecniche sperimentali impiegate consentono l’identificazione dei nuovi nuclidi anche se è disponibile solamente qualche atomo.
I maggiori centri di ricerca sui t. sono il Lawrence radiation laboratory di Berkeley (California), il Centro ricerche nucleari di Dubna (Russia) e il Gesellschaft für Schwerianenforschung di Darmstadt (Germania).