Элемент Fm № 100 назван в честь одного из крупнейших физиков прошедшего столетия — Энрико Ферми.
В ходе этих исследований в 1934 г. Ферми первым высказал идею о возможности создания элементов с атомными номерами, большими, чем у урана, путем облучения ядер урана нейтронами.
Присоединившись к ядру урана, один или несколько нейтронов делают его способным испустить одну или несколько бета-частиц.
При этом заряд ядра увеличивается ровно на столько единиц, сколько было испущено бета-частиц. А именно зарядом ядра определяется, как известно, порядковый номер элемента.
Самому Ферми не удалось доказать, что в его опытах происходил синтез трансурановых элементов. Но предложенный им способ широко использовался для синтеза новых элементов и изотопов.
Фермий история открытия химического элемента
Элемент № 100, носящий имя Ферми, впервые получен именно при многократном захвате нейтронов ураном-238 с последующей цепочкой бета-распадов.
Элемент — понятие прежде всего химическое, но на нынешнем этапе все науки, даже гуманитарные, так или иначе используют достижения физики и математики.
Особенно тесно физика и химия переплелись в открытии и исследовании свойств трансурановых элементов.
Поэтому совершенно справедливо, что имя Ферми, многократно увековеченное физиками в таких понятиях, как ферми (единица длины — 10-13 см; в таких единицах измеряются размеры ядер и элементарных частиц), фермион, уровень Ферми и т. д., заняло почетное место и в таблице Менделеева.
Открытие
Если большинство трансурановых элементов было открыто в результате тщательно спланированных экспериментов.
То элемент № 100 — фермий, так же как и предыдущий элемент — эйнштейний, был открыт совершенно неожиданно в продуктах термоядерного взрыва в ноябре 1952 г.
Три группы химиков и физиков из разных лабораторий США переработали сотни килограммов пород с места взрыва и выделили первые в мире сотни атомов 99-го Es (эйнштейний) и 100-го элементов.
Некоторые ядра урана-238, входившего во взрывное устройство, захватили при взрыве по 17 нейтронов.
Образовавшийся нейтроно-избыточный изотоп уран-255, пройдя цепочку из восьми бета-распадов , превратился в фермий-255, который и был зарегистрирован по испускавшимся его ядрами альфа-частицам.
Период полураспада фермия-255 — около 20 часов. Методика выделения фермия и эйнштейния из продуктов термоядерного взрыва описана в статье об эйнштейнии, поэтому не станем повторяться.
Напомним лишь, что в течение трех лет открытие новых элементов было засекречено, как и все связанное с созданием самого мощного за всю историю человечества оружия.
Еще до того, как данные по элементам № 99 и 100 были рассекречены, эти элементы были получены и в мощном ядерном реакторе, работавшем в штате Айдахо в США.
Процессы, приводящие к образованию новых элементов в реакторе и термоядерном взрыве, в принципе одни и те же.
Название и свойства
Захват нейтронов при термоядерном взрыве происходит за миллионную долю секунды, в реакторе же насыщение исходного плутония нейтронами потребовало более двух лет.
Лишь в 1955 г. в журнале (Physical Review) в статье шестнадцати ученых, в том числе лауреата Нобелевской премии Г. Сиборга, были опубликованы результаты выполненных в 1952—1953 гг. опытов по выделению 99-го и 100-го элементов.
Авторы статьи предложили назвать эти элементы в честь Альберта Эйнштейна и Энрико Ферми, скончавшихся за несколько месяцев до публикации. Предложенные названия были приняты.
Из более поздних публикаций стал известен и день рождения 100-го элемента — 16 января 1953 г., когда на ионообменной колонке были выделены его первые 200 атомов.
Радиоактивные свойства фермия синтезировано 15 изотопов фермия с массовыми числами от 244 до 258.
Самый долгоживущий из них — фермий-257 с периодом полураспада 94 дня; он испускает альфа-частицы с энергией 6,5 Мэв.
А самый короткоживущий изотоп — фермий-258, испытывающий спонтанное деление с периодом полураспада 380 миллионных долей секунды.
Спонтанное деление оказалось основным видом распада еще для двух изотопов элемента № 100 — фермия -244 и фермия-256.
Напомним, что для изотопов урана вероятность спонтанного деления по отношению к вероятности альфа-распада составляет меньше 1:1 000 000.
Пока наибольшее когда-либо полученное человеком «в один присест» количество фермия составляет 5 млрд. атомов, т. е. около двух миллионных долей миллионной доли грамма.
Где нашли
Это атомы изотопа фермий-257, выделенные из 10 кг породы с места взрыва термоядерного устройства под кодовым названием «Хатч» на подземном полигоне в штата Невада в июле 1969 г.
Весь этот фермий исследователи Радиационной лаборатории имени Лоуренса (город Беркли) поместили в кружок диаметром 2 мм на бериллиевой фольге толщиной 0,01 мм и облучили мощным потоком дейтронов.
Нейтроны из дейтронов захватывались фермием-257, образуя фермий-258. В ходе этих опытов и было установлено, что фермий-258 почти моментально распадается путем спонтанного деления.
Стала очевидна причина, по которой в продуктах термоядерных взрывов не смогли найти изотопов тяжелее фермия-257.
Как получают
После захвата нейтронов цепочка бета-распадов доходила до фермия-258, а тот вместо превращения в 104-й элемент распадался на осколки.
«Тупиковый» изотоп перечеркнул надежды физиков открыть элементы второй сотни в термоядерных взрывах.
И в нейтронных потоках ядерных реакторов — тоже. Единственным реальным путем к новым, еще более далеким трансурановым элементам остался метод ядерных реакций с участием тяжелых ионов.
Большинство известных сейчас изотопов фермия получено именно этим методом: при бомбардировке урана, плутония, калифорния ионами кислорода, углерода и альфа-частицами.
В частности, в опытах, выполненных при участии автора этой статьи в Дубне, в Лаборатории ядерных реакций, был впервые получен фермий-247.
Удалось установить, что этот альфа-активный изотоп существует в двух состояниях с периодами полураспада 35 и 9 секунд.