υπερουράνια στοιχεία

Χημικά στοιχεία με ατομικό αριθμό μεγαλύτερο του 92 (ο ατομικός αριθμός του ουράνιου), τα οποία κατέχουν τις θέσεις μετά το ουράνιο στο περιοδικό σύστημα των στοιχείων. Τα μέχρι σήμερα γνωστά ισότοπα των υπερουράνιων στοιχείων εμφανίζουν αστάθεια (πυρήνας, ραδιενέργεια) που είναι χαρακτηριστική των μετά το βισμούθιο (ατομικός αριθμός 83) βαρέων στοιχείων. Η αστάθεια των υπερουράνιων στοιχείων εξηγεί γιατί δεν βρίσκονται σε εκτιμήσιμες ποσότητες στη φύση· το υπερουράνιο ισότοπο με τη μακρότερη διάρκεια ζωής που έχει παρασκευαστεί ως σήμερα είναι το πλουτώνιο 244, με περίοδο υποδιπλασιασμού 76 εκατ. έτη, πολύ μικρή, δηλαδή, σε σχέση με την ηλικία της Γης. Οι πυρήνες του πλουτώνιου 244 έχουν εξαφανιστεί εδώ και πολύ καιρό από τη Γη. Από τα στοιχεία που κατατάσσονται μετά το βισμούθιο στο περιοδικό σύστημα, υπάρχουν μόνο τρία ισότοπα με μέση ζωή πολύ μακρά: το θόριο 232, το ουράνιο 235 (μετά περίοδο 0,7 δισεκατομ. ετών έχει εξαφανιστεί σχεδόν ολοκληρωτικά) και το ουράνιο 238. Στη διάσπαση των τριών αυτών ισότοπων οφείλεται η ύπαρξη στη φύση των στοιχείων με ατομικό αριθμό από 83 (βισμούθιο) έως 92 (ουράνιο). Οι πρώτες προσπάθειες να παραχθούν υπερουράνια στοιχεία με βομβαρδισμό του ουράνιου από νετρόνια πραγματοποιήθηκαν από την ομάδα νέων επιστημόνων που καθοδηγούσε ο Ενρίκο Φέρμι. Για μια ορισμένη περίοδο οι ερευνητές αυτοί νόμιζαν ότι η ραδιενέργεια που προέκυπτε από τα πειράματα οφειλόταν στον σχηματισμό υπερουράνιων στοιχείων· σύντομα όμως αποδείχτηκε ότι ήταν τα προϊόντα της πυρηνικής σχάσης του ουράνιου. Η ανακάλυψη των πρώτων υπερουράνιων στοιχείων πραγματοποιήθηκε το 1940 από ομάδα ερευνητών του πανεπιστήμιου της Καλιφόρνιας, μεταξύ των οποίων ήταν ο Μακ Μίλαν και ο Άμπελσον, καθώς μελετούσαν τα προϊόντα του ουράνιου· στο στοιχείο με ατομικό αριθμό 93 δόθηκε το όνομα νεπτούνιο ή ποσειδώνιο (Np). Πρώτο ανακαλύφθηκε το ισότοπο με μάζα 239 και με περίοδο ζωής 2,3 ημερών· ακολούθως ο Βαλ και ο Σήμποργκ ανακάλυψαν το Np237 με περίοδο ζωής δύο εκατομ. ετών. Ο Μακ Μίλαν και ο Άμπελσον, όταν μελετούσαν το νεπτούνιο, απέδειξαν ότι το Np239 με τη διάσπασή του δημιουργεί ένα στοιχείδιο, το πλουτώνιο (ακριβέστερα το Pu239) που είχε ατομικό αριθμό 94· κατά το τέλος του 1940, οι Μακ Μίλαν, Σήμποργκ, Κένεντυ και Βαλ ανακάλυψαν το Pu238. Η παραγωγή του πλουτωνίου σε μεγάλη κλίμακα επέτρεψε να παραθτεί το αμερίκιο (1944) και το κιούριο (1945), με αντίστοιχους ατομικούς αριθμούς 95 και 96. Η παραγωγή των στοιχείων αυτών σε εκτιμήσιμες ποσότητες οδήγησε στη σύνθεση των στοιχείων 97 και 98 που είναι το μπερκέλιο (1949) και το καλιφόρνιο (1950). Τα στοιχεία 99 και 100 βρέθηκαν στις ραδιενεργές τέφρες θερμοπυρηνικής έκρηξης που πραγματοποιήθηκε πειραματικά το Νοέμβριο 1952· σ’ αυτά δόθηκαν τα ονόματα αϊνσταΐνιο και φέρμιο. Με βομβαρδισμό του αινσταΐνιου με σωμάτια α, το 1955, παρασκευάστηκε το στοιχείο 101, στο οποίο δόθηκε το όνομα μεντελεγέβιο ή μεντελέβιο. Το στοιχείο 102 προκάλεσε προβλήματα και πολλές συζητήσεις και μόνο το 1961 οι ειδικοί κατάληξαν σε συμπεράσματα που θεωρήθηκαν αποδεκτά· στο νέο στοιχείο δόθηκε το όνομα νομπέλιο. Για την παραγωγή του στοιχείου 102 χρησιμοποιήθηκαν ως βλήματα ιόντα άνθρακα 13 και οξυγόνου 16 για να βομβαρδιστούν αντίστοιχα πυρήνες κιουρίου 244 και πλουτωνίου 241. Στο επόμενο στοιχείο, με ατομικό αριθμό 103, δόθηκε το όνομα λωρέντσιο. Από το στοιχείο 104 ως το 118, οι περίοδοι υποδιπλασιασμού είναι τόσο σύντομες ώστε εμποδίζουν τη σαφή πιστοποίηση. Τα στοιχεία αυτά, στα σημερινά επίπεδα της ερευνάς τους, πρέπει να θεωρηθούν μάλλον υποθετικά παρά πραγματικά.