Так рассуждал американский физик Е. Макмиллан, сотрудник Калифорнийского университета. Еще весной 1939 г. он стал исследовать распределение осколков деления урана по длине пробегов. Ему удалось выделить порцию таких осколков, чья длина пробега была очень малой. И в этой самой порции он обнаружил следы радиоактивного вещества с периодом полураспада 2,3 дня и высокой интенсивностью излучения. Другие порции осколков подобной активности не содержали. Это вещество «X», показал Е. Макмиллан, является продуктом распада изотопа урана, также содержащегося в выделенной порции короткопробежных осколков. Так ученый записал цепочку, которая в свое время виделась Э. Ферми:

Только теперь поиски вели уже не вслепую. Чтобы окончательно доказать образование нового элемента, требовалось вмешательство химии. На летние каникулы к Е. Макмиллану приехал его приятель, химик П. Абельсон, что и сыграло решающую роль в открытии элемента № 93. Совместными усилиями Е. Макмиллан и П. Абельсон установили химическую природу вещества с периодом полураспада 2,3 дня. Вещество можно было химическим путем отделить от урана и тория, хотя кое в чем наблюдалось и сходство. Зато никакой общности не было между этим веществом и рением. Так окончательно рухнуло предположение о том, что элемент № 93 должен быть экарением.

В начале 1940 г. в журнале «Physical Review» появилось сообщение о действительном открытии девяносто третьего элемента. Ему было дано имя «нептуний», по названию планеты, следующей в солнечной системе за Ураном (тем самым подчеркивалось и некоторое сходство нептуния с ураном).

Уже при синтезе нептуния проявилось существенное обстоятельство, которое характерно для открытия всех трансурановых (да и других синтезированных элементов). Первоначально был синтезирован один изотоп, с определенным массовым числом. Для нептуния это был изотоп ²³⁹Np. С той поры стало правилом датировать открытие нового трансуранового элемента по времени достоверного синтеза первого его изотопа. Но иногда этот изотоп оказывался таким короткоживущим, что его трудно было использовать для химических и физических исследований, не говоря уже о каком-либо практическом применении. Для изучения нового элемента лучше всего подходил бы его самый долгоживущий изотоп. В случае нептуния таким стал ²³⁷Np, синтезированный в 1942 г.:

Он имеет период полураспада 2,2∙10⁶ лет. Однако получение его сопряжено с большими техническими трудностями. И потому все начальные работы по изучению свойств нептуния были выполнены на третьем его изотопе ²³⁸Np, его синтезировали по ядерной реакции

. Поэтому для истории трансурановых элементов важна и дата синтеза наиболее доступного для исследований изотопа, который далеко не всегда является самым долгоживущим.

Начиная с нептуния, первенство в открытии трансурановых элементов долгое время принадлежало американским ученым. Это легко понять, поскольку тяготы второй мировой войны мало сказались на США. Нужно, правда, подчеркнуть, что в 1942 г. элемент № 93 был независимо синтезирован немецким физиком К. Штарке.

В весовых количествах (несколько микрограммов) нептуний был выделен в 1944 г. Теперь его получают десятками килограммов в ядерных реакторах.

Тринадцать изотопов нептуния известно в настоящее время. Один из них (²³⁷Np) был обнаружен в 1952 г. в природе. Это еще один случай существования в природе синтезированного элемента и повод рассматривать для нептуния две самостоятельные даты открытия (так же как для Тс, Pm, At и Fr).

ПЛУТОНИЙ

Выделенный Е. Макмилланом и П. Абельсоном нептуний-239 был β-активным. Он закономерно должен был превращаться в изотоп следующего, девяносто четвертого элемента. Эти ученые, конечно, хотели стать авторами и его открытия, но их мечта не сбылась. Как выяснилось позже, предполагаемый элемент № 94 с массовым числом 239 имеет большой период полураспада, интенсивность его излучения низка. Открыватели нептуния зафиксировали лишь испускание α-частиц неизвестного происхождения (потом выяснилось, что их-то и испускает элемент № 94), и на этом всякие поиски прекратились.

Работы по его синтезу возглавил знаменитый американский ученый Г. Сиборг, под руководством которого было открыто много трансурановых элементов. В течение зимы 1940–1941 гг. группа Г. Сиборга изучала ядерную реакцию ²³⁸U (d, 2n), которая приводила к образованию изотопа ²³⁸Np. Со временем в нем накапливалось α-активное вещество. Ученые смогли его выделить и убедиться, что оно является изотопом элемента № 94 с массовым числом 238 и периодом полураспада около 50 лет. Новый элемент получил название «плутоний», по имени очередной планеты солнечной системы.

И опять это был не самый долгоживущий изотоп. Его (массовое число 244 и Т_½= 8,3∙10⁷ лет) удалось обнаружить только в 1952 г. Определяющую роль в истории изучения плутония сыграл изотоп ²³⁹Pu, синтезированный весной 1941 г. Во-первых, он оказался долгоживущим (T_½=24 360 лет), во-вторых, под действием медленных нейтронов ²³⁹Pu делился гораздо более интенсивно, чем ²³⁵U. Это решающим образом повлияло на его использование для создания ядерного оружия. Поэтому химические и физические свойства элемента стали исследовать с особым вниманием и тщательностью. В итоге плутоний оказался одним из самых изученных элементов периодической системы. Кроме того, плутоний-239 ученые могли использовать в качестве мишени для синтеза следующих трансуранов. Обо всем этом стало широко известно лишь в конце 40-х годов, когда многие работы по овладению ядерной энергией были рассекречены. Вот еще один своеобразный штрих в истории элементов, когда их открытие до поры до времени оставалось тайной.

Интерес к плутонию был настолько велик, что уже в августе 1942 г. удалось приготовить его весовые количества (первый случай в истории синтезированных элементов). В наши дни плутоний получают в гораздо бóльших масштабах, чем многие из стабильных элементов, содержащихся в земной коре. А всего известно 17 изотопов девяносто четвертого элемента.

Подобно нептунию, плутоний (его изотоп ²³⁹Pu) удалось найти в урановых минералах, конечно же, в символических количествах. Он образуется в уране под действием природных нейтронов. Тем самым плутоний как бы является естественной верхней границей периодической системы, и также правомерно говорить о двух датах его открытия.

АМЕРИЦИЙ И КЮРИЙ

Пожалуй, это был единственный в истории трансуранов случай, когда элемент с бóльшим порядковым номером (Z=96) удалось идентифицировать раньше его предшественника (Z=95). В июле 1944 г. циклотрон Калифорнийского университета, уже подаривший миру несколько синтезированных элементов, в том числе плутоний, нацелился на синтез очередных элементов тяжелее урана. Г. Сиборг и его коллеги облучали мишень из плутония-239 ускоренными α-частицами. Легко сообразить, что поскольку ядро гелия имеет заряд, равный двум, то продукт реакции мог быть изотопом элемента № 96. Это в том случае, если бы из образующихся ядер вылетали нейтроны. Но процесс мог пойти и так, что вылетали бы не нейтроны, а протоны, и тем самым происходил синтез изотопов элемента № 95. Действительно, в плутониевой мишени образовались различные радиоактивные вещества, и сначала было трудно определить, «кто есть кто». Только искусные химические операции позволили сделать вывод, что в смеси наверняка содержится изотоп ²⁴²96. Для подтверждения открытия ученые тот же изотоп ²³⁹Pu облучили мощным потоком нейтронов, в результате чего выстроилась такая цепочка: