अतिभारी तत्व: Difference between revisions

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	Visualization of unsuccessful nuclear fusion, based on calculations from the Australian National University

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अतिभारी तत्व, जिन्हें ट्रांसएक्टिनाइड तत्व, ट्रांसएक्टिनाइड्स या सुपर-हैवी तत्व भी कहा जाता है, 103 से अधिक परमाणु संख्या वाले रासायनिक तत्व हैं। अतिभारी तत्व वे हैं जो आवर्त सारणी में एक्टिनाइड्स से पहले हैं; अंतिम एक्टिनाइड लोरेनसियम (परमाणु संख्या 103) है। परिभाषा के अनुसार, अतिभारी तत्व भी [[ट्रांसयूरेनियम तत्व]] होते हैं, अर्थात परमाणु संख्या यूरेनियम (92) से अधिक होती है। लेखकों द्वारा स्वीकृत समूह 3 तत्व की परिभाषा के आधार पर, 6d श्रृंखला को पूर्ण करने के लिए लॉरेंसियम को भी सम्मिलित किया जा सकता है।^[1]^[2] ग्लेन टी. सीबॉर्ग ने प्राथमिक रूप से एक्टिनाइड अवधारणा को प्रस्तावित किया, जिसके कारण एक्टिनाइड श्रृंखला को स्वीकार किया गया। उन्होंने तत्व 104 से लेकर यूनिनियम तक की ट्रांसएक्टिनाइड श्रृंखला एवं लगभग 122 से 153 तत्वों तक सुपरएक्टिनाइड श्रृंखला का भी प्रस्ताव दिया, (चूँकि वर्तमान कार्य से ज्ञात हुआ है कि इसके अतिरिक्त तत्व 157 पर सुपरएक्टिनाइड श्रृंखला का अंत होता है)। उनके सम्मान में ट्रांसएक्टिनाइड सीबोर्गियम का नाम रखा गया था।^[3]^[4] अतिभारी तत्व रेडियोधर्मी होते हैं एवं केवल प्रयोगशालाओं में कृत्रिम रूप से प्राप्त किए गए हैं। इनमें से किसी भी तत्व का कोई मैक्रोस्कोपिक प्रतिदर्श कभी भी तैयार नहीं किया गया है। अत्यधिक भारी तत्वों का नाम भौतिकविदों एवं रसायनज्ञों या तत्वों के संश्लेषण में सम्मिलित महत्वपूर्ण स्थानों के नाम पर रखा गया है।

शुद्ध एवं व्यावहारिक रसायन के अंतर्राष्ट्रीय संघ किसी तत्व के अस्तित्व को परिभाषित करता है यदि उसका जीवनकाल 10^-14 सेकंड से अधिक है जो कि परमाणु को इलेक्ट्रॉन बादल बनाने में लगने वाला समय है।^[5]ज्ञात अतिभारी तत्व आवर्त सारणी में 6d एवं 7p श्रृंखला का भाग हैं। रदरफोर्डियम एवं डब्नियम (एवं लॉरेंसियम यदि इसे सम्मिलित किया गया है) को छोड़कर, अतिभारी तत्वों के सबसे अधिक समय तक चलने वाले समस्थानिकों का भी आधा जीवन मिनट या उससे कम है। तत्व नामकरण विवाद में तत्व 102-109 सम्मिलित थे। इस प्रकार इनमें से कुछ तत्वों ने अपनी शोध की पुष्टि के पश्चात कई वर्षों तक व्यवस्थित तत्व नामों का उपयोग किया। सामान्यतः व्यवस्थित नामों को शोधकर्ताओं द्वारा प्रस्तावित स्थायी नामों के साथ अपेक्षाकृत शीघ्र ही पुष्टि के पश्चात परिवर्तित किया जाता है।

परिचय

अतिभारी नाभिकों का संश्लेषण

एक परमाणु संलयन प्रतिक्रिया का ग्राफिक चित्रण। दो नाभिक आपस में जुड़कर एक न्यूट्रॉन उत्सर्जित करते हैं। इस क्षण में नए तत्वों को बनाने वाली प्रतिक्रियाएं समान थीं, एकमात्र संभावित अंतर के साथ कि कई विलक्षण न्यूट्रॉन कभी-कभी जारी किए गए थे, या कोई भी नहीं।

परमाणु प्रतिक्रिया में अतिभारी^{[lower-alpha 1]} परमाणु नाभिक निर्माण का होता है जो असमान आकार के दो अन्य नाभिकों को जोड़ता है,^{[lower-alpha 2]} द्रव्यमान के संदर्भ में दो नाभिक जितने अधिक असमान होंगे, दोनों के प्रतिक्रिया करने की संभावना उतनी ही अधिक होगी।^[11] भारी नाभिकों से बनी सामग्री को लक्ष्य में बनाया जाता है, जिस पर हल्के नाभिकों के कण पुंज द्वारा बमबारी की जाती है। दो नाभिक केवल तभी परमाणु संलयन कर सकते हैं यदि वे एक-दूसरे के समीप आते हैं; सामान्यतः, कूलम्ब के नियम के कारण नाभिक (सभी सकारात्मक रूप से आवेशित) एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। शक्तिशाली अंतःक्रिया इस प्रतिकर्षण को केवल नाभिक से बहुत कम दूरी के अंदर तक ही दूर कर सकती है; इस प्रकार बीम नाभिक के वेग की अपेक्षा में प्रतिकर्षण को महत्वहीन बनाने के लिए बहुत कण त्वरक हैं।^[12] बीम नाभिकों को गति देने के लिए प्रस्तावित ऊर्जा उन्हें प्रकाश की गति के दसवें भाग के रूप में उच्च गति तक पहुंचने का कारण बन सकती है। चूँकि, यदि बहुत अधिक ऊर्जा प्रस्तावित की जाती है, तो बीम नाभिक भिन्न हो सकता है।^[12]

दो नाभिकों के संलयन के लिए अधिक समीप आना पर्याप्त नहीं है: जब दो नाभिक एक-दूसरे के समीप आते हैं, तो वे सामान्यतः लगभग 10^-20 सेकंड तक साथ रहते हैं एवं फिर एकल नाभिक बनाने के अतिरिक्त भिन्न हो जाते हैं (आवश्यक नहीं कि प्रतिक्रिया से प्रथम समान संरचना में),^[12]^[13] ऐसा इसलिए होता है क्योंकि एकल नाभिक के निर्माण के प्रयास के समय, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण बनने वाले नाभिक को खंडित कर देता है।^[12]लक्ष्य एवं बीम की प्रत्येक जोड़ी को इसके क्रॉस सेक्शन (भौतिकी) द्वारा चित्रित किया जाता है, संभावना है कि संलयन तब होगा जब दो नाभिक अनुप्रस्थ क्षेत्र के संदर्भ में समीप आते हैं एवं संलयन होने के लिए आपतित कण को अवश्य टकराना चाहिए।^{[lower-alpha 3]} यह संलयन क्वांटम प्रभाव के परिणामस्वरूप हो सकता है जिसमें नाभिक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के माध्यम से क्वांटम टनलिंग परमाणु संलयन कर सकता है। यदि दो नाभिक उस चरण के पश्चात समीप रह सकते हैं, तो कई परमाणु परस्पर क्रियाओं के परिणामस्वरूप ऊर्जा का पुनर्वितरण होता है एवं ऊर्जा संतुलन बनता है।^[12]

परिणामी विलय ऐसी उत्साहित अवस्था है^[16]जिसे यौगिक नाभिक प्रतिक्रिया कहा जाता है एवं इस प्रकार यह बहुत अस्थिर है।^[12]अधिक स्थिर अवस्था तक पहुँचने के लिए, अस्थायी विलय से अधिक स्थिर नाभिक के निर्माण के अभाव में परमाणु विखंडन हो सकता है।^[17]वैकल्पिक रूप से, यौगिक नाभिक कुछ न्यूट्रॉनों को बाहर निकाल सकता है, जो उत्तेजना ऊर्जा को दूर करता है; यदि उत्तरार्द्ध न्यूट्रॉन निष्कासन के लिए पर्याप्त नहीं है, तो विलय से गामा किरण उत्पन्न होती है। प्रारंभिक परमाणु टक्कर के पश्चात लगभग 10⁻¹⁶ सेकंड में ऐसा होता एवं इसके परिणामस्वरूप अधिक स्थिर नाभिक का निर्माण होता है।^[17] आईयूपीएसी/आईयूपीएपी ज्वाइंट वर्किंग पार्टी (जेडब्लूपी) की परिभाषा में कहा गया है कि किसी रासायनिक तत्व का अन्वेषण केवल तभी किया जा सकता है जब उसके नाभिक में 10^-14 सेकंड के अंदर रेडियोधर्मी क्षय न हुआ हो। इस मान का अनुमान के रूप में चयन किया गया था कि किसी नाभिक को अपने बाहरी इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने करने और इस प्रकार अपने रासायनिक गुणों को प्रदर्शित करने में कितना समय लगता है।^[18]^{[lower-alpha 4]}

क्षय एवं पहचान

किरण लक्ष्य के माध्यम से गुजरता है एवं अगले कक्ष, विभाजक तक पहुँचती है; यदि एक नया नाभिक उत्पन्न होता है, तो इसे इस बीम के साथ ले जाया जाता है।^[20] विभाजक में, नवनिर्मित नाभिक को अन्य न्यूक्लाइड्स (मूल बीम एवं किसी भी अन्य प्रतिक्रिया उत्पादों) से पृथक किया जाता है^{[lower-alpha 5]} एवं सतह-बाधा डिटेक्टर में स्थानांतरित कर दिया गया, जो नाभिक को रोकता है। डिटेक्टर पर आगामी प्रभाव का सटीक स्थान चिह्नित है; इसकी ऊर्जा एवं आगमन का समय भी अंकित हैं।^[20]स्थानांतरण में लगभग 10⁻⁶ सेकंड लगते हैं; पता लगाने के लिए, नाभिक को इतने लंबे समय तक जीवित रहना चाहिए।^[23] नाभिक का क्षय दर्ज होने के पश्चात फिर से रिकॉर्ड किया जाता है, एवं स्थान, क्षय ऊर्जा एवं क्षय का समय मापा जाता है।^[20]

नाभिक की स्थिरता शक्तिशाली अंतःक्रिया द्वारा प्रदान की जाती है। चूँकि, इसकी सीमा बहुत कम है; जैसे-जैसे नाभिक बड़ा होता जाता है, सबसे बाहरी नाभिक (प्रोटॉन एवं न्यूट्रॉन) पर इसका प्रभाव कमजोर होता जाता है। इसी समय, प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण द्वारा नाभिक फट जाता है, एवं इसकी सीमा सीमित नहीं होती है।^[24] शक्तिशाली अंतःक्रिया द्वारा प्रदान की गई परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा न्यूक्लियंस की संख्या के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है, जबकि इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण परमाणु संख्या के वर्ग के साथ बढ़ता है, अर्थात परमाणु संख्या तेजी से बढ़ती है एवं भारी एवं अतिभारी नाभिकों के लिए महत्वपूर्ण हो जाती है।^[25]^[26] इस प्रकार अतिभारी नाभिक सैद्धांतिक रूप से अनुमानित हैं^[27] एवं अब तक यह देखा गया है कि^[28] मुख्य रूप से क्षय मोड के माध्यम से क्षय होता है जो इस तरह के प्रतिकर्षण के कारण होता है: अल्फा क्षय एवं सहज विखंडन है।^{[lower-alpha 6]} लगभग सभी अल्फा उत्सर्जकों में 210 से अधिक न्यूक्लिऑन होते हैं,^[30] एवं सहज विखंडन से निकलने वाले सबसे हल्के न्यूक्लाइड में 238 है।^[31] दोनों क्षय मोड में, नाभिक को प्रत्येक मोड के लिए संबंधित आयताकार संभावित अवरोध द्वारा क्षय होने से रोक दिया जाता है, परंतु उन्हें सुरंग में रखा जा सकता है।^[25]^[26]

JINR में परमाणु प्रतिक्रियाओं के फ्लेरोव प्रयोगशाला में स्थापित डबना गैस-फिल्ड रिकॉइल सेपरेटर के आधार पर सुपरहेवी तत्वों के निर्माण के लिए एक उपकरण की योजना। डिटेक्टर के अंदर प्रक्षेपवक्र एवं बीम फ़ोकसिंग तंत्र पूर्व में एक चुंबकीय द्विध्रुव एवं पश्चात में चौगुनी चुम्बकों के कारण परिवर्तित जाता है।^[32]

अल्फा कण सामान्यतः रेडियोधर्मी क्षय में उत्पन्न होते हैं क्योंकि अल्फा कण प्रति न्यूक्लियॉन का द्रव्यमान इतना छोटा होता है कि अल्फा कण के लिए कुछ ऊर्जा छोड़ कर नाभिक को छोड़ने के लिए गतिज ऊर्जा के रूप में उपयोग किया जाता है।^[33] सहज विखंडन इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के कारण होता है जो नाभिक को पृथक कर देता है एवं समान नाभिक विखंडन के विभिन्न उदाहरणों में विभिन्न नाभिकों का निर्माण करता है।^[26]जैसे-जैसे परमाणु संख्या बढ़ती है, सहज विखंडन तेजी से एवं अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है: सहज विखंडन आंशिक अर्ध-जीवन यूरेनियम (तत्व 92) से नोबेलियम (तत्व 102) तक परिमाण के 23 आदेशों तक घट जाता है,^[34] एवं थोरियम (तत्व 90) से फेर्मियम (तत्व 100) तक परिमाण के 30 क्रमों द्वारा।^[35] प्रथम के तरल ड्रॉप मॉडल ने सुझाव दिया कि लगभग 280 न्यूक्लियॉन वाले नाभिक के लिए विखंडन अवरोध के गायब होने के कारण सहज विखंडन लगभग तुरंत हो जाएगा।^[26]^[36]पश्चात के परमाणु शेल मॉडल ने सुझाव दिया कि लगभग 300 न्यूक्लियॉन वाले नाभिक स्थिरता के एक द्वीप का निर्माण करेंगे जिसमें नाभिक स्वतःस्फूर्त विखंडन के प्रति अधिक प्रतिरोधी होंगे एवं मुख्य रूप से लंबे आधे जीवन के साथ अल्फा क्षय से गुजरेंगे।^[26]^[36] पश्चात की शोधों ने सुझाव दिया कि अनुमानित द्वीप मूल रूप से प्रत्याशित से अधिक हो सकता है; उन्होंने यह भी दिखाया कि लंबे समय तक रहने वाले एक्टिनाइड्स एवं अनुमानित द्वीप के बीच मध्यवर्ती नाभिक विकृत होते हैं, एवं शेल प्रभाव से अतिरिक्त स्थिरता प्राप्त करते हैं।^[37] हल्के अतिभारी नाभिकों पर प्रयोग,^[38] साथ ही वे अपेक्षित द्वीप के समीप हैं,^[34]सहज विखंडन के खिलाफ प्रथम से प्रत्याशित स्थिरता से अधिक दिखाया गया है, नाभिक पर शेल प्रभाव के महत्व को दर्शाता है।^{[lower-alpha 7]}

अल्फा क्षय उत्सर्जित अल्फा कणों द्वारा पंजीकृत होते हैं, एवं वास्तविक क्षय से प्रथम क्षय उत्पादों को निर्धारित करना आसान होता है; यदि इस प्रकार के क्षय या लगातार क्षय की श्रृंखला ज्ञात नाभिक का निर्माण करती है, तो प्रतिक्रिया का मूल उत्पाद आसानी से निर्धारित किया जा सकता है।^{[lower-alpha 8]} (यह कि क्षय श्रृंखला के अंदर सभी क्षय वास्तव में संबंधित थे, इनके स्थान से स्थापित होता है क्षय, जो एक ही स्थान पर होना चाहिए।)^[20]ज्ञात नाभिक को क्षय की विशिष्ट विशेषताओं जैसे कि क्षय ऊर्जा (या अधिक विशेष रूप से, उत्सर्जित कण की गतिज ऊर्जा) द्वारा पहचाना जा सकता है।^{[lower-alpha 9]}सहज विखंडन, उत्पादों के रूप में विभिन्न नाभिकों का उत्पादन करता है, इसलिए मूल न्यूक

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 === क्षय एवं पहचान ===

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