अतिभारी तत्व
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
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]
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 [ऑस्ट्रेलियाई राष्ट्रीय विश्वविद्यालय की गणना के आधार पर, असफल परमाणु संलयन का दृश्य][15] |
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
बीम लक्ष्य के माध्यम से निकलती है एवं अगले कक्ष, विभाजक तक पहुँचती है; यदि 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 जाता है, 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; एवं ये 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 ज्ञात किया 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 कम होता जाता है। इसी समय, प्रोटॉन के मध्य इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण द्वारा नाभिक खंडित हो 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 तीव्र रूप 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 होता 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]
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 से निकलने 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 तीव्रता से बढ़ता है एवं अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है: सहज विखंडन आंशिक अर्ध-जीवन यूरेनियम (तत्व 92) से नोबेलियम (तत्व 102) तक परिमाण के 23 आदेशों तक,[34] एवं थोरियम (तत्व 90) से फेर्मियम (तत्व 100) तक परिमाण के 30 क्रमों द्वारा कम हो जाता है।[35] प्रथम के तरल ड्रॉप मॉडल से ज्ञात हुआ कि लगभग 280 न्यूक्लियॉन वाले नाभिक के लिए विखंडन अवरोध के विलुप्त होने के कारण सहज विखंडन शीघ्र हो जाता है।[26][36]परमाणु शेल मॉडल से ज्ञात हुआ कि लगभग 300 न्यूक्लियॉन वाले नाभिक स्थिरता के द्वीप का निर्माण करेंगे जिसमें नाभिक स्वतः स्फूर्त विखंडन के प्रति अधिक प्रतिरोधी होंगे एवं मुख्य रूप से लंबे आधे जीवन के साथ अल्फा क्षय से निकलेंगे।[26][36] पश्चात की शोधों से ज्ञात हुआ कि अनुमानित द्वीप मूल रूप से प्रत्याशित से अधिक हो सकता है; उन्होंने यह भी प्रदर्शित किया है कि लंबे समय तक रहने वाले एक्टिनाइड्स एवं अनुमानित द्वीप के मध्य मध्यवर्ती नाभिक विकृत होते हैं, एवं शेल प्रभाव से अतिरिक्त स्थिरता प्राप्त करते हैं।[37] हल्के अतिभारी नाभिकों पर प्रयोग,[38],[34]ने सहज विखंडन के विरुद्ध प्रथम से प्रत्याशित स्थिरता से अधिक प्रदर्शित किया है, जो नाभिक पर शेल प्रभाव के महत्व को प्रदर्शित करता है।[lower-alpha 7]
अल्फा क्षय उत्सर्जित अल्फा कणों द्वारा पंजीकृत होते हैं, एवं वास्तविक क्षय से प्रथम क्षय उत्पादों को निर्धारित करना सरल होता है; यदि इस प्रकार के क्षय या लगातार क्षय की श्रृंखला ज्ञात नाभिक का निर्माण करती है, तो प्रतिक्रिया का मूल उत्पाद सरलता 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 न्यूक्लाइड को उसके डॉटर्स से निर्धारित नहीं किया जा सकता है।[lower-alpha 10]
किसी अत्यधिक भारी तत्व को संश्लेषित करने के उद्देश्य से भौतिकविदों के लिए उपलब्ध जानकारी इस प्रकार डिटेक्टरों पर एकत्र की गई जानकारी इस प्रकार होती है: डिटेक्टर के लिए कण के आगमन का स्थान, ऊर्जा एवं समय, एवं इसके क्षय, एवं भौतिक विज्ञानी इस डेटा का विश्लेषण करते हैं एवं यह निष्कर्ष निकालना चाहते हैं कि यह वास्तव में किसी नए तत्व के कारण हुआ था एवं दावा किए गए भिन्न न्यूक्लाइड के कारण नहीं हो सकता था। प्रायः, प्रदान किया गया डेटा इस निष्कर्ष के लिए अपर्याप्त है कि नया तत्व निश्चित रूप से बनाया गया था एवं देखे गए प्रभावों के लिए कोई अन्य स्पष्टीकरण नहीं है; डेटा की व्याख्या करने में त्रुटियां हुई हैं।[lower-alpha 11]
इतिहास
प्रारंभिक भविष्यवाणियां
19वीं शताब्दी के अंत में ज्ञात सबसे भारी तत्व यूरेनियम था, जिसका परमाणु द्रव्यमान लगभग 240 (अब 238) एमू है। तदनुसार, इसे आवर्त सारणी की अंतिम पंक्ति में रखा गया था; इसने ट्रांसयूरेनियम तत्व के संभावित अस्तित्व के बारे में अटकलें तेज हो गईं एवं द्रव्यमान संख्या = 240 की सीमा क्यों प्रतीत हुई। उत्कृष्ट गैसों की शोध के पश्चात, 1895 में आर्गन से प्रारम्भ करते हुए, समूह के बड़े सदस्यों की संभावना पर विचार किया गया। डेनमार्क के रसायनशास्त्री जूलियस थॉमसन ने 1895 में Z = 86, A = 212 के साथ छठी उत्कृष्ट एवं Z = 118, A = 292 के साथ सातवीं गैस के अस्तित्व का प्रस्ताव रखा, जो थोरियम एवं यूरेनियम युक्त 32-तत्व अवधि (आवर्त सारणी) का अंतिम समापन था।[49] 1913 में, स्वीडिश भौतिक विज्ञानी जोहान्स रिडबर्ग ने आवर्त सारणी के थॉमसन के एक्सट्रपलेशन को 460 तक परमाणु संख्या वाले भारी तत्वों को सम्मिलित कर लिया, परंतु उन्हें विश्वास नहीं था कि ये अतिभारी तत्व अस्तित्व में हैं या प्रकृति में पाए जाते हैं।[50] 1914 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी रिचर्ड स्वाइन ने प्रस्तावित किया कि यूरेनियम से भारी तत्व, जैसे कि Z = 108 के समीप के तत्व, ब्रह्मांडीय किरणों में पाए जा सकते हैं। उन्होंने सुझाव दिया कि आवश्यक नहीं है कि इन तत्वों की बढ़ती हुई परमाणु संख्या के साथ आधा जीवन कम हो, जिससे Z = 98–102 एवं Z = 108–110 पर कुछ लंबे समय तक रहने वाले तत्वों की संभावना के बारे में अनुमान लगाया जा सके, चूँकि अल्पकालिक तत्वों द्वारा पृथक किया गया है। स्वाइन ने 1926 में इन भविष्यवाणियों को प्रकाशित किया, यह विश्वास करते हुए कि ऐसे तत्व पृथ्वी के कोर में, लोहे के उल्कापिंडों में, या ग्रीनलैंड की बर्फ की चादर में उपस्थित हो सकते हैं, जहाँ वे अपने कथित लौकिक मूल से संवृत थे।[51]
शोधें
चार प्रयोगशालाओं में 1961 से 2013 तक किए गए कार्य, अमेरिका में लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला, यूएसएसआर (पश्चात में रूस) में संयुक्त परमाणु अनुसंधान संस्थान, जर्मनी में भारी आयन अनुसंधान के लिए जीएसआई हेल्महोल्ट्ज केंद्र, एवं जापान में साम्राज्य की पहचान हैं एवं आईयूपीएसी-आईयूपीएपी ट्रांसफरमियम वर्किंग ग्रुप्स एवं पश्चात के संयुक्त कार्य दलों के मानदंडों के अनुसार ओगेनेसन में लॉरेन्सियम के तत्वों की पुष्टि की गई है। ये शोधें आवर्त सारणी की सातवीं पंक्ति को पूर्ण करती हैं। शेष दो ट्रांसएक्टिनाइड्स, यूनुनेनियम (Z = 119) एवं अनबिनिलियम (Z = 120), अभी तक संश्लेषित नहीं किए गए हैं। वे आठवीं अवधि का प्रारम्भ करेंगे।
तत्वों की सूची
- 103 लॉरेंसियम, Lr (अर्नेस्ट लॉरेंस के लिए); कभी-कभी परंतु हमेशा सम्मिलित नहीं,[1][2]104 रदरफोर्डियम, Rf (