અનુયુરેનિયમ તત્વો

January, 2001

અનુયુરેનિયમ તત્વો (transuranium અથવા transuranic elements) : યુરેનિયમ (92U) કરતાં વધુ પરમાણુક્રમાંક (93 અને તેથી વધુ) ધરાવતાં રાસાયણિક તત્વો. કુદરતમાં ઠીક ઠીક જથ્થામાં પ્રાપ્ત થતું ભારેમાં ભારે તત્વ યુરેનિયમ છે જેનો પરમાણુક્રમાંક 92 છે. 1940માં યુનિવર્સિટી ઑવ્ કૅલિફૉર્નિયા, બર્કલી ખાતે મૅકમિલન અને એબલસને દર્શાવ્યું કે જ્યારે યુરેનિયમ ઉપર ન્યૂટ્રૉનનો મારો ચલાવવામાં આવે છે ત્યારે એક એવી નાભિકીય (nuclear) પ્રક્રિયા થાય છે કે જેના લીધે નવું તત્વ ઉત્પન્ન થાય છે :

આ તત્વને નેપ્ચૂનિયમ નામ આપવામાં આવ્યું હતું. આ નવું તત્ત્વ પણ વિકિરણધર્મી હતું અને તે β-ક્ષય (β–decay) પામીને અન્ય તત્વ, પ્લૂટોનિયમ, બનાવતું હોવાના પૂરતા પુરાવા મૅકમિલન પાસે પ્રાપ્ય હતા. નાભિકીય રસાયણ (nuclear chemistry) અંગેના આ સંશોધનમાં સીબૉર્ગ જોડાયા અને તેમણે નેપ્ચૂનિયમનો સમસ્થાનિક બનાવવાની નવી રીત શોધી કાઢી. તે માટે તેમણે સાયક્લોટ્રોન જેવા કણ-પ્રવેગકોનો ઉપયોગ કર્યો હતો. 1940 પછી સીબૉર્ગ અને તેમના સહકાર્યકરોએ અમેરિશિયમ (Am, 95), કયુરિયમ (Cm, 96), બર્કેલિયમ (Bk, 97), અને કૅલિફૉર્નિયમ (Cf, 98) જેવાં તત્વોની શોધ કરી.

1952માં જ્યારે હાઇડ્રૉજન બૉમ્બનો પ્રથમ વિસ્ફોટ થયો ત્યારે આ થર્મોન્યૂક્લિયર (ઉષ્માનાભિકીય) વિસ્ફોટના ભંગારમાં વધુ બે ભારે તત્વો. આઇન્સ્ટાઇનિયમ (Es, 99) અને ફર્મિયમ (Fm, 100)નાં અલ્પ પ્રમાણ જોવા મળેલાં. અન્ય અનુયુરેનિયમ તત્વોની માફક આ તત્વો પણ વિકિરણધર્મી માલૂમ પડ્યાં હતાં. તે પછી 1955 અને 1975 દરમિયાન યુનિવર્સિટી ઑવ્ કૅલિફૉર્નિયા ખાતે કૅલિફૉર્નિયમ જેવા ભારે નાભિક પર બૉરૉન (B), કાર્બન (C), નાઇટ્રોજન (N) અથવા ઑક્સિજન (O) જેવાં હલકાં તત્વોનાં નાભિકોનો મારો ચલાવી તેથી પણ વધુ ભારે તત્વો બનાવવામાં આવ્યાં. આ રીતે મેન્દેલીવિયમ (Md, 101), નોબેલિયમ (No, 102), લૉરેન્શિયમ (Lr, 103) તથા પરમાણુક્રમાંક 104, 105 અને 106 ધરાવતાં તત્વો પણ બનાવવામાં આવ્યાં હતાં. તત્વ 106નું વિકિરણધર્મી અર્ધઆયુ તો ફક્ત 0.9 સેકન્ડ જેટલું હતું.

1970 પછી નાભિકીય સંરચના (nuclear structure) અંગેના સિદ્ધાંતોનો વિકાસ થયો અને ક્રમાંક 108થી 118 સુધીનાં તત્વોના અસ્તિત્વની શક્યતા ઊભી થઈ. 1980ના દાયકામાં ડર્મસ્ટાટ(જર્મની)ની લૅબોરેટરી ફૉર હેવી આયન રિસર્ચ ખાતે બિસ્મથ અથવા લેડ જેવાં તત્વોનાં નાભિકો પર ક્રોમિયમ અથવા આયર્ન જેવાં ભારે તત્વોનાં નાભિકોનો મારો ચલાવી તત્વક્રમાંક 107, 108 અને 109 બનાવવામાં આવ્યાં. આ તત્વોના અત્યંત સૂક્ષ્મ જથ્થા બનાવવામાં આવેલા અને તેમનાં નાભિકોનું ઝડપથી વિભંજન થતું હતું. તત્વ 109ના કિસ્સામાં તો ફક્ત થોડાક પરમાણુઓ જ પરખાયા હતા અને તેમનું અર્ધઆયુ 3.4 મિ.સે. હતું. 1994માં આ જ ટીમે લેડ ઉપર નિકલ 64નો મારો ચલાવીને 110 ક્રમાંકનું તત્વ તથા બિસ્મથ-209 લક્ષ્ય તરીકે વાપરીને તત્વક્રમાંક 111 મેળવ્યું હતું. અહીં પણ નવા તત્વના કેટલાક પરમાણુઓ જ પ્રાપ્ત થયા હતા અને તેમનો ઝડપથી ક્ષય થતો હતો.

આવાં તત્વોના સંશ્લેષણમાં મુખ્યત્વે બે પદ્ધતિઓ વપરાય છે :

  1. પરમાણુ ભઠ્ઠીમાં ભારે પરમાણુઓ(સમસ્થાનિકો, isotopes)ના કેન્દ્ર ઉપર ન્યૂટ્રૉનના મારા (bombardment) વડે ફર્મિયમ સુધીનાં તત્વો મેળવવાની. દા.ત.,

2. ભારે પરમાણુઓ(સમસ્થાનિકો)ના કેન્દ્ર ઉપર વિદ્યુતભારવાહી પ્રક્ષેપ્યો(projectile)નો મારો ચલાવીને ફર્મિયમથી આગળનાં તત્વો મેળવવાની. દા.ત.,

સામાન્ય તત્વોના અભિલક્ષણરૂપ પરમાણુભાર આ તત્વો માટે કામ લાગે તેમ નથી કારણ કે દરેક તત્વનું સમસ્થાનિકીય સંઘટન (isotopic composition) તેના પ્રાપ્તિસ્થાન (source) ઉપર આધાર રાખે છે. સામાન્ય રીતે સરળ રીતે પ્રાપ્ત થતા સૌથી દીર્ઘ અર્ધઆયુ(half life)વાળા સમસ્થાનિકની દ્રવ્યમાન સંખ્યા(mass number)નો ઉપયોગ તે માટે વધુ યોગ્ય છે. દા.ત., નેપ્ચૂનિયમ-239, પ્લૂટોનિયમ-242 વગેરે. આ સમસ્થાનિકોનું અર્ધઆયુ 1-2 મિ. સેક. જેટલું અલ્પથી માંડીને 2.14 × 106 વર્ષ જેટલું દીર્ઘ હોઈ શકે છે. પ્લૂટોનિયમ પરમાણુશક્તિ મેળવવા માટે ઉપયોગી હોઈ ટન પ્રમાણમાં, નેપ્ચૂનિયમ, અમેરિશિયમ અને ક્યુરિયમ કિલોગ્રામ પ્રમાણમાં, બર્કેલિયમ જેવાં ઘણા અલ્પ પ્રમાણમાં બનાવાયાં છે, જ્યારે મેન્દેલીવિયમના તો ફક્ત પાંચ જ પરમાણુઓ ઉપલબ્ધ થયા હતા. પૃથ્વીની ઉંમરની સરખામણીમાં આ સમૂહનાં તત્વોનું અર્ધઆયુ ઘણું ઓછું હોઈ નેપ્ચૂનિયમ અને પ્લૂટોનિયમ અતિઅલ્પ પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ છે, જ્યારે તે સિવાયનાં તત્વો પૃથ્વી ઉપર મળતાં નથી. આ તત્વોમાંનાં કેટલાંયનું અર્ધઆયુ અતિ અલ્પ હોઈ તેમના અસ્તિત્વની અસંદિગ્ધ સાબિતી આપવા માટે અનોખી (અપ્રતિમ, ingenious) પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. પરમાણુક્રમાંક 93થી 103વાળાં તત્વો (ઍક્ટિનાઇડ તત્વો) રાસાયણિક રીતે વિરલ પાર્થિવ તત્વો સાથે, પરમાણુક્રમાંક 104વાળું તત્વ હેફ્નિયમ સાથે તથા પરમાણુક્રમાંક 105વાળું તત્વ ટૅન્ટલમ સાથે સામ્ય દર્શાવે છે.

1985માં તત્વક્રમાંક 104થી 109ને અનુક્રમે unnilquadium (un = 1, nil = 0, quad = 4) (Unq), unnilpentium (Unp), unnilhexium (Unh), unnilseptium (Uns), unniloctium (Uno), અને unnilennium (Une) એમ નામ આપવામાં આવેલાં. પણ 1994માં IUPAC દ્વારા તત્ત્વ 104ને ડુબ્નિયમ (Db) (મૉસ્કો પાસે આવેલ સંશોધનકેન્દ્ર ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ન્યૂક્લિયર ફિઝિક્સ, ડુબ્ના પરથી); 105ને જોલિયોટિયમ (Jl) જોલિયોટ ક્યુરિના નામ ઉપરથી; 106ને રધરફૉર્ડિયમ; 107ને બોહરિયમ (Bh); 108ને હાનિયમ (નાભિકીય વિભંજનની શોધ કરનાર ઓટ્ટો હાનના નામ પરથી) અને 109ને મીટનરિયમ (Mt) (કુ. લાઇઝ મીટનરના નામ પરથી) નામ આપવામાં આવ્યાં છે. 105થી 109 સુધીનાં તત્વોને ન્યૂક્લિયર રસાયણમાં મહત્વનો ફાળો આપનાર વૈજ્ઞાનિકોની યાદમાં જે તે નામ આપવામાં આવેલ છે.

ત્યારપછી જર્મની ખાતે આવેલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ હેવી આયન રિસર્ચ દ્વારા પરમાણુક્રમાંક 110, 111 અને 112 ધરાવતાં તત્વોનું સંશ્લેષણ કરવાનો દાવો કરવામાં આવ્યો છે. જોકે હજુ તેમને પદ્ધતિસરનાં નામ આપવામાં આવ્યાં નથી.

અનુયુરેનિયમ તત્વોનાં નામ, શોધનું વર્ષ વગેરે માહિતી નીચેની સારણીમાં આપી છે.

સારણી 1 : અનુયુરેનિયમ તત્ત્વો

તત્ત્વ-    નામ સંજ્ઞા પરમાણુ- Rnથી આગળની શોધનું
ક્રમાંક  ભાર ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના  વર્ષ
 93 નેપ્ચૂનિયમ Np 237 5f46d7s2 1940
 94 પ્લૂટોનિયમ Pu 242 5f67s2 1940
 95 અમેરિશિયમ Am 243 5f77s2 1944
 96 ક્યુરિયમ Cm 248 5f76d7s2 1944
 97 બર્કેલિયમ Bk 249 5f86d7s2 અથવા 1949
5f97s2
 98 કૅલિફૉર્નિયમ Cf 249 5f107s2 1950
 99 આઇન્સ્ટાઇનિયમ Es 254 5f117s2 1952
100 ફર્મિયમ Fm 257 5f127s2 1952
101 મેન્દેલીવિયમ Md 258 5f137s2 1955
102 નોબેલિયમ No 259 5f147s2 1958
103 લૉરેન્શિયમ Lr 260 5f146d7s27p1 1961
104 ડુબ્નિયમ Db 268 5f146d27s2 1964
105 જોલિયોટિયમ Jl 268 5f146d37s2 1967
106 રધરફૉર્ડિયમ Rf 267 5f146d47s2 1974
107 બોહરિયમ Bh 270 5f146d57s2 1981
108 હાનિયમ Hn 269 5f146d67s2 1984
109 મીટનરિયમ Mt 278 1985

ઉપયોગિતા : અનુયુરેનિયમ તત્વો ઉપરનું સંશોધન મુખ્યત્વે તો પરમાણ્વીય (atomic) અને નાભિકીય સંરચના અંગેના જ્ઞાનમાં વધારો કરવાનું હતું. પરંતુ તેમાંનાં કેટલાંકની વ્યાવહારિક ઉપયોગિતા પણ અગત્યની નીવડી છે. પ્લૂટોનિયમ-239 સમસ્થાનિકની ક્ષમતા જાણીતી છે. તે પરમાણુશસ્ત્રોમાંના વિસ્ફોટક ઘટક તરીકે વપરાવા ઉપરાંત વીજળીના ઉત્પાદન માટે નાભિકીય ઇંધન (nuclear fuel) તરીકે પણ વપરાય છે. પ્લૂટોનિયમના અન્ય સમસ્થાનિકો પણ આ માટે વાપરી શકાય તેમ છે. નાભિકીય-સહાયક-શક્તિ-પ્રણાલીઓ-(systems for nuclear auxiliary power, SNAP)માં પણ પ્લૂટોનિયમ વપરાય છે. આવી બૅટરી વજનમાં હલકી અને સઘન (compact) હોઈ 29 જૂન 1961ના રોજ અવકાશયાનમાં તેના ઉપયોગની શરૂઆત થઈ હતી. તે વજનમાં 14 કિગ્રા જેટલી અને તેની ઊર્જા-નીપજ (power output) 30 વૉટ હતી. કૃત્રિમ હૃદય માટે પણ તે વપરાય તેવી સંભાવના છે. અમેરિશિયમ-241 (અર્ધઆયુ 433 વર્ષ) 60keVનાં ગામા કિરણો આપે છે. તરલની ઘનતા માપવા માટેનાં, પતરાની જાડાઈ માપવાનાં, તથા વિમાનના ઇંધનના પ્રમાણ (gauge) માટે તેમજ અંતર-સંવેદક પ્રયુક્તિઓ (distance sensing devices) માટે તેનો ઉપયોગ થઈ શકે તેમ છે. ક્યુરિયમ-244 (અર્ધઆયુ 17.6 વર્ષ) પણ નાભિકીય બૅટરીમાં ઇંધન તરીકે વાપરી શકાય તેમ છે. ક્યુરિયમ-244નો ઊર્જા-ઉત્સર્જન દર (energy emission rate) લગભગ 120 થર્મલ વૉટ જેટલો છે. કૅલિફૉર્નિયમ-252નો ન્યૂટ્રૉન ઉત્સર્જન દર ઊંચો હોવાથી રેડિયોગ્રાફી તથા ન્યૂટ્રૉન સક્રિયન પૃથક્કરણ (neutron activation analysis) માટે તે ન્યૂટ્રૉનના બિંદુસ્રોત (point source) તરીકે વાપરી શકાય તેમ છે. કેટલીક વૈદ્યકીય સારવારમાં પણ તેનો ઉપયોગ શક્ય છે. આ ઉપરાંત અનુયુરેનિયમ તત્વોના અન્ય ઉપયોગો પણ વધુ સંશોધન બાદ શક્ય બનશે.

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી

જ. દા. તલાટી