અનુયુરેનિયમ તત્ત્વો

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

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

1952માં જ્યારે હાઇડ્રોજન બૉમ્બનો પ્રથમ વિસ્ફોટ થયો ત્યારે આ થર્મૉન્યૂક્લિયર (ઉષ્માનાભિકીય) વિસ્ફોટના ભંગારમાં વધુ બે ભારે તત્ત્વો. આઇન્સ્ટાઇનિયમ (Es, 99) અને ફર્મિયમ(Fm, 100)નાં અલ્પ પ્રમાણ જોવા મળેલાં. અન્ય અનુયુરેનિયમ તત્ત્વોની માફક આ તત્વો પણ વિકિરણધર્મી માલૂમ પડ્યાં હતાં. તે પછી 1955 અને 1975 દરમિયાન યુનિવર્સિટી ઑવ્ કૅલિફૉર્નિયા ખાતે કૅલિફૉર્નિયમ જેવા ભારે નાભિક પર બોરોન (B), કાર્બન (C), નાઇટ્રોજન (N) અથવા ઑક્સિજન (O) જેવાં હલકાં તત્વોનાં નાભિકોનો મારો ચલાવી તેથી પણ વધુ ભારે તત્ત્વો બનાવવામાં આવ્યાં. આ રીતે મેન્દેલીવિયમ (Md, 101), નોબેલિયમ (No, 102), લોરેન્શિયમ (Lr, 103) તથા પરમાણુક્રમાંક 104, 105 અને 106 ધરાવતાં તત્ત્વો પણ બનાવવામાં આવ્યાં હતાં. તત્ત્વ 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 તત્ત્વોના અસ્તિત્વની શક્યતા ઊભી થઈ. 1980ના દાયકામાં ડર્મસ્ટાટ(જર્મની)ની લૅબોરેટરી ફોર હેવી આયન રિસર્ચ ખાતે બિસ્મથ અથવા લેડ જેવાં તત્ત્વોનાં નાભિકો પર ક્રોમિયમ અથવા આયર્ન જેવાં ભારેતત્ત્વોનાં નાભિકોનો મારો ચલાવી તત્ત્વક્રમાંક 107, 108 અને 109 બનાવવામાં આવ્યાં. આ તત્ત્વોના અત્યંત સૂક્ષ્મ જથ્થા બનાવવામાં આવેલા અને તેમનાં નાભિકોનું ઝડપથી વિભંજન થતું હતું. તત્ત્વ 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 તત્ત્વ તથા બિસ્મથ 209 લક્ષ્ય તરીકે વાપરીને તત્ત્વક્રમાંક 111 મેળવ્યું હતું. અહીં પણ નવા તત્ત્વના કેટલાક પરમાણુઓ જ પ્રાપ્ત થયા હતા અને તેમનો ઝડપથી ક્ષય થતો હતો.

આવાં તત્ત્વોના સંશ્લેષણમાં મુખ્યત્વે બે પદ્ધતિઓ વપરાય છે :

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

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

સામાન્ય તત્ત્વોના અભિલક્ષણરૂપ પરમાણુભાર આ તત્ત્વો માટે કામ લાગે તેમ નથી કારણ કે દરેક તત્ત્વનું 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 12 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 તત્ત્વોનું અર્ધઆયુ ઘણું ઓછું હોઈ નેપ્ચૂનિયમ અને પ્લૂટોનિયમ અતિઅલ્પ પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ છે, જ્યારે તે સિવાયનાં તત્ત્વો પૃથ્વી ઉપર મળતાં નથી. આ તત્ત્વોમાંનાં કેટલાંયનું અર્ધઆયુ અતિ અલ્પ હોઈ તેમના અસ્તિત્વની અસંદિગ્ધ સાબિતી આપવા માટે અનોખી (અપ્રતિમ, ingenious) પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. પરમાણુક્રમાંક 93થી 103વાળાં તત્ત્વો (ઍક્ટિનાઇડ તત્ત્વો) રાસાયણિક રીતે વિરલ પાર્થિવ તત્ત્વો સાથે, પરમાણુક્રમાંક 104વાળું તત્ત્વ હેફ્નિયમ સાથે તથા પરમાણુક્રમાંક 105વાળું તત્ત્વ ટેન્ટલમ સાથે સામ્ય દર્શાવે છે.

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 રધરફોર્ડિયમ; 107ને બોહરિયમ (Bh); 108ને હાનિયમ (નાભિકીય વિભંજનની શોધ કરનાર ઓટ્ટો હાનના નામ પરથી) અને 109ને મીટનરિયમ (Mt) (કુ. લીઝ મીટનરના નામ પરથી) નામ આપવામાં આવ્યાં છે. 105થી 109 સુધીનાં તત્ત્વોને ન્યૂક્લિયર રસાયણમાં મહત્ત્વનો ફાળો આપનાર વૈજ્ઞાનિકોની યાદમાં જે તે નામ આપવામાં આવેલ છે.

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

સારણી 1 : અનુયુરેનિયમ તત્ત્વો

તત્ત્વક્રમાંક	નામ	સંજ્ઞા	પરમાણુભાર	Rnથી આગળની ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના	શોધનું 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	1949
				અથવા 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	લોરેન્શિયમ	Lr	260	5f146d7s2	1961
104	ડુબ્નિયમ	Db	267	5f146d27s2	1964
105	જોલિયોટિયમ	Jl	268	5f146d37s2	1967
106	રધરફોર્ડિયમ	Rf	269	5f146d47s2	1974
107	બોહિયમ	Bh	270	5f146d57s2	1981
108	હસ્સિયમ	Hs	269	5f146d67s2	1984
109	મિટનરિયમ	Mt	278	5f146d77s2	1984
110	ડર્મસ્ટાદ્શિયમ	Ds	281	5f146d87s2	1994
111	રોંજેનિયમ	Rg	280	5f146d97s2	1994
112	કોપરનિસિયમ	Cn	285	5f146d107s2	1996
113	નિહોનિઅમ	Nh	286	5f146d107s27p1	2004
114	ફ્લોરોર્વિયમ	Fl	289	5f146d107s27p2	1998
115	મોસ્કોરિયમ	Mc	289	5f146d107s27p3	2004
116	લિવરમોરિયમ	Lv	293	5f146d107s27p4	1998
117	ટેનેસિન	Ts	294	5f146d107s27p5	2010
118	ઓગાનૅસન	Og	294	5f146d107s27p6	1998

ઉપયોગિતા :

અનુયુરેનિયમ તત્ત્વો 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 વોટ 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 વોટ 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 તત્ત્વોના અન્ય ઉપયોગો પણ વધુ સંશોધન બાદ શક્ય બનશે.

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી

જ. દા. તલાટી

કિશોર પંડ્યા