اكتشاف عنصر الفيرميوم

عنصر الفيرميوم أو الفرميوم عبارة عن عنصر كيميائي برمز Fm والرقم الذري 100، ويصنف على أنه أكتينيد، والفيرميوم مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.

اكتشاف عنصر الفيرميوم

لقد تم اكتشاف الفيرميوم من قبل فريق من العلماء بقيادة ألبرت غيورسو في عام 1952 ميلادي، وذلك أثناء دراسة الحطام الإشعاعي الناتج عن تفجير أول قنبلة هيدروجينية، والنظير الذي قاموا باكتشافه هو النظير الفرميوم 255 له عمر نصف يبلغ حوالي 20 ساعة، وقد تم إنتاجه من خلال الجمع بين 17 نيوترونًا مع نظير اليورانيوم 238 والذي خضع بعد ذلك لثمانية عمليات  اضمحلال بيتا.

في هذه الأيام يتم إنتاج عنصر الفيرميوم من خلال سلسلة طويلة من التفاعلات النووية، والتي تتضمن قصف كل نظير في السلسلة بالنيوترونات ثم السماح للنظير الناتج بالخضوع لعملية اضمحلال بيتا، إن من أكثر نظائر الفيرميوم ثباتًا هو نظير الفيرميوم 257 وله عمر نصف يبلغ حوالي 100.5 يوم، ويتحلل إلى نظير الكاليفورنيوم 253 من خلال عملية اضمحلال ألفا أو يتحلل من خلال عملية الانشطار التلقائي.

الفيرميوم وهو العنصر 100 ويعد العنصر الثامن عبر اليورانيوم في سلسلة الأكتينيدات وسمي على اسم الفيزيائي الإيطالي والحائز على جائزة نوبل إنريكو فيرمي، ولقد تم اكتشاف العنصر 100 لأول مرة في عام 1952 ميلادي في تداعيات الاختبار النووي “Ivy Mike” بقوة 10 ميغا طن في جنوب المحيط الهادئ، وهو أول اختبار ناجح لقنبلة اندماج هيدروجينية.

حدد الباحثون نظيرًا جديدًا من نوع النظير (Pu-244) وقد تم العثور عليه في أوراق الترشيح على طائرة بدون طيار تم نقلها عبر التداعيات، ولقد قرروا أنه لا يمكن أن يتشكل إلا من خلال عملية الامتصاص غير المتوقع لستة نيوترونات بواسطة نظير اليورانيوم 238 متبوعًا بعملية انحلال بيتا المتتالية، وفي ذلك الوقت كان يُعتقد أن امتصاص نواة ثقيلة للنيوترونات يعد عملية نادرة لكن تحديد نظير البلوتونيوم 244 زاد من احتمال امتصاص نوى اليورانيوم لمزيد من النيوترونات، مما يؤدي إلى عناصر جديدة إضافية.

لقد تم اكتشاف العنصر 99 على الفور تقريبًا على أوراق الترشيح الأخرى بواسطة ألبرت غيورسو وزملاؤه في مختبر لورانس بيركلي بالتعاون مع مختبرات أرجون ولوس ألاموس الوطنية، مما يدل على أن 15 نيوترونًا تم التقاطها بواسطة النظير (U-238)، مما يعني أنه يتطلب الاكتشاف اللاحق للفيرميوم مزيدًا من المواد، حيث كان من المتوقع أن يكون ناتج العنصر 100 أقل بترتيب من حيث الحجم من أينشتاينيوم.

لذلك تم شحن المرجان الملوث من نقطة الصفر في جزيرة إنيوتوك المرجانية إلى بيركلي للمعالجة والتحليل، وبعد حوالي شهرين من اختبار Ivy-Mike تم عزل نشاط جديد ينبعث منه جسيمات ألفا عالية الطاقة (7.1 ميجا فولت) مع عمر نصف يبلغ حوالي يوم واحد. كان β− ابنة الاضمحلال لنظير أينشتينيوم وكان لابد أن يكون نظيرًا للعنصر 100.

تم تحديده على أنه نظير 255Fm (نصف عمر 20.07 ساعة)، وتم الاحتفاظ باكتشاف العناصر الجديدة والبيانات الجديدة عن الاستيلاء على النيوترونات سراً بناءً على أوامر من الجيش الأمريكي حتى عام 1955 ميلادي؛ نتيجة الحرب الباردة، وفي وقت لاحق تمكن فريق بيركلي من تحضير العنصرين 99 و 100 في المختبر عن طريق القصف النيوتروني لـ Pu-239 في سيكلوترون.

قاموا بنشر هذا العمل في عام 1954 ميلادي مع إخلاء المسؤولية من أن هذه لم تكن الدراسات الأولى التي تم إجراؤها على العنصر، وتم رفع السرية لاحقًا عن دراسات “Ivy Mike” ونشرت في عام 1955 ميلادي، وفي الوقت نفسه ادعت مجموعة في معهد نوبل للفيزياء في ستوكهولم بشكل مستقل اكتشاف العنصر 100 من خلال إنتاج نظير له نصف عمر لمدة 30 دقيقة ونشروا أعمالهم في مايو 1954 ميلادي، ومع ذلك تم الاعتراف بالأسبقية التاريخية لفريق بيركلي بشكل عام ومعها امتياز تسمية العنصر الجديد تكريما لإنريكو فيرمي؛ مطور أول مفاعل نووي اصطناعي قائم على الاكتفاء الذاتي.

لا يوجد الفيرميوم بشكل طبيعي في قشرة الأرض، وتم التعرف عليه لأول مرة في ديسمبر 1952 ميلادي من قبل علماء أمريكيين من مختبر أرغون الوطني بالقرب من شيكاغو ، إلينوي ومختبر لوس ألاموس الوطني في لوس ألاموس نيو مكسيكو ومختبر جامعة كاليفورنيا في بيركلي كاليفورنيا في حطام الأسلحة النووية الحرارية.

تم تسمية العنصر على اسم إنريكو فيرمي الذي بنى أول مفاعل نووي من صنع الإنسان، النظير 255Fm (بعمر نصف 20 ساعة) كان أول نظير فرميوم تم تحديده، والفيرميوم، وهو أثقل عنصر يمكن تشكيله بواسطة القصف النيوتروني للعناصر الأخف، وبالتالي فهو أثقل عنصر يمكن تصنيعه بكميات.

يهتم الفيرميوم بأبحاث فيزياء الجسيمات، لكن ليس له تطبيقات تجارية، حيث كان النظير 253Fm أحد منتجات الاضمحلال المستخدمة لتأكيد تخليق الكوبرنسيوم في تجربة معجل الجسيمات.

معلومات عامة عن الفيرميوم

• الفيرميوم يعد من أثقل العناصر الاصطناعية، كما وأنه يمكن أن يتم تشكيله عن طريق عملية القصف النيوتروني للعناصر الأخف، ومن ثم بعد ذلك العنصر الأثقل الذي يمكن تحضيره بكميات مجهرية، حيث تمت دراسة الخواص الكيميائية للفرميوم فقط باستخدام الكميات الخاصة بالتتبع والمطلوب تقنيات تجريبية مبتكرة.

• لم يتم تحضير معدن الفيرميوم، ومع ذلك تم إجراء قياسات على سبائك الفيرميوم مع معادن أرضية نادرة، وتم إجراء عدد من التنبؤات، حيث تم استنتاج أن معدن الفيرميوم يفضل حالة ثنائية التكافؤ، ولكن مع ضغط متواضع يمكن أن يشكل حالة ثلاثية التكافؤ، والقياسات الأخرى على سبائك ومركبات الفرميوم المختلطة تشمل العزم المغناطيسي وطاقات ربط الغلاف الداخلي وطاقات الأشعة السينية والمحتوى الحراري للتسامي.

• نظرًا لقصر عمر النصف لجميع نظائر الفرميوم، فإن كل ما قد يكون موجودًا على الأرض أثناء تكوينه قد تلاشى منذ فترة طويلة، يتم إنتاج الفيرميوم نتيجة لالتقاط عدة نيوترونات في عناصر أخف مثل عناصر اليورانيوم والكوريوم تليها عمليات اضمحلال بيتا المتتالية.

• تزداد احتمالية حدوث مثل هذه الأحداث مع زيادة تدفق النيوترونات والتفجيرات النووية هي أقوى مصادر النيوترونات على الأرض، حيث ينتج الفيرميوم أيضًا عن طريق قصف الأكتينيدات الأخف بالنيوترونات في المفاعلات النووية أو المسرعات.

• النظير 257 هو يعد أثقل نظير يتم الحصول عليه عن طريق عملية التقاط النيوترون، ولا يمكن إنتاجه إلا بكميات نانوجرام، والمصدر الرئيسي هو مفاعل النظائر عالية التدفق بقدرة 85 ميجاوات (HFIR) في مختبر أوك ريدج الوطني في تينيسي في الولايات المتحدة الأمريكية.

• في “حملة” HFIR يتم تعريض عشرات الجرامات من الكوريوم للإشعاع لإنتاج أكتينيدات أثقل وكميات بيكروغرام من الفيرميوم، حيث يُعتقد أن كميات الفيرميوم التي يتم إنتاجها في 20-200 كيلو طن من الانفجارات النووية الحرارية هي في حدود ملليغرام، وعلى الرغم من اختلاطها بكمية ضخمة من الحطام، تم انتشال أربعين بيكوغراماً من 257Fm من 10 كيلوغرامات من الحطام من الاختبار النووي “Hutch” في عام 1969 ميلادي.

• وبعد الإنتاج يجب فصل الفيرميوم عن الحطام ومجموعة من الأكتينيدات الأخرى ومنتجات انشطار اللانثانيد عن طريق استخلاص المذيبات والتبادل الأيوني والإنتاج السنوي للمفاعل من الفرميوم 257 في نطاق البيكوجرام، ومع ذلك يمكن عزل النظير 255Fm النقي (نصف العمر 20 ساعة) بسهولة.