Новый элемент предполагается получать на ускорителе путем обстрела ядрами кальция мишени из берклия
По словам директора лаборатории ядерных реакций имени Флерова ОИЯИ Сергея Дмитриева, «мишень из берклия, привезенного накануне из димитровградского НИИ атомных реакторов, установлена на циклотроне У-400, циклотрон запущен, эксперимент начался». Закончится эксперимент к концу 2009 года: за это время физики рассчитывают получить достаточно новых ядер для проведения исследований, сообщает GZT.ru.
Кто и где?
Периодическая таблица Менделеева на сегодня заканчивается 118-м элементом. На месте 117-го – пропуск, который и планируется заполнить в Дубне. У физиков из подмосковного центра уже есть значительный опыт подобной работы: целый ряд элементов получен в этой лаборатории: нобелий, лоуренсий, резерфордий, сиборгий, борий, хассий. Особняком среди синтезированных советскими и российскими физиками элементов стоит 105-й элемент – дубний, названный так в честь этого исследовательского центра. Кстати, существует традиция, по которой элементы часто называются по имени лабораторий, где они были открыты. Так, дармштадий назван в честь немецкого ядерного центра, а берклий – в честь лаборатории в Беркли.
Если получать 117-й элемент будут дубнинские ученые, то вот заготовкой для него занимались американские физики из Беркли. Заготовка – это 25 миллиграммов элемента берклия, который российские физики будут обстреливать ядрами кальция.
Почему 117-го нет в природе?
Элементы тяжелее урана в природе не встречаются, да и сам уран – элемент нестабильный. Иными словами, ядра его атомов со временем самопроизвольно распадаются со скоростью, которая зависит от двух факторов. Первый – соотношение числа протонов и нейтронов в ядре, второй – общее количество в ядре и тех, и других.
Если в ядро водорода (в норме это один протон) добавить два нейтрона, получится нестабильный тритий. Если взять гелий с двумя протонами и одним нейтроном, то он будет стабильным. Но если взять уран или еще более тяжелый элемент, то из любого соотношения протонов и нейтронов получить стабильное ядро не получится. И время, за которое ядро распадается, уменьшается по мере продвижения к все более и более тяжелым элементам.
Элементов от 100-го и дальше на Земле сейчас не существует. Ядра фермия (100-й элемент) распадаются за 20 часов (точнее, за 20 часов распадется 50% всех ядер). Ядра сиборгия (106-й элемент) распадаются за 2,4 минуты. Дубний (105-й элемент таблицы) живет около 32 часов. Поэтому на исследование их свойств остается не так много времени.
Как их делают?
Элементы до калифорния включительно еще можно получить на ядерных реакторах в количествах, допускающих практическое применение. Например, калифорний используется в лучевой терапии. Но вот уже следующий за ним 99-й элемент, эйнштейний, можно получить только в ничтожно малых количествах – около одной десятой микрограмма. Каково практическое применение этой едва видимой пылинки? Для синтеза более тяжелых элементов в ускорителе.
Эта схема дает представление о том, насколько сложно исследовать сверхтяжелые элементы. За 120 микросекунд (верхняя стрелка) половина ядер 118-го элемента распадаются, превращаясь в ядра 116-го. Которые за 0,6 миллисекунды превращаются в 114-ый, потом в 112-ый и так далее. За считанные секунды полученные ядра превращаются в осколки. Источник: Б.С. Ишханов, Э.И. Кэбин. Экзотические ядра. М.: Изд. Московского университета, 2002
В ускорителе в тяжелые ядра (в Дубне на этот раз используют мишень из берклия) на скоростях, приближающихся к скорости света, врезаются ядра легких элементов. Большая часть при этом просто пролетает мимо, так как размер ядра в тысячу раз меньше размера атома. Еще часть отлетает в сторону при столкновении, но некоторые ядра все же сливаются вместе. Этот процесс физики записывают так (мы заменили химические обозначения элементов их полным названием):
Берклий-249 + кальций-48 = (новый элемент)-297
Цифры рядом с элементом обозначают суммарное число протонов, которое равно порядковому номеру элемента, и нейтронов. Поскольку новый элемент наверняка окажется нестабильным, он быстро развалится на несколько других, но у ученых уже есть методы, позволяющие за считаные секунды определить целый ряд свойств 117-го. К сожалению, такие интересные параметры, как цвет, температура плавления или плотность, узнать, увы, не суждено: даже по нескольким тысячам атомов, еще и рассеянных внутри берклиевой мишени, восстановить их невозможно.
120-й и дальше. Зачем?
Уже после начала эксперимента появилось сообщение о том, что в Дубне намерены повторить ранее закончившуюся неудачей попытку синтеза 120-го элемента. Теоретически в этом нет ничего невозможного: основная проблема заключается в правильном подборе мишени и ядер. На вопрос же о том, для чего нужно синтезировать элементы, которые за доли секунды превратятся в кучу радиоактивных осколков, можно дать следующий ответ: сверхтяжелые ядра, а также экзотика вроде ядра водорода с пятью нейтронами позволяют лучше понять физику атомного ядра в целом.
А такое понимание в свою очередь может помочь там, где приходится иметь дело с ядерными реакциями. Некоторые из трансурановых элементов и нестабильных ядер, получаемых в реакторах АЭС, как выяснили физики, можно «дожечь» в специальных установках, существенно снизив опасность радиоактивных отходов. Иногда же, напротив, важно добиться как можно более мощного потока излучения от вещества – для терапии рака, обнаружения дефектов в нефтепроводах и стенках скважин, работы автономных источников электропитания на космических аппаратах и удаленных метеостанциях.
