Элемент № …

Таблица МенделееваПод этой рубрикой  будут опубликованы статьи, рассказы, очерки, сообще­ния о химических элементах.

«Путешествие» по периодической системе элементов Дмитрия Ивановича Менделее­ва мы начинаем с клетки, в которую еще не вписан символ: 104-й элемент еще не имеет своего имен«.

Слово предоставляется  сотрудникам Объединенного института ядерных доследований (город Дубна), (руководителю работы члену-корреспонденту Академии наук СССР Георгию Николаевичу Флерову, кандидату физико-математических наук Юрию Цолаковичу Оганесяну, научному сотруднику Иво Зваре (Чехословакия) и кан­дидату физико-математических наук Виктору Александровичу Друину, выступившим с сообщением о своих исследованиях 30 октября 1964 года в Центральном лектории Все­союзного общества «Знание» в Москве.

Итак,

Элемент № 104

Современное состояние ядерной физики очень напоминает развитие химии в тот мо­мент, когда создавалась периодическая систе­ма элементов. Тогда это были поиски и извле­чение неизвестных элементов из природных минералов. Сейчас решается задача система­тизации свойств и выяснения тех закономерно­стей, которым подчиняются ядра и изотопы. Наряду с этим существует и вторая задача — заполнение пустых клеток таблицы Менделее­ва — задача синтеза новых ядер.

Естественны попытки создать такую же стройную систему, отражающую свойства всех изотопов, число которых достигает в настоя­щее время 1500. Однако закономерности, ко­торым подчиняются свойства атомных ядер, к сожалению, далеко не так строги, как хими­ческие. Тем не менее, кое-что уже удалось выяснить.

В частности, установлено, что очень ста­бильны ядра, имеющие четное число частиц. И, наоборот, очень нестабильны «нечетные» ядра, и особенно — ядра с нечетным числом протонов Z и нечетным числом нейтронов N = А — Z.

Стабильные ядра характеризуются опреде­ленным отношение N/Z. В начале менделеевской таблицы N/Z = 1, в конце — близко к 1,5.

Если существенно отойти от этого соотношения, то получаются нестабильные ядра.

Г. Н. ФЛЕРОВ

Г. Н. ФЛЕРОВ

Так же как в химии, где существуют груп­пы химически активных и неактивных элемен­тов, в таблице изотопов можно наметить обла­сти, в которых все элементы более или менее стабильны. Граница этой стабильности для тя­желых ядер расположена в области свинца и висмута; далее начинается область весьма не­стабильных радиоактивных ядер.

Естественно перейти к тому, чтобы опреде­лить области изотопов, в которых можно и нужно синтезировать ядра, надеясь найти там новые важные физические свойства. Очевидно, что план исследований по ядерной химии дол­жен основываться на попытках выйти за об­ласть известных изотопов (рис. 1). Нужно про­бовать получить новые очень легкие ядра, а также очень тяжелые ядра, т. е. большие Z для данных A, большие А для данных Z, боль­шие Z и А одновременно.

Последним элементом таблицы, который был известен 25 лет назад, был 92U238 , в ядре которого 92 протона и 146 нейтронов. Чтобы получить, например, 100-й элемент, надо к ато­му урана добавить 8 протонов и 10 нейтронов. В результате образуется ядро фермия, у кото­рого 100 протонов и 156 нейтронов, а общее массовое число, «вес» — 256.

Овладение цепными ядерными реакциями открыло естественный путь получения новых элементов: метод, основанный на добавлении к данному ядру нейтронов для увеличения В чем тут дело? Последовательный захват ней­тронов приводит к тому, что ядра «обогащают­я» нейтронами, и в результате β-распада часть нейтронов начинает переходить в прото­ны; в итоге мы получаем атомы более тяжело­го элемента. Этот процесс идет в мощных реакторах, где поток нейтронов достигает ве­личины 5×1014 — 5 ×1015 нейтронов/см2 сек. С помощью таких сильных потоков уже в тече­ние 1943—1956 гг. было получено 8 новых эле­ментов.

Теоретикам казалось, что и дальнейший син­тез всех трансурановых элементов пойдет по пути использования ядерных реакторов. Пред­полагалось, что для этого нужно только повы­шать плотность потока нейтронов и длитель­ность облучения. Однако, после того как в ядерном реакторе был получен 100-й элемент, новых открытий не последовало. Результат за последующие 9 лет оказался весьма скром­ным: всего лишь один изотоп того же 100-го элемента фермия.

Причина неудач лежала в самой сути вещей.

Зоны стабильных и нестабильных изотопов всех элементов

Рис. 1. Зоны стабильных и нестабильных изотопов всех элементов

Все дело в том, что и при самых больших потоках нейтронов для захвата недостаточно ни минут, ни часов, ни суток. Для того чтобы ядро захватило следующий нейтрон, необхо­димы месяцы и годы. А элементы с порядко­вым номером около 100 «живут» очень мало. Закономерности спонтанного деления ядер таковы, что в этой области оно становится ос­новным видом распада и 100-й элемент с мас­сой 256 живет всего два с половиной часа.

Получив 100-й элемент в нейтронном пото­ке, мы не успеваем добавить к нему еще один нейтрон. Ядро 100-го элемента спонтанно де­лится, и мы получаем вместо него два ядра 50-го элемента. Так дальнейшее добавление нейтронов становится бесполезным.

Закономерность такова, что по мере пере­хода от 100-го элемента в сторону более тя­желых ядер, периоды полураспада умень­шаются в сотни и тысячи раз. Это означает, что увеличение мощности реактора в 10 и 100 раз ничего не даст… Даже если бы плотность по­тока нейтронов была повышена в сотни раз, то дальше 101-го элемента дело не двинулось бы.

Направление, которое позволило очень быстро получить 8 новых элементов, не дает никакой надежды на успехи в будущем. Поэто­му естественно, что физики, занимающиеся синтезом новых элементов, пытались и пытают­ся искать новые пути.

В области тяжелых ядер наряду с α-распадом, при котором образовавшееся ядро испу­скает α-частицу, «конкурирующим» процессом становится спонтанное деление, открытое в 1939 г. Г. Н. Флеровым и К. А. Петржаком. Его суть заключается в том, что тяжелое ядро, на­ходящееся в основном (невозбужденном) со­стоянии, самопроизвольно делится на два ос­колка примерно равной массы. Оба процес­са — α-распад и спонтанное деление — могут происходить одновременно. Как же быть, если спонтанное деление станет основным видом распада? По существу, кроме самого акта спонтанного деления, экспериментатор не мо­жет извлечь из опыта никаких дополнительных данных, которые позволили бы восстановить картину образования нового элемента.

Для получения 104-го элемента была выбра­на реакция:

Формула

изотоп плутония с массой 242 облучался уско­ренными ионами неона с массой 22.

На основании приближенных теоретических оценок мы ожидали, что вероятность образо­вания 104-го элемента при взаимодействии изо­топа плутония и ионов неона будет крайне ма­лой.

Ю. Ц. ОГАНЕСЯН

Ю. Ц. ОГАНЕСЯН

Если образовалось ядро нового элемента, который претерпевает спонтанное деление, то нам необходим такой детектор, который фик­сирует только осколки деления, оставаясь аб­солютно нечувствительным к другим частицам. Как ни странно, этим чудесным свойством об­ладают самые простые материалы — слюда, стекло. Оказывается, если вблизи поверхности стеклянной пластинки произошло деление ядра на два осколка, то эти осколки, «вбиваясь» в стекло, оставляют на своем пути узкие каналы.

Эти каналы можно растравить кислотой, и то­гда на поверхности стекла образуются «крате­ры» диаметром 5—10 микрон, которые уже легко видны под микроскопом (рис. 2). Стек­лянные детекторы регистрируют около 80% крупных осколков, а ядра с меньшей массой ими практически не регистрируются.

Поверхность стеклянной пластинки, на которой происходило деление ядер

Рис. 2. Поверхность стеклянной пластинки, на которой происходило деление ядер (увеличение в 500 раз)

Это и позволило фиксировать очень ред­кие акты спонтанного деления нового ядра в условиях громадного фона других радиоактив­ных излучений, возникающих в процессе опыта.

Схема устройства, которую мы использова­ли для синтеза 104-го элемента, показана на рис. 3. Поток ускоренных ионов бомбардирует тонкий слой плутония-242, нанесенного на алю­миниевую фольгу. Если бомбардирующая ча­стица сливается с ядром плутония, то образо­вавшееся новое ядро обладает некоторой кинетической энергией. Толщина слоя плутония выбирается такой, чтобы образовавшиеся по­сле соударения ядра могли вылететь из мише­ни. За мишенью находится движущаяся нике­левая лента-транспортер толщиной 50 микрон. Ядра, попавшие на ленту, выносятся из зоны облучения и вместе с лентой проходят вдоль стеклянных детекторов, расположенных на длине 4 метра. Во время этого движения про­исходит радиоактивный распад. Если это ока­жется спонтанное деление, то осколки ядра обязательно оставят след на стекле, который можно будет увидеть под микроскопом после соответствующей обработки пластинок. Ско­рость движения ленты и распределение следов осколков в направлении движения будут из­вестны, и мы легко вычислим период спонтан­ного деления.

В комбинации

Формула 3наряду с воз­можным образованием ядра элемента 104, бу­дут обязательно присутствовать более легкие ядра. Поэтому было заведомо известно, что в опыте будет наблюдаться спонтанное деление америция-242  с периодом полураспада 0,013 сек и изотопа 102256 с периодом полурас­пада 8 сек. Именно в этом интервале времени мы ожидали обнаружить спонтанное деление элемента № 104.

Схема аппаратуры для синтеза 104-го элемента

Рис. 3. Схема аппаратуры для синтеза 104-го элемента

Эксперименты начались. Плутониевая ми­шень подвергалась в течение длительного вре­мени облучению ионами неона-22, и в интер­вале периода полураспада 0,2—2 сек были об­наружены осколки деления. Эффект оказался очень малым: в среднем за 6 часов облучения регистрировался один акт деления. Поэтому в дальнейшем каждый опыт продолжался без перерыва в течение 50—60 часов.

Распределение осколков вдоль детекторов показало: период полураспада излучателя со­ставляет около 0,3 сек. Принадлежат ли новые спонтанно делящиеся ядра элементу № 104? Ответ на этот вопрос и есть самая сложная часть работы.

Рассмотрим схематически все возможные типы ядерных реакций для комбинации:

Формула 4

Определим характерные особенности каждого процесса. Это позволит построить логическую схему дальнейших опытов, которые должны показать, является ли спонтанное деление с периодом полураспада 0,3 сек радиоактивным свойством 104-го элемента. Естестве-ственно, наши рассуждения опирались на большой экспериментальный материал, который накоплен в настоящее время в области изучения ядерных реакций с тяжелыми ионами.

Проведем формальное разделение всех реакций между ядрами плутония и неона на две категории по типу взаимодействия бомбар­дирующей частицы с мишенью. К первой кате­гории отнесем случаи, когда ядра неона и плу­тония на мгновенье сливаются, образуя новое ядро 104264, которое в дальнейшем может ис­пускать различные легкие частицы (нейтроны, протоны). Вторая категория будет включать случаи неполного или частичного слияния ядер плутония и неона, когда промежуточное ядро имеет атомный номер меньше 104. Достаточ­но процессу, в котором наблюдался новый из­лучатель, попасть во вторую категорию, как станет очевидным, что он не имеет ничего об­щего с образованием 104-го элемента.

С первой же категорией дело обстоит го­раздо сложнее — принадлежность реакции к процессу полного слияния еще не служит до­статочным доказательством синтеза нового элемента.

Образование новых ядер в зависимости от энергии ионов неона, бомбардирующих плу¬тониевую мишень

Рис. 4. Образование новых ядер в зависимости от энергии ионов неона, бомбардирующих плутониевую мишень

Оказывается, что зависимость выхода ре­гистрируемых «продуктов реакции» от измене­ния энергии бомбардирующих частиц суще­ственно различается для наших двух категорий (рис. 4). В случае образования промежуточно­го ядра 104264 (полное слияние) она имеет вид кривой с четко выраженным максимумом. Для неполного же слияния ядер (вторая категория) характерен непрерывный подъем кривой в до­статочно широком диапазоне энергий ионов, бомбардирующих мишень.

Многочисленные эксперименты, продемон­стрировавшие это различие, оказались очень трудоемкими. В течение более чем 1000 часов облучения при различной энергии ионов было зарегистрировано всего около 150 ядер, спон­танно делившихся с периодом полураспада 0,3 сек. В каждом опыте одновременно реги­стрировались осколки, образовавшиеся от де­ления ядер 102256 и Аm242. Они заведомо отно­сятся к нашей второй категории, т. е. вызваны неполным или частичным слиянием. Ясно, что ядра с периодом полураспада 0,3 сек получе­ны в реакции первой категории — при полном слиянии с образованием промежуточного ядра 104264.

Промежуточное ядро обладает большой энергией возбуждения, которое, как правило, приводит к его моментальному (вынужденно­му) делению на два осколка. В тех же чрезвы­чайно редких случаях, когда деления не про­изойдет, ядро будет испускать частицы, чтобы избавиться от энергии возбуждения. Из этих редких процессов нас интересуют лишь те, в которых возбуждение ядра снимается выле­том только нейтронов, поскольку только этим путем можно сохранить атомный номер 104. Но как установить, что в процессе испускания частиц, наряду с нейтронами, не вылетел хотя бы один протон?

 Детальное изучение вероятности образова­ния нового излучателя в зависимости от энер­гии бомбардирующих ионов дало ответ и на этот вопрос. Эксперименты показали, что характер зависимостей при испускании четырех нейтронов и при испускании одного протона и трех нейтронов совершенно различен.

Вся совокупность результатов наших опы­тов говорит о синтезе изотопа 104-го элемен­та. В то же время ясно, что необходимо прове­сти еще большую экспериментальную работу, прежде чем приписать выявленные радиоактив­ные свойства изотопа новому элементу. Совре­менная радиохимия позволяет весьма четко выделить мизерные количества необходимого радиоактивного продукта и точно идентифи- ровать его заряд и массу. Химическая методи­ка выделения была использована при синтезе всех трансурановых элементов, вплоть до 101-го. Но это возможно только в том случае, если химическая процедура выделения зани­мает время меньшее, чем период полураспада исследуемого продукта…

И. ЗВАРА

И. ЗВАРА

Но это уже — предмет сообщения другого сотрудника нашей лаборатории — чехословац­кого химика И. Звары.

В те времена, когда самым тяжелым из­вестным элементом был уран, химики, не за­думываясь, помещали торий в четвертую группу периодической системы Менделеева, протактиний — в пятую и уран — в шестую. Многими химическими свойствами, в частно­сти высшей валентностью, торий, протактиний и уран напоминают соответственно гафний, тантал и вольфрам. Когда же были открыты первые трансурановые элементы, встал вопрос о закономерностях их химических свойств. Оказалось, что нептуний, плутоний и частично америций (№ 95) похожи на уран и ничем не напоминают элементы VII и VIII группы — ре­ний, осмий и иридий. Все следующие элементы, начиная с 96-го — кюрий, берклий, калифор­ний и далее — оказались очень похожими на лантаниды. Причем, гуществует очевидная ана­логия в строении электронных оболочек ато­мов кюрия и гадолиния, берклия и тербия, ка­лифорния и диспрозия и так далее.

Был сделан вывод, что следующие за акти­нием четырнадцать элементов на самом деле представляют семейство актинидов, подобно тому как за лантаном следуют 14 лантанидных элементов, очень мало отличающихся один от другого по своим свойствам.

Самый интересный вывод из этой законо­мерности состоит в том, что недавно открытые 101-й, 102-й и 103-й элементы — это последние члены семейства актинидов. Элементы № 104, 105 и так далее должны быть химическими ана­логами гафния, тантала и так далее, т. е. истин­ными экагафнием и экатанталом, как назвал бы их Д. И. Менделеев. По многим свойствам они будут резко отличаться и от актинидов и один от другого. Это очень важное предска­ зание, основанное на современном понимании периодической системы. Мне кажется, что про­блема изучения химических свойств новых эле­ментов, и в первую очередь, 104-го должна волновать химиков.

Изучение химических свойств искусственно полученных атомов новых элементов, безус­ловно, необходимо. Это и было сделано, когда физики синтезировали менделевий — элемент N9 101, атомы которого «живут» несколько ча­сов. Но этого не было сделано при открытии 102-го и 103-го элементов.

Это объясняется не тем, что ученые были недостаточно требовательны к себе и поэтому ограничились исследованием только физиче­ских свойств атомных ядер. Дело в том, что удавалось получить всего несколько десятков атомов новых элементов. Эти атомы живут лишь несколько секунд, погибая затем в ре­зультате распада ядер. В распоряжении иссле­дователей пока нет подходящих методов, ко­торые позволили бы изучить химические свой­ства элемента в таких условиях.

Как же обстоит дело в нашем случае?

Чтобы провести химический опыт с элемен­том № 104 — вызвать реакцию, получить со­единение,— в нашем распоряжении всего толь­ко доли секунды. Как правило, химики рабо­тают с растворами соединений. Но даже для простого перемешивания раствора нужна, по крайней мере, одна секунда. Значит, не может быть речи о проведении опыта с раствором. Другое дело, если работать с газообразными веществами. Газы быстро смешиваются, легко и быстро транспортируются по трубам, реак­ции в газах могут идти с большей скоростью.

Известно, что гафний образует летучие со­единения, например, четырёххлористый гафний и другие. Такими же свойствами должен обла­дать и экагафний. В то же время известно, что лантанидные и тяжелые актинидные элементы не дают летучих соединений. Очевидно, это об­стоятельство можно и нужно использовать для доказательства того, что 104-й элемент подо­бен по химическим свойствам гафнию и рез­ко отличается от актинидов.

Вот принципиальная схема возможного опыта (рис. 5). Атомы 104-го элемента полу­чаются при взаимодействии ускоренных ионов неона с мишенью из плутония-242. После того как они выбиты из мишени, их можно затормо­зить в газовом потоке. Если в газе находится свободный хлор, наши атомы должны энергич­но взаимодействовать с ним и давать молеку­лы тетрахлорида 104-го элемента. В газ добав­лены пары четыреххлористого гафния, химически родственного предполагаемому соединению 104-го элемента. НfСl4 нужен для того, чтобы не «растерять» считанные молекулы хло­рида 104-го элемента.

Схема эксперимента для химического определения элемента № 104

Рис. 5. Схема эксперимента для химического определения элемента № 104

При бомбардировке плутониевой мишени ионами неона будут одновременно появляться атомы актинидных трансуранов. Они тоже бу­дут соединяться с хлором. Но хлориды акти­нидных элементов — нелетучие вещества, ин­тенсивно взаимодействующие с любой поверх­ностью. Если такая молекула ударяется о стен­ку аппаратуры, она прочно связывается с ней. А молекула (104)Сl4 вместе с четыреххлори­стым гафнием будет уноситься газом — для этого нужно только поддерживать повышенную температуру газового тракта.

По ходу газовой струи ставится специаль­ный фильтр. Это еще больше увеличивает ве­роятность столкновения молекул хлоридов с твердой поверхностью. Молекулы актинидных трансуранов окажутся связанными. Через фильтр пройдут только молекулы хлорида 104-го элемента, уносимые парами четыреххло­ристого гафния. Затем газ проходит через счетчик спонтанного деления ядер. Распадаясь, ядро атома 104-го элемента дает знать о том, что атом прошел весь путь от мишени до де­тектора. Это значит, что он вел себя химически так же, как гафний.

Эту методику можно моделировать, рабо­тая с атомами гафния и лантанидов. Мы прове­рили, что с ними происходит. Опыт идет так, как и предполагалось: элементы четвертой группы отделяются от элементов третьей груп­пы. Весь процесс — синтез, адсорбционное удаление нелетучих хлоридов и транспорт от мишени к детектору продолжается около 0,1 секунды.

Эта «химическая драга» поможет нам вы брать «золотые зерна» атомов 104-го элемен та. Опыт надо вести непрерывно много часов подряд, потому что мы не знаем, в какой мо мент возникнут атомы 104-го элемента.

Нам кажется, что этим способом можно было бы доказать на первых порах, что 104-й элемент себя ведет подобно гафнию. А потом нужно будет попытаться изучить химические свойства его летучих соединений более тща тельно. Не исключено, что наш метод окажется пригодным и для поисков ядер более дал<е ких элементов, которые также дают летучие соединения.

Если же будут получены изотопы 104-го элемента с большим, чем 0,3 секунды, сроком жизни, то химики смогут использовать для их изучения обычные химические и радиохимические методы.

В. А. ДРУИН

В. А. ДРУИН

Существуют гипотезы, согласно которым трансурановые элементы могут образоваться при вспышке сверхновых звезд. Следователь­но, не исключено, что такие процессы проис ходили не только в далеких звездных мирах но и в нашей Солнечной системе.

Возраст Земли — примерно 5 миллиардов лет. Не сохранились ли трансурановые элемен­ты в земной коре до наших дней? Естественно что могли сохраниться только те изотопы, которые живут достаточно долго по сравнению с возрастом Земли, по крайней мере сто миллионов лет. Но даже в этом случае могли со храниться лишь незначительные следы транс урановых элементов.

Искать их в земной коре ученые начали примерно 40 лет назад, но ни физики, ни хи­мики не знали свойств трансурановых элемен- тов. Ведь еще не был синтезирован даже пер­вый трансурановый элемент — нептуний. В бо­лее позднее время, после того как стали из­вестны физические и химические свойства пер­вых трансурановых элементов нептуния и плу­тония, их довольно быстро нашли в минералах, содержащих уран. Это были изотопы плутоний- 239 и нептуний-237, хотя и в ничтожных коли­чествах.

Но уже одно то обстоятельство, что время жизни плутония-239 равно всего 24 тысячам лет, а нептуний-237 живет около двух миллио­нов лет, исключало возможность сохранения этих элементов в земной коре со времени ее появления. Было ясно, что обнаруженные изо­топы образовались каким-то иным путем. И действительно, простые расчеты показывают, что эти элементы возникли в результате взаи­модействия ядер урана и нейтронов.

При захвате медленного нейтрона ядром урана-238 с последующим испусканием гамма- кванта, образуется уран-239, который путем β-распада переходит в плутоний-239. Наоборот, быстрый нейтрон может выбить из ядра урана два нейтрона; получится уран-237, который пе­рейдет в нептуний-237. Ясно, что нептуний-237 и плутоний-239 — это не те трансурановые эле­менты, за которыми охотились исследователи. И только в 1963 и 1964 гг. были опубликованы две работы, в которых сообщаются интерес­ные факты. Первая — советских ученых проф. В. В. Чердынцева и В. Ф. Михайлова, вторая — выполненная американскими исследователями Р. Черри, К. Ричардсоном и Д. Адамсом. Изу­чая при помощи чувствительных детекторов энергетические спектры α-частиц, испускаемых различными минералами, ученые наблюдали неидентифицированные «примеси» к характер­ным спектрам.

Авторы не могли проделать химических анализов, и природа излучателя пока не уста­новлена. Высказывалось предположение, что неизвестное излучение обусловлено распадом долгоживущих изотопов кюрия-247 и плутония-244. Однако в последнее время удалось на­копить кюрий-247 в реакторе и более точно определить период полураспада этого изото­па. Он оказался равным 1,64×107 лет вместо 2,5×108 лет, как считали раньше. Значит, пред­положение исследователей маловероятно. Вре­мя жизни плутония-244 считают равным (7,6 ± 2) × 107 лет, но точность определения его периода полураспада невелика. Кроме того, со­вершенно неизвестна энергия α-частиц плуто­ния-244.

В области поисков трансурановых элемен­тов в земной коре еще много «белых пятен», много вопросов, ждущих ответа.

Г. Н. ФЛЕРОВ

Продолжим рассказ о синтезе очень тяже­лых элементов.

Чтобы оценить возможности этих исследо­ваний, рассмотрим график (рис. 6). Реальные перспективы покажутся нам, к сожалению, малообнадеживающими. Мы увидим, что та­кие элементы, как 110-й или 115-й будут жить всего 10-15 секунды… В какой-то определен­ной точке кривая катастрофически пошла вниз. Короткоживущие изотопы технике не нужны, потому что от синтеза элемента до его исполь­зования пройдут часы, и от элемента ничего не останется. И в то же время в технике не най­дут применения изотопы, которые живут мил­лионы лет. Создавая их, мы за время нашего существования смогли бы использовать всего одну стотысячную долю того, что они могут дать.

Время жизни элементов

Рис. 6. Время жизни элементов. Далекие трвнсураны существуют лишь ничтожные доли секунды…

 Так что условия довольно жесткие: нужны изотопы с периодом полураспада, измеряе­мым месяцами и годами. В частности, сейчас в технике используется плутоний-238. Он живет 80 лет и служит источником энергии электриче­ского тока.

Я бы хотел сказать, что то направление син­теза, о котором мы рассказали, может ока­заться «тупиковым». Однако можно указать еще один путь, который позволит пробиться к очень далеким элементам. Существо дела со­стоит в том, чтобы использовать отрицатель­ные, мешающие нам обстоятельства, превра­тив их в положительные, в полезные для экспе­римента.

Что происходит, если мы облучаем золото углеродом или уран неоном? В этом случае (рис. 7) осколки деления распределены по Z очень широко. В результате деления составно­го ядра 102-го элемента получается не только сурьма (№ 51), но и церий (№ 58) и неодим (№ 60), а также более легкие элементы. Но если и мишенью и бомбардирующей частицей будут служить самые тяжелые элементы, то в результате деления будут получаться транс- ураны, потому что — это видно на графике — в результате деления Z не только уменьшается, но и возрастает.

На самом деле все это не так просто. В ре­зультате деления новые ядра будут возбужде­ны. В результате возбуждения они очень часто будут снова делиться. Значит, в большинстве случаев будет происходить деление уже не на два, а на три, четыре, даже на пять осколков.

Но и при бомбардировке плутония ионами неона выход трансурановых ядер составляет всего 10 -8, а в случае облучения урана ураном возбуждение полученных тяжелых элементов может оказаться не слишком большим. Тогда этот способ стал бы весьма перспективным для получения долгоживущих трансуранов.

Новая возможность синтеза?

Рис. 7. Новая возможность синтеза?

Для такой ядерной реакции нужна кинети­ческая энергия ионов урана 1600 мэв. А чтобы полученные трансурановые ядра не подели­лись, остались жить хоть в каком-нибудь коли­честве, надо, чтобы возбуждение было не больше 30—40 мэв. Оценить такое распреде­ление не только по массам, но и по энергиям возбуждения — задача очень тяжелая для тео­ретического решения. Но мне представляется, что в результате экспериментов с облучением урана ураном ответ будет рано или поздно получен.

Выступавшим были заданы вопросы:

Вопрос, повторенный много­кратно. Как, в конце концов, будут назван 102-й и 104-й элементы?

Ответ Г. Н. Флерова: Начнем со 102-го элемента. История длинная и запутан­ная. В 1957 г. в Швеции группа шведских, анг­лийских и американских ученых, ставя опыты, наблюдала 15 α-частиц, проделала химический анализ и опубликовала статью, в которой было объявлено об открытии 102-го элемента. Было предложено название «нобелий».

В дальнейшем оказалось, что результаты опыта истолкованы ошибочно. В таких случаях можно спастись шуткой, поэтому сейчас счи­тают, что от нобелия осталось только назва­ние, символ N0, по-английски «нет». Были по­ставлены опыты в Советском Союзе и в США. Американцы проверяли нас, а мы проверяли американцев. Наконец, был синтезирован изо­топ 102-го элемента с атомным весом 256. Но старая история 1957—1958 гг. осталась до кон­ца не выясненной. Сейчас ведутся дополни­тельные опыты и потом будет дискуссия, кому приписать честь открытия и как назвать 102-й элемент.

Теперь об элементе № 104. Наблюдаемый в нашей лаборатории новый спонтанно деля­щийся изотоп близок к тому, что мы ожидаем. Но этого недостаточно. Нужно проверить и от­бросить многочисленные побочные критиче­ские гипотезы и сомнения — на каждом науч­ном семинаре и на каждом обсуждении мы сами выдумываем их все снова и снова.

По мере постановки опытов вероятность того, что 104-й элемент обнаружен, увеличи­вается. Но самым лучшим будет независимая проверка другим методом. В нашем случае — это химический метод.

А название нового элемента мы отложим дс того времени, когда 99% уверенности превра­тятся в значительно большую величину. Обычно название основывается на тех достижениях, которые были получены в течение десятиле­тий. Ядерная физика основана на фундамен­тальных работах, открытиях, связанных с име­нами Беккереля, Кюри, Резерфорда, Ферми, Курчатова. Американцы отступили от этого правила и решили в нескольких названиях уве­ковечить те места, где происходили открытия. Калифорния — штат, где был открыт 98-й эле­мент, Беркли — город, в котором открыт эле­мент     № 97. Всем, кто ждет названия элемента № 104, нужно набраться терпения.

Ускоритель, на котором ведутся работы по синтезу новых элементов

Ускоритель, на котором ведутся работы по синтезу новых элементов

Вопрос: Какой самый тяжелый элемент можно синтезировать?

Ответ Г. Н. Флерова: Для каждого ме­тода— другой. В нейтронных потоках, по-види­мому, 102-й. В ядерных реакциях с тяжелыми ионами,— возможно, 106-й. Может быть, ис­пользуя сочетание двух методов, удастся полу­чить 106-й и 108-й элементы.

Сейчас трудно говорить о перспективах не­использования урана в качестве бомбардирую­щих частиц. Но если это удастся, можно будет изучать 110-й и 115-й элементы. И еще одно «если» — время жизни этих элементов может оказаться слишком коротким!

Вопрос: В какие группы периодической таблицы попадут следующие элементы?

Ответ И. Звары: Если удастся получить сколько-нибудь устойчивые ядра этих элемен­тов, то по существующим представлениям ис­следователей после 104-го элемента пойдут аналоги тантала (V группа), вольфрама (VI группа) и так далее. А дальше, например, 118-й элемент может быть аналогом радона, 119-й — франция, 120-й — радия.

Вопрос: В чем заключается связь спонтан­ного деления урана, открытого в 1939 г., с син­тезом трансурановых элементов?

Ответ В. А. Друина: Сейчас известно уже более 30 спонтанно делящихся изотопов. Роль спонтанного деления в радиоактивном распаде ядер становится все заметнее при пе­реходе к более тяжелым ядрам. Так, если в случае урана только одно ядро из примерно двух миллионов делится, а остальные распа­даются, испуская α-частицы, то в области кали­форния— фермия уже обнаружены изотопы, для которых спонтанное деление является ос­новным видом распада.

Теория спонтанного деления развивалась параллельно с развитием теории строения ядра. В настоящее время еще много неясного в природе ядерных сил, в строении атомных ядер. Правильно рассчитать абсолютное время жизни для еще неизвестных ядер до сих пор не удавалось. Для изотопа 102-го элемента с массой 256 теоретически был предсказан пе­риод спонтанного деления 0,02 сек, а опыт дал 1500 сек. Для изотопа 104-го элемента с массой 260 теория дала 5×10—6 сек, а опыт показал 0,3 сек. По-видимому, не учитываются еще ка- кие-то неизвестные свойства ядер. Мы надеем­ся, что дополнение и развитие теории спонтан­ного деления не только объяснит уже суще­ствующие особенности деления атомных ядер, но и даст возможность оценивать свойства бо­лее далеких трансурановых элементов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>