Уникальный атом: в России открыли новый сверхтяжелый изотоп
17:10 28.10.2023 (обновлено: 18:06 28.10.2023)
© Sputnik / Томас Тхайцук
Подписаться
Физики из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне синтезировали ранее неизвестный изотоп 116-го элемента таблицы Менделеева — ливерморий-288.
СУХУМ, 28 окт - Sputnik. Открытие российских ученых - Это важный шаг к открытию теоретически предсказанного элемента с атомным номером 120 — унбинилия. Подробнее в материале Владислава Стрекопытова для РИА Новости.
Фабрика новых элементов
В природе не существует стабильных элементов с атомным номером (который соответствует числу протонов в ядре) больше 92, то есть тяжелее урана. У всех трансурановых элементов — короткий период жизни. Физики наблюдают их в ядерных реакторах, а сверхтяжелые элементы (СТЭ) от 100-го и выше можно получить только на ускорителях путем бомбардировки ядер мишени тяжелыми ионами.
Самый тяжелый из известных на сегодняшний день элементов — 118-й — синтезировали в Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флёрова (ЛЯР) ОИЯИ. Ему дали имя оганесон — в честь руководителя лаборатории академика Юрия Оганесяна. Всего же за время существования института, основанного в 1956-м, здесь открыли десять из 18 новых элементов, добавленных с тех пор в таблицу Менделеева, а также сумели повторить синтез всех трансурановых элементов, полученных в других странах.
С 2019-го в ЛЯР ОИЯИ действует циклотрон ДЦ-280 — базовая установка Фабрики сверхтяжелых элементов (СТЭ) комплекса для производства радиоактивных ядерных пучков DRIBs (Dubna Radioactive Ion Beam accelerator complex). Интенсивность получаемых на нем ускоренных пучков кальция-48 составляет 60 триллионов ионов в секунду, что на порядок выше показателей, достигнутых на других действующих ускорителях подобного типа в мире.
На Фабрике СТЭ ученые планируют исследовать химические свойства ранее открытых трансурановых элементов, а также синтезировать новые — 119-й и 120-й. Пока им присвоили временные имена унуненний (Uue) и унбинилий (Ubn) — от латинских сочетаний "один-один-девять" и "один-два-ноль".
В поисках 120-го элемента
Ранее все сверхтяжелые элементы от 114-го флеровия до 118-го оганесона в ЛЯР ОИЯИ получали путем слияния ядер кальция-48 с мишенями из актиноидов — от плутония до калифорния — самого тяжелого вещества, которое можно наработать в количестве, достаточном, чтобы сделать мишень.
Но калифорний (98-й элемент таблицы Менделеева) при слиянии с кальцием (20-й элемент) образует уже известный оганесон. Чтобы получить более тяжелые элементы, исследователи из Дубны пробовали использовать ядра-снаряды с атомным номером выше, чем у кальция-48, предпринимали попытки синтеза 120-го элемента путем бомбардировки мишени из плутония-244 ионами железа-58, а также калифорния-249 — титаном-50, но все безуспешно.
В сентябре в Дубне стартовал новый эксперимент. В этот раз пучком ядер хрома-54 обстреливали мишени из урана-238. Результат оказался в какой-то степени неожиданным. Вместо унбинилия физики получили ранее неизвестный изотоп 116-го элемента таблицы Менделеева — ливерморий-288. Время его жизни составило чуть меньше одной миллисекунды. Несмотря на краткосрочность события и то, что синтез нового изотопа не был непосредственной целью эксперимента, ученые считают это серьезным достижением.
"Наблюдение образования ливермория, даже если оно останется единственным, — очень хороший результат, — говорит ученый секретарь ЛЯР ОИЯИ доктор физико-математических наук Александр Карпов. — После его анализа будет меньше неопределенности: можно будет оценить сечение и идти на эксперимент по 120-му элементу уже с открытыми глазами".
Преодолевая преграды
Сложность синтеза сверхтяжелых элементов заключается в том, что при переходе от кальция-48 к более тяжелому пучку из титана, хрома или железа вероятность слияния ядер уменьшается. Получение пучка тяжелых ядер высокой интенсивности — тоже непростая задача. Частично ее решили повышением мощности оборудования. По эффективности проведения экспериментов ДЦ-280 кратно превосходит ранее использовавшийся в ЛЯР ОИЯИ циклотрон тяжелых ионов У-400.
В текущем эксперименте, который продлится еще месяц, ученые планируют приобрести опыт работы с пучком ядер хрома и экспериментально определить сечение синтеза сверхтяжелых элементов в реакции с ними — то есть оценить вероятность их слияния. Александр Карпов добавил, что теоретические предсказания по сечению синтеза в реакциях с хромом очень разнятся, поэтому крайне важно определить сечение экспериментально.
"116-й элемент был синтезирован при слиянии ядер кальция и кюрия. Сечение этой реакции известно. А сейчас идет эксперимент по синтезу изотопов 116-го элемента, но в реакции хром — уран. Мы поменяли мишень и ядро-снаряд, а элемент получается тот же. Делая этот эксперимент, мы можем сравнить сечения, и это исключительно важно в подготовке к синтезу 120-го элемента", — пояснил ученый.
Перспективной физики из ЛЯР ОИЯИ считают также реакцию взаимодействия хрома с мишенью из кюрия, которую собираются опробовать в будущем.
Эксперименты продолжаются
За три года работы Фабрики СТЭ ученые ОИЯИ открыли еще пять ранее неизвестных изотопов сверхтяжелых элементов. В самом начале работы установки в реакции кальция-48 с америцием-243 получили лоуренсий-264. Время жизни нового нуклида составило около пяти часов, что очень много для такого тяжелого элемента. Вслед за ним синтезировали более короткоживущий (20 миллисекунд) московий-286. А в 2022-м, применив на практике еще не изученную реакцию кальция-48 с мишенью из тория-232, получили сразу три новых изотопа — дармштадтий-276, хассий-272 и сиборгий-268. Оказалось, что дармштадтий-276 за доли миллисекунды, испытывая альфа-распад, переходит в хассий-272, а тот, в свою очередь, через сто миллисекунд — в сиборгий-268. Последний способен прожить уже десять-пятнадцать секунд.
Основная задача экспериментов на Фабрике СТЭ — подготовка к синтезу 120-го элемента и его реализация. Когда эта цель будет достигнута, можно говорить о новых горизонтах исследований. Резерфорд в свое время предполагал, что существуют атомы с числом протонов в ядре, равном 170 и даже больше.
