Российские ученые перевернули представление о материи
Среди нынешних лауреатов Нобелевской премии нет российских химиков. Хотя в этом году они перевернули представления о материи. В Дубне в лаборатории ядерных реакций им. Г.? Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) успешно проведен уникальный эксперимент по синтезу нового сверхтяжелого химического элемента с порядковым номером 117.
До этого самым тяжелым элементом на Земле являлся уран (порядковый номер 92). Ученые обнаружили, что ядерная стабильность трансурановых элементов резко уменьшается с увеличением их атомного номера. При переходе от 92-го элемента – урана к 102-му элементу – нобелию период полураспада ядра уменьшается на 16 порядков: от 4,5 миллиарда лет до нескольких секунд. Поэтому считалось, что даже незначительное продвижение в область еще более тяжелых элементов приведет к пределу их существования, реально обозначит границу существования материального мира.
Однако в середине 1960?х теоретиками, детально исследующими структуру ядерной материи, неожиданно была выдвинута гипотеза о возможном существовании сверхтяжелых атомных ядер. Согласно расчетам время жизни ядер с атомными номерами 110–120 должно было существенно возрастать по мере увеличения в них числа нейтронов. Исходя из новых представлений, они образуют весьма обширный «остров стабильности». Иными словами, сверхтяжелые элементы могут существовать относительно долгое время благодаря определенному «магическому» числу нейтронов в ядре. По мнению ученых, именно сверхтяжелые стабильные элементы обладают удивительными, неизвестными науке свойствами. Главная задача химиков – выявить эти «острова стабильности», которые открывают невиданные технологические возможности, например для создания совершенно новых сверхпрочных изделий. Не исключено, что сверхтяжелые стабильные элементы присутствуют в сверхмассивных нейтронных звездах, образуются в недрах Земли.
По признанию ученых Института ядерных исследований, хотя до вершины «острова стабильности» добраться сложно, в своих экспериментах они на склон уже ступили. Идея получить сверхтяжелый 117?й элемент возникла в Дубне еще в первой половине уходящего десятилетия. И лишь спустя 10 лет для российских специалистов в лаборатории Окридж – самом известном центре ядерной физики в США – был синтезирован берклий, около 30 миллиграммов, стоимостью в миллионы долларов.
Впрочем, сложность заключалась в том, что для реакции синтеза необходимо было использовать мишень из берклия, который распадается за 320 дней. Каждый день был на вес золота. В НИИ атомных реакторов в Димитровграде (Ульяновская область) сделали мишень: берклий нанесли на титановую фольгу толщиной 1,5 микрона. Сектора из этой фольги вставили в колесо диаметром около 20 сантиметров и установили его на циклотроне. «Снаряды» для обстрела мишени «выпускали» уже непосредственно в Объединенном институте ядерных исследований. Рождение 117?го элемента произошло при встрече берклия и кальция в экспериментальной установке – ускорителе заряженных частиц, циклотроне У-400. Новый элемент живет доли секунды. Эксперимент длился более полугода. За это время удалось зарегистрировать шесть событий появления нового 117-го элемента.
Эксперимент по ядерному синтезу открыл почти фантастическую перспективу. Время жизни сверхтяжелых элементов увеличивается приблизительно в 10 раз с добавлением одного нейтрона. А значит, теоретически не исключено, что во Вселенной могут существовать сверхтяжелые атомы, образовавшиеся миллиарды лет назад и дожившие до наших дней. Такие поиски уже ведутся учеными. Дальнейшие эксперименты в лаборатории, возможно, дадут понять, где именно искать сверхтяжелые элементы. И если они будут найдены, это перевернет взгляды на образование веществ в нашей Вселенной.
У полученных искусственным путем веществ с увеличением числа нейтронов наблюдается значительное повышение стабильности ядер. Сейчас так называемые трансурановые элементы получают только искусственно – в атомных реакторах и в реакциях слияния менее тяжелых атомов. В результате образуются ядра сверхтяжелых элементов, которые существуют очень короткое время, а затем распадаются. Многим крупным лабораториям мира до сих пор не удавалось получить такие сверхтяжелые элементы. Теперь благодаря российским ученым заполнена еще одна клеточка таблицы Менделеева. У нового элемента пока нет официального названия, но среди ученых он уже получил известность как унунсептий. В переводе с латинского это означает «семнадцатый».
Российские ученые надеются расширить таблицу Менделеева до 150 элементов. Для этого потребуется очередная модернизация ускорителя, создание нового сепаратора повышенной эффективности. Эти работы начнутся уже в этом году, а первые эксперименты запланированы на начало 2012 года.
Ранее в лаборатории Флерова были получены сверхтяжелые элементы с атомными номерами со 112 по 116 и самый тяжелый на сегодня 118?й элемент.
По своим свойствам эти элементы являются прямым экспериментальным доказательством существования «островов стабильности» сверхтяжелых ядер. Создание новых элементов приближает науку к появлению принципиально новой химии. Традиционно считалось, что свойства атомов определяются только его электронной оболочкой. Но открытие сверхтяжелых элементов значительно расширяет не только пределы таблицы Менделеева, но и позволяет впервые исследовать их необычные физические и химические свойства. Не исключено возникновение совершенно неожиданных эффектов, а значит, изменений в химической картине мира.
