Удивительные истории о веществах самых разных. Тайны тех, что составляют землю, воду, воздух... и поэзию - Петр Образцов

Свойства 117‐го и ранее синтезированных в Дубне элементов 112 – 116 и 118 являются прямым доказательством существования так называемого «острова стабильности» сверхтяжелых элементов, предсказанного теоретиками еще в 60‐е годы прошлого века и существенно расширяющего пределы таблицы Менделеева. После открытия в 1940 – 1941 годах первых искусственных элементов – нептуния и плутония вопрос о пределах существования элементов стал исключительно интересным для фундаментальной науки о строении материи. К концу прошлого века были открыты семнадцать искусственных элементов и обнаружено, что их ядерная стабильность резко уменьшается с увеличением атомного номера: при переходе от 92‐го элемента – урана к 102‐му элементу – нобелию период полураспада уменьшается от 4,5 миллиарда лет до нескольких секунд. (Существование ломовых лошадей высотой в 10‐этажный дом, описанных Владимиром Сорокиным в его забавной повести «Метель», вряд ли возможно в условиях силы тяжести Земли; подобная лошадка будет нуждаться в слишком прочном скелете, который, в свою очередь, потребует небывалой мускульной системы, – и так далее. Примерно таким же образом совокупность существующих законов физики приводит к тому, что с определенного момента тяжелые элементы начинают как бы разваливаться под собственной тяжестью. Это, конечно, метафора, дело совсем не в гравитации – но вы нас понимаете.) Поэтому считалось, что продвижение в область еще более тяжелых элементов приведет к пределу их существования и обозначит границу существования материального мира. Однако в середине 60‐х годов теоретиками 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, что должно привести к существованию обширного «острова стабильности» сверхтяжелых элементов.

В 1975 – 1996 годах физикам Дубны, Дармштадта (Институт GSI, Германия), Токио (Институт RIKEN) и Беркли (Национальная лаборатория им. Лоуренса, США) удалось синтезировать шесть новых элементов. Наиболее тяжелые элементы 109 – 112 были впервые получены в GSI, а затем – в RIKEN. Но периоды полураспада наиболее тяжелых ядер, полученных в этих экспериментах, составляли всего лишь десятитысячные или даже тысячные доли секунды. Гипотеза о существовании сверхтяжелых элементов впервые получила экспериментальное подтверждение в Дубне, в сотрудничестве с учеными из Национальной лаборатории им. Лоуренса. Результаты превзошли даже самые оптимистические ожидания. В 2000 – 2004 годах впервые были синтезированы сверхтяжелые элементы с атомными номерами 114, 116 и 118. И впервые было показано, а через пять – восемь лет повторено и в других лабораториях мира, что они живут в сотни и тысячи раз дольше, чем их более легкие предшественники.

Что сказать – прекрасный пример международного сотрудничества, куда более осмысленного, чем холодная война. В ядерной реакции с пучком кальция 117‐й элемент можно получить только с использованием мишени из искусственного 97‐го элемента – берклия. Период полураспада последнего составляет всего 320 дней, и поэтому его наработку в требуемом для мишени количестве (20 – 30 миллиграммов) необходимо вести в реакторе с высокой плотностью потока нейтронов. Такая задача по плечу только изотопному реактору Национальной лаборатории США в Оук-Ридже. (Кстати, именно в этой лаборатории, созданной в 1943 году в рамках Манхэттенского проекта, впервые изготовили плутоний для американской атомной бомбы.) Краткость жизни берклия заставляла вести все работы в высоком темпе, причем не только в физических лабораториях, но и в бюрократических ведомствах России и США, связанных с сертификацией необычного материала, транспортировкой высокорадиоактивного продукта наземным и воздушным транспортом, техникой безопасности и так далее.

Достойно приключенческой повести! А потом, в начале июня 2009 года, контейнер с металлом, столь же редчайшим, сколь недолговечным, прибыл в Москву. В НИИ атомных реакторов в Димитровграде была изготовлена мишень в виде тончайшего слоя берклия (300 нанометров), нанесенного на тонкую титановую фольгу, в июле ее доставили в Дубну. Началось непрерывное облучение мишени интенсивным пучком кальция. Уже при первом облучении продолжительностью семьдесят дней ученым сопутствовала удача: детекторы пять раз зарегистрировали картину образования и распада ядер 117‐го элемента. Как и ожидалось, его ядра трансформировались в ядра 115‐го элемента,115‐й элемент превращался в 113‐й, а затем 113‐й элемент переходил в 111‐й. А этот 111‐й элемент разрушался с периодом полураспада 26 секунд. В ядерном масштабе – это огромное время! Так таблица Менделеева пополнилась еще одним из самых тяжелых элементов с атомным номером 117.

Сейчас, конечно, это открытие не имеет никакого практического применения, ведь получено всего несколько атомов элемента 117. Но с фундаментальной точки зрения – представления о нашем мире теперь должны сильно измениться. Более того, если синтезируются элементы с огромным периодом полураспада, то не исключено, что они существуют и в природе и могли «дожить» до нашего времени с момента образования Земли – 4,5 миллиарда лет. И эксперименты по их поиску ведутся, в глубине Альпийских гор стоит российская установка по регистрации таких элементов.

Пока элемент 117 получил название «один-один– семь» по‐латыни, то есть «унунсептий». Группа академика Юрия Оганесяна, как авторы открытия, имеет полное право дать настоящее имя и этому, и другим элементам, которые она открыла. Кое-что уже произошло, например, великому польскому немцу Копернику нашлось место в таблице Менделеева. При всем уважении к Речи Посполитой отметим, что отцом Коперника был немец, а сам великий астроном за всю жизнь не написал ни строчки по‐польски, пользуясь только латынью и немецким языком. Но это к слову – в конце концов, многие письма Пушкина и князя Вяземского тоже написаны по‐французски. Зато фамилия Коперника прекрасно рифмуется по‐русски с «соперником», хотя употреблять эту рифму после Маяковского

кажется, уже не очень прилично.

Элемент 112 с временным названием «унунбий» (то есть «один-один-два») был впервые получен в 1996 году на ускорителе тяжелых ионов в Центре исследования тяжелых ионов в Дармштадте (Германия). Это одна из трех главных организаций, в которых проводится синтез новых трансурановых элементов, две другие – это уже упоминавшиеся Объединенный институт ядерных исследований в Дубне и американская Национальная лаборатория им. Лоуренса. Между этими центрами давно ведется гласная и негласная конкуренция за открытие новых элементов, особенно в связи с приближением к «острову стабильности». (Действительно, у № 112 уже вполне пристойный период полураспада – 34 секунды.)

После длительных проверок, в том числе в Дубне, Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) признал приоритет Дармштадтского центра и сам факт открытия. Это означает, что немецкие ученые могли выбрать имя для элемента с неказистым названием «унунбий»; они назвали его коперницием. Эти же ученые уже присваивали названия для элементов № 107 – борий и № 109 – мейтнерий.