Синтез 117-го элемента Периодической таблицы Д.И. Менделеева

Объединённый институт ядерных исследований в Дубне объявил о синтезе 117-го элемента, который открывает путь к вершине "острова стабильности" существования сверхтяжёлых элементов.

В Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) им. Г.Н.Флёрова ОИЯИ синтезирован новый 117-й элемент Периодической таблицы Д.И.Менделеева. Эксперименты под руководством академика Юрия Цолаковича Оганесяна проводились на ускорителе тяжёлых ионов ЛЯР ОИЯИ в сотрудничестве с Научно-исследовательским институтом атомных реакторов в Димитровграде (Россия, Ульяновская область), университетом Вандербильта (США) и национальными лабораториями в Ок-Ридже и Ливерморе.

В июле 2000 года в ОИЯИ был синтезирован 116-й элемент, в октябре 2006 года — 118-й элемент. Теперь же заполнена «законная» клеточка Таблицы Менделеева между ними. У нового элемента пока нет официального названия, но среди учёных он уже получил известность как «унунсептий».

В ходе эксперимента мишень из берклия-249, переданного в ЛЯР ОИЯИ американскими коллегами, обстреливали ускоренными ионами радиоактивного изотопа кальция-48. Берклий-249 — изотоп искусственного 97-го элемента (Z=97), период полураспада которого составляет всего 320 дней, получен в Окриджской национальной лаборатории (США) на самом мощном сегодня в мире атомном реакторе HIFR. В димитровградском НИИ атомных реакторов из берклия сделали мишень — нанесли его электрохимическим способом на титановую фольгу толщиной 1,5 мкм.

Чаще всего при попадании ионов кальция-48 в мишень происходит так, что ядра разлетаются. Но при определённой (в экспериментах по синтезу «унунсептия» пониженной) энергии есть небольшая вероятность слияния ядра кальция-48 (Z=20) с ядром мишени (Z=97). В этом случае образуется «горячее» ядро, которое начинает быстро двигаться. Затем происходит испарение 3-4 нейтронов, ядро остывает, двигается и вбивается в регистрирующий детектор. Далее ядро, уже «имплантированное» в детектор, начинает распадаться, испуская альфа-частицу (с зарядом -2). Это означает, что 117-й элемент трансформировался в 115-й. Снова происходит испускание и «понижение» до 113 элемента. Альфа-распад продолжается до 105 элемента, заканчивается всё спонтанным делением по цепочке. Детектор регистрирует время жизни, энергию распада элементов.

Работы по синтезу «унунсептия» начались в июле 2009 года. Эксперимент длился более полугода. За это время удалось зарегистрировать шесть событий «рождения» нового 117 элемента с массой 293 (сумма масс берклия-249 и кальция-48 минус 4).

Время жизни новых изотопов элементов 115, 113 и 111 измеряется секундами. Но его вполне хватает, чтобы исследовать их химические свойства существующими экспрессными радиохимическими методами. Например, проверяется периодичность изменения химических свойств тяжелейших элементов на основе фундаментальных законов квантовой электродинамики, описывающих электронную структуру сверхтяжёлых атомов. Подобные эксперименты с открытыми изотопами элементов 112 и 114 сейчас проводятся в ЛЯР ОИЯИ в сотрудничестве с ведущими радиохимическими лабораториями мира.

Гипотетически возможны элементы с атомными номерами до 160 и даже до 170. Однако граница их существования намечается значительно раньше. Причина — нестабильность самого ядра. «Известны «магические» ядра с повышенной стабильностью. Их достаточно много, теоретически описана и периодичность «магических» чисел. Самое тяжёлое стабильное ядро — ядро урана. Далее идут ядра нестабильные, но есть «островок» в области числа протонов около Z=112 и нейтронов около N=184, — объясняет учёный секретарь ЛЯР им. Флёрова Сергей Иванович Сидорчук. — Образно говоря, существует «остров стабильности», отделённый от «континента» стабильных ядер в океане Нестабильности. Но какова стабильность ядер на этом «острове» – пока неизвестно. Не исключено, что сверхтяжёлые стабильные элементы присутствуют в сверхмассивных нейтронных звездах, образуются в недрах Земли или во время взрывов сверхновых.

До вершины «острова стабильности» добраться сложно. Мы в своих экспериментах сейчас находимся где-то на склоне этого «острова». У полученных искусственным путём веществ с увеличением числа нейтронов наблюдается значительное повышение стабильности ядер. Для дальнейших экспериментов по синтезу элементов выше 118-го нужны уже другие ядра, тяжелее, чем у кальция-48. Но как бы ни было трудно их синтезировать, курс на 120-е элементы в ЛЯР ОИЯИ уже взят».

Эти эксперименты расширят наши знания о материальном мире. И может оказаться, что именно они приблизят к учёных к искомой вершине.

На снимках:

Ускоритель тяжёлых ионов У-400 в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ в подмосковной Дубне. Здесь синтезирован 117-й элемент.

Руководитель эксперимента академик Ю.Ц.Оганесян (справа) и сотрудник ЛЯР ОИЯИ В.К.Утенков обсуждают статью, подготовленную для известного американского журнала «Physical Review Letters».