Сто семнадцатая ловушка

19 апреля 2010, 00:00

В начале апреля физики из России и США официально сообщили об открытии нового химического элемента с порядковым номером 117.

Российский блок команды экспериментаторов представляли ученые и инженеры из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне и Научно-исследовательского института атомных реакторов в Димитровграде (НИИАР, Ульяновская область). Американский — специалисты Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, Оук-Риджской национальной лаборатории и двух университетов — Вандербильта в Нэшвилле и Невады в Лас-Вегасе.

По словам главного координатора этой работы научного руководителя лаборатории ядерных реакций ОИЯИ академика Юрия Оганесяна, «открытие 117-го стало кульминацией двух десятилетий активного поиска новых тяжелых элементов Периодической таблицы Менделеева». В первой половине 90-х годов ученые из немецкой лаборатории GSI в Дармштадте последовательно синтезировали элементы с порядковыми номерами со 107-го по 112-й, затем пришел черед дубнинских успехов — на циклотроне (ускорителе тяжелых ионов) У-400 в ОИЯИ были открыты элементы под номерами 113–116 и 118.

117-й элемент, получивший рабочее название «унунсептий» (так на латыни звучит 117-й), стал 26-м по счету искусственно синтезированным химическим элементом: до 1940 года в Периодической таблице присутствовали только элементы, встречающиеся в природе (самый тяжелый из них — уран с 92 протонами).

Унунсептий стал последним кирпичиком в седьмом ряду Таблицы Менделеева: некоторая задержка с его искусственным синтезом (118-й элемент удалось открыть раньше) объяснялась сложностью практической наработки необходимого количества экзотического изотопа берклия-249, который состоит из 97 протонов и 152 нейтронов и живет всего 320 дней. 22 грамма этого изотопа было получено в результате 250-дневного облучения на специальном реакторе в Оук-Риджской национальной лаборатории. Еще три месяца ушло на разделение изотопов и очистку берклия-249 от «посторонних примесей», перевозку ценного груза в Россию и изготовление из него специальных мишеней в Димитровграде. Наконец, в самом дубнинском ускорителе в течение 150 дней производилась бомбардировка мишеней из берклия-249 пучками изотопа кальция-48.

Кальций-48 — редкий изотоп, характеризующийся необычно большим (28) числом нейтронов в ядре, тогда как протонов в нем только 20. Благодаря «нейтроноизбыточности» кальций-48 считается идеальным рабочим материалом для синтеза сверхтяжелых искусственных элементов, которые также содержат существенно больше нейтронов, чем протонов. Причем, согласно предсказаниям теоретической модели атомных ядер, с ростом доли нейтронов в сверхтяжелых элементах последние становятся все более стабильными (долгоживущими), и где-то в районе элемента со 184 нейтронами должен существовать так называемый остров стабильности — пик долголетия элементов-супертяжеловесов, ядра которых не будут распадаться в течение нескольких миллионов лет. Правда, пока до этого полулегендарного острова стабильности ученым еще далеко: в результате последних дубнинских экспериментов удалось детектировать всего шесть атомов унунсептия в двух изотопных ипостасях — с числом нейтронов 176 и 177.

Затем ядра этих изотопов претерпели цепочку последовательных альфа-распадов (испусканий ядрами альфа-частиц — ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов), в ходе которых они трансформировались в более легкие разновидности. В сумме ученые зафиксировали образование в этих цепочках 11 новых «нейтроноизбыточных» изотопов (пяти для изотопов со 176 нейтронами и шести для изотопа со 177 нейтронами).

Один из важнейших итогов проведенных экспериментов: самый тяжелый из синтезированных изотопов унунсептия со 177 нейтронами (единственный из шести детектированных) оказался по физическим меркам очень долгоживущим. Период его полураспада составил 78 миллисекунд, что в 87 раз больше, чем зафиксированное ранее время полураспада 118‑го элемента, содержащего в своем ядре на один нейтрон меньше.