Читать книгу "Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин"

Свою заявку на открытие унунтрия подавали также российские и американские физики-ядерщики. В 2004 году в результате совместного эксперимента, целью которого был синтез элемента № 115 с помощью горячего слияния ядер, физики из Объединенного института ядерных исследований в Дубне и Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии фиксировали среди продуктов последующего распада сто пятнадцатого элемента, который сейчас называется московием, другой нуклид нихония — 286Nh. В ходе совместной работы российской и американской исследовательской групп над этим проектом было обнаружено около сотни ядер нихония, к тому же 286Nh оказался более стабильным — время его жизни составляло в среднем 19,6 секунд.

Тем не менее, принимая решение о том, кому принадлежит пальма первенства в открытии элемента № 113, комиссия ИЮПАП/ИЮПАК решила, что главное не количество экспериментов, а их качество — эксперименты японских физиков были признаны более чистыми и информативными. Полученные исследователями из RIKEN легкие изотопы нихония в ходе своего распада превращались в уже хорошо изученные нуклиды, например, 266Bh, в то время как распады тяжелых изотопов нихония, полученного российскими и американскими физиками, протекают с образованием новых, ранее не наблюдавшихся ядер, состав и строение которых еще требуют дополнительных доказательств.

В июне 2016 года ИЮПАК рекомендовал назвать элемент № 113 «нихоний» (Nh) по одному из двух вариантов самоназвания Японии — Нихон (название «ниппоний» было скомпрометировано ошибкой Огавы), и, после пятимесячного обсуждения 28 ноября 2016 года название «нихоний» было утверждено (Pure Appl. Chem. 88 (2016) 401), и нихоний стал первым в истории элементом, открытым в Японии и вообще в азиатской стране.

Экспериментально химические свойства нихония не изучены, на основании расчетов предполагается, что нихоний будет больше похож не на своих соседей по группе — галлий и таллий, а на медь или серебро (The Journal of Chemical Physics. — 2001. — 8 August (vol. 115, no. 6). — P. 2456–2464).

114. Флеровий

Охота за элементом № 114, пожалуй, была самой долгой охотой на искусственный трансфермиевый элемент. Обычно от начала получения синтетического элемента до обретения им имени и заполнения клетки в таблице проходило максимум три десятка лет, получение флеровия растянулось более, чем на сорок.

К 1960-м годам было ясно, что с ростом заряда ядра времена существования тяжелых элементов становятся все меньше и меньше, уменьшаясь до отрезков, не позволяющих наблюдать само ядро. «Трансфермиевым войнам» советских и американских физиков, конкурировавших за приоритеты в открытии элементов с номерами № 102–106, позволяли работать теории строения атомного ядра.

В 1949 была создана новая теория строения атомного ядра. Идея Нобелевского лауреата 1963 года по физике, Марии Гёпперт-Майер была проста — ядро атома представляет собой не каплю с хаотично расположенными протонами и нейтронами, а набор оболочек, в пределах которых определённые группы протонов и нейтронов связывались друг с другом прочнее, чем с другими нуклонами.

Эта модель объясняла того факта, что элементы с атомными весами 2, 8, 20, 28, 50, 82, и 126 были чрезвычайно стабильными. Суть объяснения состоит в том, что в ядре образуются оболочки с возможным количеством нуклонов 2, 6, 10 и т. д. — эти числа были названы «магическими». При заполнении очередной оболочки получается чрезвычайно стабильная конфигурация ядра. Сама Гёпперт-Майер сравнивала ядро с танцевальным залом, в котором одни танцоры описывают круги вокруг других, причём диаметр таких кругов должен постоянно увеличиваться.

Теория магических чисел атомных ядер предсказывала, что понижение времени жизни синтетических элементов должно смениться увеличением их стабильности — к моменту, когда будет формироваться магическое ядро. Зона таких стабильных элементов называлась «островом стабильности», и первой очевидной целью для «высадки на остров стабильности» был элемент № 114. Теоретические расчеты 1960–70-х годов оценивали период полураспада этого элемента в несколько миллионов лет, из-за чего синтез элемента № 114 стал мечтой многих физиков-ядерщиков, в том числе и Глена Сиборга, который писал в автобиографии: «Мне все еще было интересно синтезировать элементы, исследовать мечту о поиске сверхтяжелых элементов — элементов в области атомного номера 114. Период полураспада элементов становился все короче по мере того, как они становились тяжелее, но я полагал, что существует «остров стабильности»…»

Эксперименты по синтезу элемента № 114 начались в 1960-е и продолжились в 1970-е. В 1973 году Джеймс Харрис, позднее признанный одним из первооткрывателей резерфордия, ставший таким образом первым афроамериканцем, принявшем участие в открытии нового элемента, в интервью для журнала заявил, что № 114 будет получен в течение ближайшего года. Прошёл год, прошло два десятка лет, но № 114 не появлялся, и энтузиазм учёных в попытках его получить стал угасать — народ стал переключаться на более близкие и доступные цели. Физики-ядерщики вернулись к идее синтеза элемента № 114 в 1990 году, когда Объединённый институт ядерных исследований в Дубне и Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса подписали договор о сотрудничестве.

Сотрудничество началось со встречи руководителей исследовательских организаций — Джона Наколса и главного соперника Глена Сиборга эпохи холодной войны и «трансфермиевых войн» — Георгия Николаевича Флёрова. Сотрудничество Ливермор-Дубна было совершенно уникальным явлением для обеих сторон. К несчастью, Флёров умер вскоре после судьбоносной встречи, и со стороны России руководителем проекта стал преемник Флёрова — Юрий Цолакович Оганесян, эксперимент было решено проводить на базе ОИЯИ, куда американская сторона направила в своих сотрудников.

Эксперимент начался в декабре 1998 года, исследователи бомбардировали мишень из плутония 244Pu ядрами кальция 48Са, для получения № 114 было выбрано горячее слияние (Physical Review Letters. — 1999. — Vol. 83, № 16. — P. 3154–3157). В первом эксперименте получился один атом флеровия, просуществовавший 30 секунд, что, конечно было меньше ожидаемого времени жизни в миллионы лет, но все равно гораздо больше милли- и микросекунд, за которые успевали распадаться элементы № 111–113. С другой стороны, для того, чтобы дотянуть до магического ядра и острова стабильности полученному нуклиду 288Fl на хватало восемь нейтронов. О синтезе элемента № 114 успели сообщить даже Глену Сиборгу, у которого, по словам, сообщившего ему эту весть Альберта Гиорсо, от радости заблестели глаза (в августе 1998 года Сиборг перенес инсульт, и его речь и мимика не восстановились в полном объеме до его смерти в феврале 1999 года).

В сентябре 2009 года американские учёные из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли синтезировали флеровий, подтвердив таким образом результаты совместной работы американских и российских химиков 1998 года. В результате бомбардировки мишени 242Pu пучком ионов 48Ca были получены два нуклида 114-го элемента с массовыми числами 286 и 287.