Последний сверхтя желый

Российские ученые зафиксировали шесть атомов нового, 117‑го, элемента таблицы Менделеева. Строка сверхтяжелых элементов от 104 до 118‑го укомплектована. Атомы от 113‑го до 118‑го синтезированы в Дубнинском ОИЯИ группой академика Юрия Оганесяна.

 

 

Лаборатория им. Флерова только называется лабораторией — на самом деле это большой исследовательский институт. Внутри он пронизан бесконечными проходами, развилками и тупиками. Коридоры бегут вдоль полутораметровой толщины монолитного бетона, отделяющего ускорители от остальных помещений. Чтобы попасть к ускорителю У-400, где синтезировался 117‑й элемент, мы с провожатым долго петляем, спускаемся несколько раз по лестницам. Создается впечатление, будто мы в лабиринте из фильма «Чародеи». Наконец заходим в большое помещение с десятиметровым потолком.

В центре — ускоритель. Две магнитные катушки диаметром метров по пять находятся друг над другом. Между ними вакуумная камера больше 3 м в диаметре, в ней разгоняются частицы. По четырем сторонам от магнитов железные бочки импульсных ускорителей. Именно они по очереди подталкивают заряженные частицы. Частицы двигаются между магнитными катушками по кругу и, когда достигают 1/10 скорости света, направляются в трубу, которая ведет к мишени. В случае попадания и слияния атомы вылетают из мишени в газонаполненную камеру, тормозятся и попадают в детектор. Остается ждать, пока автоматика и электроника зафиксирует новый элемент. Во время работы ускорителя людям вход в помещение воспрещен.

— Чем я занимался в течение эксперимента? — уточняет вопрос мой провожатый, главный инженер лаборатории Георгий Гульбекян. — Лучше спросите, чем я не занимался. Следил за работоспособностью ускорителя, настраивал, подстраивал, изобретал — в общем, работы хватило. Я вас сейчас непосредственно к «синтезаторам» отведу, и они вам с удовольствием все расскажут.

 

Синтезаторы

Команда ученых, создавших 117‑й элемент, занимает два больших общих кабинета, вмещающих в себя кроме столов и компьютеров горы бумаг и документов, измерительные приборы и один диван. На этом диване я и сидел с распухающей головой, а восемь первооткрывателей сидели на стульях вокруг, разом пытаясь рассказать про создание новых элементов и про особенности распада сверхтяжелых ядер. Один только Александр Михайлович Сухов, отвечающий за регистрирующую аппаратуру и лично работавший с Флеровым с 1951 года на Арзамасе-16, молча наблюдал за суетой вокруг дивана.

Восемь физиков напоминали мне персонажей из романов Стругацких — увлеченные, горячо говорящие о любимом деле и обутые все как один в кожаные домашние тапочки.

— Представьте себе, что у вас есть большой свинцовый шар, — пытался образно передать смысл происходящего в области синтеза новых элементов начальник сектора № 1 Владимир Утенкин. — Но вам хочется сделать его еще больше. Вы насаживаете шар на стержень, идете на стрельбище и выставляете его на линию огня. Пули попадают в шар, и он увеличивается. Приблизительно таким образом создавали новые элементы от 93‑го до 100‑го — опускали урановую мишень в атомный реактор под максимальный поток нейтронов. Нейтроны попадали в ядра атомов урана, и они превращались в нептуний, плутоний и так далее до фермия.

— Только оказалось, — сменил оратора Роман Сагайдак, из-за худобы и бородки клинышком больше всех похожий на ученого, — что каждый следующий элемент живет гораздо меньше предыдущего. То есть все быстрее и быстрее распадается. Сотый элемент фермий распадается через 100 часов. А что это значит? Это значит, что накопить его в реакторе невозможно. Он будет быстрее распадаться, чем накапливаться.

— Давайте я вам лучше расскажу, зачем это все, — вернул разговор в конструктивное русло Фарид Абдуллин. — Мы пытаемся выйти на склон «острова стабильности».

 

Остров стабильности

— Почему мы вообще продолжаем синтез? — говорил Фарид Абдуллин. — Казалось бы, какой смысл? Фермий живет 100 часов, коперниций — 34 секунды, следующие элементы распадаются за тысячные доли секунды. А дальше пойдут элементы, у которых ядро будет распадаться быстрее, чем успеет сформировать вокруг себя электронные орбиты.

Но дело в том, что наш руководитель Юрий Оганесян разработал теорию, по которой существуют сверхтяжелые элементы с относительной стабильностью ядра — «остров стабильности». Смысл в том, что некие определенные количества нейтронов и протонов в ядре атома, соответствующие так называемым магическим числам, полностью укомплектовывают протонные и нейтронные оболочки и делают ядро гораздо стабильнее, чем можно предположить. Пример — свинец. Все его соседи по таблице Менделеева радиактивны, а он совершенно инертен. И если нам удастся синтезировать дважды магический сверхтяжелый элемент, например, со 120 протонами и 184 нейтронами, возможно, даже скорее всего, он будет стабилен.

— И что произойдет, если «остров» будет достигнут? — спросил я.

— Тогда вскоре изобретут карманный ядерный реактор, — рассмеялись физики. — Мы же не сапоги чиним, а фундаментальной наукой занимаемся.

 

Сто семнадцатый

— После того, как реакторный синтез исчерпался, — продолжил Владимир Утенкин, — стали создавать элементы в ускорителях, пытаясь угодить одним атомом в другой. Это получалось, но возникла проблема. Представьте себе, что вы пытаетесь утяжелить летящий пушечный снаряд, стреляя в него из ружья. Ружейная пуля не только добавляет массы снаряду, но еще нагревает его, и свойства этого нагретого снаряда непредсказуемо меняются. По крайней мере, ион, которым расстреливают мишень, вносит в ядро мишени такое количество энергии, что суммарное ядро мгновенно распадается.

— Так было, — говорит Владимир Утенкин, — пока наш руководитель Юрий Оганесян не предложил в 1973 году использовать в качестве мишени дважды магический свинец, количества протонов и нейтронов которого соответствует магическим числам, и синтезировать в его реакции с аргоном уже известный фермий. Предполагалось, что на разрушение «магической» структуры свинца уйдет вся лишняя энергия слияния. Так, собственно, и вышло. По открытому им принципу в Дубне впервые получили 106‑й элемент, расстреливая свинец-208 хромом-54.

— А потом, когда возможности свинца и висмута в качестве мишеней были исчерпаны, — подхватил Юрий Цыганов, — Юрий Оганесян придумал использовать магические ядра уже не в качестве мишеней, а в качестве «пуль». Расстреливая необходимые мишени редчайшим дважды магическим изотопом кальция — кальцием-48, мы получили все — от 113‑го до 118‑го.

— Этот кальций-48 недешево обходится, — заметил я.

— Это точно, — закивали головами все присутствующие и заговорили, перебивая друг друга. — Кальция-48 в смеси изотопов кальция — одна пятая процента. И выделить его возможно только в электромагнитных масс-сепараторах. Поэтому стоит он 250 тыс. долларов за грамм. Наш же ускоритель в середине 90‑х расходовал 40 мг кальция в час. А нам удалось довести его расход до 0,3 мг в час.

Перепроектировать и переделать пришлось ускоритель, газонаполненную камеру, детектор — да практически все. Зато потом синтезировали пять элементов за четыре года.

— Может, тогда объясните, почему у вас сначала получились пять элементов за четыре года, а потом один элемент за шесть лет? — спросил я. — Чем 117‑й сложнее остальных?

— Совершенно ничем не сложнее, — соглашается коллектив. — Дело в берклии.

Как объяснили ученые, берклий-249, необходимый для создания 117‑го, оказался еще дефицитнее кальция-48. Всего лишь 22 мг этого вещества, накопленного в реакторе и присланного в ОИЯИ из американского Окриджа, оцениваются в миллион долларов. Купить его готовы были и немцы, и другие институты США. Однако берклий был предоставлен группе Оганесяна — как самому авторитетному научному коллективу в области синтеза сверхтяжелых элементов.

Берклий-249 живет 320 дней. После доставки из Окриджа, он был привезен в Димитровград. Там Григорий Востокин со своими коллегами нанес его электрохимическим способом на титановую фольгу толщиной 1,5 мк и изготовил из фольги мишень диаметром около 12 см. Как только мишень доставили в Дубну и установили в ускоритель У-400, то есть 27 июля 2009 года, начался эксперимент. А меньше чем через месяц, 20 августа, детекторы зафиксировали первый атом 117‑го.

— Как назовете новые элементы?

Группа физиков снова оживляется. Оказывается, прежде чем дать название, надо дождаться присвоения права на первенство открытия от Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC). Поскольку в прошлом уже случались недоразумения, когда разные страны оспаривали друг у друга открытие одного и того же элемента, IUPAC с окончательным решением не торопится. В гуле голосов я расслышал слова: подмосковий, земляний, флеровий, оганций. В любом случае, два новых элемента из шести пока не имеют названий.

Павел ОРЛОВ,

газета «Страна Росатом», №2 за 2010 год