Использование никеля-78 – магистральный путь в получении сверхтяжелых элементов

 

1. Проводилась ли реакция U+U?

 

С помощью доступных на сегодня ядерных реакций невозможно получить изотопы из центра «острова относительной стабильности» (Z=114, N=184) – у имеющихся сегодня ядер-мишеней не хватает нейтронов. Еще в 1970-е годы высказывалась идея о том, что перспективной в этом отношении могла бы быть реакция столкновения двух ионов урана. Например, Ю.Оганесян в статье «На пути к сверхтяжелым» в журнале «Природа» в 1977 году в предлагал такой вариант реакции:

 

²³⁸U +  ²³⁸U → ²⁹⁸114 + ^178-xYb + xn

 

в последнее время, однако,  про реакцию U+U ничего не говорят, причем в качестве обоснования предлагают взаимоисключающие объяснения. Например, автор в беседе с сотрудниками ОИЯИ в одном и том же месте получил два взаимоисключающих ответа: что «при попытках проведения реакции U+U все тяжелые продукты реакции ушли в деление», но при этом «ускоритель У-400 не может ускорять ионы урана». Так если не может – то, надо понимать, что никто и не пробовал? Так зачем же тогда говорить об отрицательном результате? Разумнее было бы в перспективе все же поставить цель по созданию циклотрона, способного ускорять и уран.

 

2. Никель-78

 

Тем временем в одном из материалов института GSI в Дармштадте поступило интересное сообщение: «кулоновский распад урановых пучков в циклотроне приводит к производству чрезвычайно высокоэнергетичных ядер. С помощью этого и других методов физики недавно сумели впервые произвести дважды магический изотоп никеля-78». В нем количество нейтронов на два десятка выше, чем в природных изотопах никеля.

С использованием этого изотопа можно достигнуть «острова стабильности»:

 

²³⁸U + ⁷⁸Ni → ^316-x120 + xn → ^312-x118 → ^308-x116 → ^304-x114

 

или:

 

²³²Th + ⁷⁸Ni → ^310-x118 + xn → ^306-x116 → ^302-x114

 

Каким же образом был получен никель-78? Судя по исходному материалу, а также, как следует из статьи сотрудника ЛЯР ОИЯИ Ю.Э.Пенионжкевича, он мог быть получен как раз в ходе реакции U+U:

 

²³⁸U + ²³⁸U → ⁷⁸Ni +  ⁷⁸Ni  + ^160-xGd + ^160-xGd + 2xn

 

То есть помимо никеля-78, будут получаться стабильные изотопы гадолиния.

 

В апреле 2005 года поступила информация о синтезе никеля-78 в Мичиганской лаборатории (США) другим способом – путем реакции ядер криптона и бериллия, в результате чего было получено 11 ядер с периодом жизни около 0,1 секунды.

 

Еще одним ценным свойством никеля-78 должно быть то, что у таких сверхвысоконейтронных изотопов должно быть нейтронное "гало" вокруг остова ядра (скажем, ядро никеля-78 - это стабильное ядро никеля-58 и вокруг него гало из 20 нейтронов). Следствием этого является то, что у таких ядер будет необычайно высокое сечение реакций, что показано на примере гелия-6. В 2007 году были получены еще несколько подобных свервысоконейтронных изотопов: магний-40, алюминий-42 и алюминий-43.

 

Из упомянутых статей можно получить и еще одну важную информацию: в области синтеза сверхтяжелых элементов кроме традиционных конкурентов Дубны, таких как Беркли и Дармштадт, а также недавно возникшая японская лаборатория RIKEN, появляются и совсем новые конкуренты: та же Мичиганская лаборатория (США), ГАНИЛ (Франция), Яваскало (Финляндия) и др. Это говорит о том, что, во-первых, исследования по синтезу новых элементов доступны даже не самым развитым экономикам мира (в отличие от тех же космических проектов, и о «международном сотрудничестве» здесь можно говорить лишь в плане обмена информацией, но не в плане «объединенных проектов», как в случаем МКС или ИТЭРа). Поэтому когда власти говорят, что «на финансирование исследования сверхтяжелых элементов нет денег» - это нелепость. И, во-вторых, сегодня в этой области если не ставить всё новых и новых целей (типа промышленного использования сверхтяжелых элементов в энергетике), а ограничиваться «чистой наукой» - то есть большой шанс отстать.

 

3. Техническое осуществление реакции

 

Реакцию столкновения двух ядер урана с получением никеля-78 и последующим получением сверхэлементов предлагается проводить следующим образом. Ионы урана-238, разогнанные до скорости в одну десятую скорости света, бомбардируют мишень из урана-238. В результате реакции на поверхности этой мишени образуется некоторое количество никеля-78. В результате продолжающегося облучения мишени ионами урана будет происходить реакция урана с никелем-78, во время которой должны будут образовываться сверхтяжелые элементы.

Очевидно, решение такой задачи требует создания очень высокой плотности тока ионов урана. Однако именно плотность тока и надо будет брать за ориентир при проектировании будущих ускорителей и соответствующим образом ставить перед государством финансовые вопросы.