Клаус Гофман

МОЖНО ЛИ СДЕЛАТЬ ЗОЛОТО?

Глава 7. 
ИССЛЕДОВАНИЯ И ОТВЕТСТВЕННОСТЬ - СЕГОДНЯ И В БУДУЩЕМ

Атомная масса 500. Где границы вещественного мира?

В июле 1976 года, как будто специально к 200-летнему юбилею США, мир облетело сообщение, которое отметили как научную сенсацию высшего порядка. Америка открыла элемент 126 с относительной атомной массой 350! Первый представитель гипотетических суперактиноидов, к которым должны принадлежать элементы от 122 до 153, был найден. Его назвали бисентениум - в честь 200-летия независимости США. Открывателями, прославившими себя, оказались Роберт Джентри из Национальной лаборатории в Ок-Ридже и несколько сотрудников из Калифорнийского государственного университета.

Многие годы Джентри занимался "радиоактивными нимбами", присутствующими в различных минералах и называемыми также ореолами. Последние образуются в результате альфа-излучения радиоактивных атомов, которое разрушает кристаллическую решетку. Можно измерить размеры этих нимбов под микроскопом и затем оценить энергию альфа-частиц.

Еще в 1935-1940 годах австрийский физик Иозеф Шинтльмейстер бился над разрешением той же проблемы. Он был одержим идеей о наличии неизвестных элементов в минералах типа слюды. Его особенно интересовали плеохроические нимбы, которые возникают вследствие радиоактивных включений. Некоторые из нимбов были так велики, что должны были вызываться альфа-излучением с необычно большой энергией. Позднее профессор Шинтльмейстер работал в Россельдорфе и продолжал поиски, хотя и безрезультатные, этих загадочных альфа-излучений. До последнего времени он неустанно обменивался научными мыслями с профессором Флёровым.

Неизвестно, знал ли Джентри о работах Шинтльмейстера. Однако он шел по тому же следу. В биотите с Мадагаскара Джентри обнаружил неожиданно большие нимбы - гигантские ореолы. Они должны были возникнуть под действием альфа-частиц с энергией 14 МэВ. Однако среди известных нуклидов нельзя обнаружить альфа-излучателей такого рода. Джентри и его сотрудники считали, что такие гигантские нимбы можно объяснить распадом сверхтяжелого элемента.

Американцы сняли рентгеновские спектры предполагаемых сверхтяжелых элементов индуцированием потоком протонов и приписали найденные значения элементу 126, а также элементам 116, 124 и 127. Такая смелость задела за живое ученых всего мира. Несколько исследовательских групп устремились перепроверять ошеломляющие данные Джентри.

Особенно велики в этом заслуги сотрудников Института ядерной физики имени Макса Планка (Гейдельберг) под руководством профессора Повха. В конце 1976 года последовало разочарование. Повх хладнокровно объявил, что американцы стали жертвой как эффекта загрязнений, так и неправильной интерпретации данных рентгеноспектроскопии. Все рентгеновские полосы, отнесенные к сверхтяжелым элементам, на самом деле происходят от обычных элементов, главным образом от церия. "На такие ошибки надо смотреть философски,- утешал Повх.- Тот, кто неустанно всю свою жизнь ищет какую-либо вещь, вдруг верит в то, что он ее действительно нашел. Со мной как-то произошло то же самое".

С тяжелым сердцем начал Джентри сам развенчивать свое "открытие". В конце концов он подверг бомбардировке в синхротроне тот же кусок биотита, в котором он в свое время якобы находил бисентениум. Таким путем Джентри хотел получить рентгеновские линии, отнесение которых не подвергалось бы критике коллег. На этот раз Джентри уже не нашел никаких указаний на сверхтяжелые элементы с порядковыми номерами от 105 до 129. Не нашел и тогда, когда повысил чувствительность определений до 5 ^. 10⁸атомов в каждом гигантском ореоле.

Островок устойчивости, неясно возникший было на горизонте, оказался на этот раз миражем. Как и 40 лет назад, нашли лишь... ложные трансураны. Однако для пессимизма пока повода не было. Имеется сообщение 1977 года: исследователи Института ядерной физики в Орсей (Франция) нашли неизвестную естественную радиоактивность в чистом гафнии и в гафниево-циркониевых минералах.

Источником ее должен быть новый сверхтяжелый элемент, который может содержаться в количестве 10^-13 г в 1 г исходного вещества. Естественно, французы пока не высказываются, какой именно это трансуран и как его называть.

Следовательно, несмотря на все неудачи, поиски неизвестных сверхтяжелых элементов продолжаются. Наука неизменно стремится продвинуться до крайних пределов периодической системы. Если не удастся найти сверхтяжелые элементы на Земле или в Космосе, тогда надо хотя бы получить их искусственно, а путь для этого, известен: превращение других элементов.

Еще в 1971 году английские ученые сочли, что они первыми вступили на легендарный "островок устойчивости". После анализа вольфрама, 56-го элемента, который в течение одного года подвергался бомбардировке притонами с огромной энергией в 24 ГэВ в синхротроне CERN, они обнаружили спонтанно распадающийся тяжелый трансуран - экартуть, элемент 112. По мнению первооткрывателей, атомы вольфрама приобрели столь высокую энергию, что был превзойден порог кулоновского взаимодействия: два ядра вольфрама слились с образованием нового атомного ядра - элемента 112.

Потребовалось некоторое время, чтобы обнаружить ошибку. Вновь виновна в ней была грязь. Таинственная самопроизвольно распадающаяся примесь являлась калифорнием - 98-м, а не 112-м элементом. До сих пор является загадкой, откуда "вылезло" это загрязнение.

Несмотря на такие превратности судьбы, ученые упорно стремятся соединить друг с другом ядра тяжелых атомов для получения сверхтяжелых элементов. Считается, что следует, соединив последовательно ускорители тяжелых ионов, достичь такой мощности, чтобы даже ядра урана смогли преодолеть порог кулоновского отталкивания и слиться друг с другом. Из двух атомов изотопа урана ²³⁸U должен образоваться ⁴⁷⁶Х, то есть 184-й элемент с относительной атомной массой, близкой к 500. Конечно, было бы уже хорошо, если при такой "реакции с избытком" можно было получить хотя бы устойчивые элементы 164 или 114.

Элемент со злополучной атомной массой 500 уже однажды был описан в "литературе": черный, блестящий ком материи размером с яблоко весил центнер. Он состоял из металла с атомной массой 500.
Этот сверхтяжелый металл был выплавлен в специальных автоклавах при давлении 50 000 МПа и температуре 1 000 000 °С путем ступенчатого присоединения к урану гелия. Этого вещества, взятого на кончике ножа, было достаточно, чтобы электростанция работала в течение нескольких месяцев... во всяком случае писатель Доминик в 1935 году так описывает синтез и свойства элемента с "атомной массой 500" в романе с тем же названием. С тех пор такие представления бытуют в головах читателей фантастики.
Сегодня ставится тот же вопрос: возможен ли синтез элемента с такой атомной массой или при этом мы выскочим за пределы периодической системы?

В наше время уже можно осуществить опыты по ускорению атомов урана до необходимого порога энергии для термоядерного синтеза; для этого можно было бы использовать мощнейшие ускорители тяжелых ионов-UNILAC в Дармштадте, У-400 в Дубне, Super-HILAC в Беркли. Может показаться, что реализация синтеза элемента с массовым числом 500 существенно приблизилась. Когда в 1977 году впервые на UNILAC'e ядра урана с энергией 1785 МэВ были направлены навстречу друг другу, то ожидались истинные чудеса. Физики напряженно склонились над первыми ядерными треками, появившимися на детекторах. Начало вырисовываться оригинальное явление: деление урана на четыре обломка. Оба ядра урана раскололись на две части. Однако сверхтяжелых элементов нельзя было обнаружить.

Граница синтеза элементов оценивается где-то около 200-го элемента. Здесь в будущем должна закончиться периодическая система. Элементы с более высоким порядковым номером не должны существовать: большое число протонов в ядре мгновенно привело бы к захвату ближайших к ядру элементов и в заключение к гибели всего атома. В результате могут образовываться ядра с меньшим зарядом, а часть атома превратилась бы в энергию излучения.

Мы знаем, что фермий-257 является самым тяжелым изотопом, который существует в весомых количествах. Он имеет удобный для практики период полураспада, равный почти ста дням. Этот изотоп мог бы служить в качестве мишени. Поэтому при использовании сильно разогнанных ионов фермия-257, теоретически возможен процесс термоядерного синтеза, приводящий к элементу 200, относительная атомная масса которого равна 500:

²⁵⁷Fm + ²⁵⁷Fm = ⁵⁰⁰X + 14n

Для 200-го элемента уже есть имя: бинилнилий. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК.) давно пытается воодушевить ученых на единообразное наименование химических элементов.

Тогда не будет тех спорных вопросов, которые появились в последнее время. 
Начиная с элемента 100 наименования складываются из готовых слогов: "нил" для нуля, "ун" для единицы, "би" для двух и суффикс. 
Тогда элемент 114 назывался бы просто унунквадий, а элемент 200 - бинилнилий. И никто бы больше не спорил, должен ли элемент 105 называться ханием илинильсборием. Его название уннилпентий. Однако, к огорчению ИЮПАК, еще никто из ученых ни в Дубне, ни в Беркли не последовал этому предложению. Значит, шансы на введение в химию такого "дремучего" языка малы. По мнению Сиборга, ему приятнее сказать "элемент 114", чем "унунквадий", на котором язык сломаешь...

Однако будет ли когда-нибудь в достаточном количествефермий-257 - основа для получения бинилнилия, то есть, по-старому, элемента 200? Это вполне оправданный вопрос. Ведь из 1 т плутония в мощном реакторе образуется максимально 1 мкг фермия-257, и то после 10-летней бомбардировки нейтронами! Если не удастся получить большие количества фермия другими путями, то придется отказаться от столь заманчивого синтеза элемента с относительной атомной массой 500.

Больше надежд сулят опыты по синтезу элементов, лежащих близко к островку устойчивости. 
Так, взаимодействие плутония-244 с дважды магическим кальцием 48 должно было бы привести к элементу 114:

²⁴⁴Pu + ⁴⁸Са = ²⁹⁰X + 2n

Правда, здесь не получится сверхустойчивого изотопа-298 элемента 114. Однако специалисты ожидают, что изотоп с массовым числом 290 будет также иметь довольно большую продолжительность жизни. 
Сейчас соответствующие опыты планируются как в Дубне, так и в Беркли. Решающим препятствием до сих пор являлась скудость запасов исходных веществ: в природном кальции присутствует лишь 0,18% кальция-48, и он должен длительно обогащаться. 
В настоящее время мировой запас кальция-48 составляет всего несколько граммов. Плутоний-244 тоже необходимо сначала "инкубировать" в реакторе в достаточном количестве.

Однако при всем оптимизме физикам ясно: даже с помощью самых мощный ускорителей тяжелых ионовникогда нельзя будет получить весомые количества сверхтяжелых элементов... Но это не останавливает ученых. Им необходимо знать, куда ведет дорога "за ближайшим уличным поворотом". Действительно, куда же ведет этот путь?

Если повнимательнее присмотреться к истории открытия элементов, богатой ошибками и разочарованиями, то, возможно, появятся сомнения в успехе такой тяжкой погони за "сверхтяжелыми" элементами: не будут ли вновь открыты ложные трансураны? Быть может, он вовсе и не существует, этот далекий "островок устойчивости"? 
Отто Хан неоднократно подчеркивал, что он постоянно искал не то, что находил. Пусть же ученые в своем путешествии по "морю неустойчивости" откроют в конце концов нечто сногсшибательное! По этому поводу Сиборг заявил: "Если обнаружится, что теория верна, тогда для исследователя откроется совершенно новый мир химии и физики, в сравнении с которым все предыдущие попытки покажутся бесцветными".

К оглавлению