На
пути к «острову
стабильности» -
ситуация на начало 2007 года
О значении исследования
сверхтяжелых элементов для решения энергетических проблем человечества, а также
о возникающих при этом проблемах, мы в течение 2004-2005 годов писали
неоднократно: см, например, материалы, расположенные
по адресам:
http://element114.narod.ru/dubna-questions.html
http://element114.narod.ru/Projects/monblan.html
В начале 2007
года на официальном сайте Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) ООбъединенного
института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, которая и является мировым
лидером в исследовании сверхтяжелых элементов, появился ряд
материалов, связанных с этим вопросом – как новых, касающихся планов ОИЯИ на
предстоящий год, так и датированных более старыми датами, но
также проливающими свет на ряд интересных вопросов.
Можно отметить, что
по сравнению со временами написания вышеуказанных материалов наблюдаются
заметные позитивные подвижки
на пути к реализации ранее высказывавшихся нами предложений:
1. в плане работ ЛЯР
ОИЯИ впервые намечен прорыв в следующий, 8-й
период таблицы Менделеева: «Изучение реакции полного
слияния 58Fe
+ 244Pu,
приводящей к образованию
изотопов элемента с Z=120».
Помимо понятного научного значения этого открытия, когда оно состоится, станет
тот факт, что более «легкие» элементы тира 114-го уже переходят
из области чисто фундаментальной в область прикладную.
2. в плане значится
также «Изучение симметричной
ядерной реакции 136Xe + 136Xe, приводящей к
образованию изотопов хассия (Z=108)».
Эта реакция – важный шаг на пути к «симметричной» реакции 238U +
238U, которая
способна привести к получению
долгоживущих (до сотен миллионов лет) изотопов 114-го элемента. До недавних пор
сотрудники ОИЯИ относились к этой реакции скептически как к чему-то заведомо
неосуществимому.
3. в качестве
стратегической цели (в том числе по линии проекта DRIBs) ставится
задача максимального увеличения плотности потока частиц, что является принципиально
важным в получении сверхтяжелых элементов:
«Развитие
циклотронного комплекса Лаборатории У400М, У400 для получения интенсивных
пучков ионов ускоренных до энергий 100 МэВ/н.
Модернизация циклотрона У400М с целью получения пучков ионов с энергиями 615 МэВ/А. Модернизация
циклотрона У400 с целью улучшения качества пучков и снижения энергопотребления.
Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:
- Усовершенствование
комплексов У400М и У400 для получения пучков ускоренных ионов с энергией от 3
до 100 МэВ/нукл.
- Разработка и
усовершенствование ускорителей для получения интенсивных пучков экзотических
легких ядер.
Ожидаемые результаты
по этапам темы или проектам в текущем году:
- Получение ускоренных
пучков ионов из газообразных и твердых веществ из источников ЭЦР-типа. Повышение эффективности внешней инжекции в
циклотроны У400 и У400М.
- Получение
интенсивных пучков ионов Fe на циклотроне У400.
-Получение на У400
интенсивных пучков Xe с энергией 5-6 МэВ/А.
- Модернизация циклотрона У400М для получения пучков ионов с энергиями 6
- Комплектация
оборудования для реконструкции циклотрона У400 с целью повышения эффективности
и снижения энергозатрат».
В другой статье на ту же тему
говорится:
«Идея DRIBs
- получить радиоактивный пучок, который в тысячу раз был бы интенсивнее, чем у
имеющихся на сегодня аналогов, - рассказывает научный
руководитель Лаборатории ядерных реакций, член-корреспондент РАН Юрий Оганесян».
4. В той же статье
приводятся следующие слова Ю.Оганесяна: «В 2000 году нами уже был
получен сверхтяжелый изотоп водорода - 5Н. Но, по нашим расчетам,
при использовании физической мишени, сделанной из трития, мы сможем получить
экзотический сверхтяжелый изотоп водорода - 7Н. Мало того, есть
предположение, что водород-7
должен быть стабилен. То есть мы получим вещество, которое сейчас
встречается только в нейтронных звездах».
Если это предположение подтвердится, то такой водород-7 можно будет
использовать для резкого увеличения числа нейтронов в производимых сейчас
изотопах сверхтяжелых элементов.
5. В статье
сотрудника ЛЯР ОИЯИ В.А.Щеголева «Открытие
трансурановых элементов» для сборника, посвященного 135-летию
Политехнического музея впервые прямо сказано о возможности практического
использования сверхтяжелых элементов в энергетике:
«Достигнутый успех
породил и новые замыслы освоения открытой terra incognito. Прежде всего,
хотелось бы получать ядра сверхтяжелых элементов (СТЭ) в больших количествах.
Конечно, сам факт открытия нового элемента всего по двум наблюденным атомам
впечатляет, но для более полного изучения требуется значительно большее
количество. Оказалось, что для этого есть резервы, а именно в дальнейшем
совершенствовании экспериментальной аппаратуры, в частности в увеличении ее эффективности. Еще один резерв - в получении на
ускорителе пучков ионов с возможно большим избытком нейтронов в ядре. Среди
естественных стабильных изотопов кальций-48 по этому параметру является
чемпионом (избыток нейтронов над протонами N-2Z=8), но для наших экспериментов
требуется еще большая величина N-2Z. Поэтому нужно переходить к ускорению
радиоактивных ядер, которые получаются при делении урана (осколки деления).
Среди них олово-132 (N-2Z=32) представляется наиболее перспективным. Задача
ускорения таких ядер является технически очень сложной, но выполнимой. На ее
решение направлен реализуемый в настоящее время проект DRIBs.
Возникли и новые идеи относительно свойств СТЭ, которые следует проверить
экспериментально. Образно говоря, попав на остров стабильности, мы еще не
добрались до его вершины. Пока мы только на "отроге" этой вершины. Но
и это может многое сказать. Сейчас теория предсказывает время жизни для ядер
СТЭ, находящихся на вершине, в десятки тысяч, а то и миллионов лет. Но не
исключено, что с внесением поправок эти времена жизни возрастут до сотни
миллионов лет. … Уже сейчас можно определенно сказать, что СТЭ представляют
собой очень компактный источник энергии».
Эти слова интересны
еще и потому, что до недавних пор сотрудники ЛЯР ОИЯИ, включая и самого
В.А.Щеголева, не хотели говорить о возможностях практического использования
сверхтяжелых элементов, рассматривая их как сугубо фундаментальное направление.
Однако, несмотря на
положительные подвижки, остаются и серьезные тормозящие факторы. Так, в той же
статье В.А.Щеголева, а равно и в плане
работ, продолжается линия на попытки поиска сверхтяжелых элементов в природе. «Проведение экспериментов
по поиску редких событий спонтанного деления в осмиевых образцах»,
- говорится в плане работы. Хотя неэффективность
этого пути уже была показана нами в одном из указанных выше материалов.
Очередной большой эксперимент по поиску сверхтяжелых элементов именно в
осмиевых породах начался еще в 2004 году, и, по имеющейся на настоящий момент
информации, пока не привел к результату.
Кроме того, в тех же
самых материалах поддерживается старый курс на безоговорочное признание
дискриминационных для нашей страны решений ЮПАК от 1997 года о названиях
элементов.
Подводя итоги, можно
сказать, что в научной области сотрудники ЛЯР ОИЯИ движутся в
правильном направлении, однако, чтобы эти работы имели успех, необходимо
решение известных политических проблем. Когда произойдут прогрессивные
политические изменения – тогда и результаты работы ЛЯР
ОИЯИ займут достойное место в реализации
предлагаемой нами научной
программы.
- подходят по всем
нашим предложениям:
- увеличение плотности потока частиц
- симметричная реакция
- СТЭ как источник энергии
- неправильные взгляды:
- названия элементов
- курс на поиск в природе
- выводы:
- необх. политического решения вопроса
- а вообще нужно налаживать отношения
Создание
ускорительного комплекса радиоактивных пучков
(проект DRIBs)
|
|
|
|
Ожидаемые
результаты по завершении этапов проекта:
Ускорение
на циклотроне У400 радиоактивных ядер, получение монохроматических пучков ядер
А=4-30 с энергией Е=1-18 МэВ/A.
Ожидаемые
результаты по этапам проекта в текущем году:
Оптимизация
производящей мишени и ионного источника легких радиоактивных ядер на пучках
циклотрона У400М.
Ускорение
ионов 6He в циклотроне У400.
Оптимизация
систем транспорта ускоренных ионов к экспериментальным установкам.
Моделирование
процессов в мишени для получения осколков деления. Разработка и испытания
рабочих вариантов узлов мишени и сепаратора.
Синтез
новых ядер, исследование свойств ядер и механизмов реакций под действием тяжелых
ионов
|
|
|
|
Участвующие страны и международные организации:
Армения, Белоруссия, Бельгия, Болгария, Великобритания, Вьетнам, Германия,
Италия, Казахстан, Китай, Монголия, ОИЯИ, Польша, Республика Корея, Россия,
Румыния, США, Сербия, Словакия, Словения, Узбекистан, Украина, Финляндия,
Франция, Чехия, Швейцария, Япония.
Изучаемая проблема и основная цель исследований:
Синтез, исследование физических и химических свойств новых элементов. Изучение
свойств ядер на границе нуклонной стабильности. Экспериментальное и
теоретическое исследование механизмов ядерных взаимодействий и распада
составных ядерных систем. Исследование характеристик слияния и деления ядер.
Ядерная и лазерная спектроскопия тяжелых изотопов.
Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:
Синтез
сверхтяжелых элементов с Z=110120. Получение данных о химических свойствах тяжелых
элементов с Z=100114. Изучение характеристик спонтанного и вынужденного
деления тяжелых ядер. -, -, - и лазерная спектроскопия тяжелых изотопов. Получение
информации о свойствах ядер, лежащих на границе нуклонной стабильности.
Теоретические исследования механизмов ядерных реакций с участием стабильных и
радиоактивных ядер.
Ожидаемые
результаты по этапам темы или проектам в текущем году:
Изучение реакции
полного слияния 58Fe + 244Pu, приводящей к образованию
изотопов элемента с Z=120 на газонаполненном
сепараторе с чувствительностью 0,5 пб.
Проведение
экспериментов по химическому выделению и идентификации элементов с Z=112 и 114,
образующихся в реакции 48Ca + 244Pu с помощью
криодетекторной системы.
Проведение экспериментов
по поиску редких событий спонтанного деления в осмиевых образцах.
Проведение
с использованием спектрометра "DEMON" и триггера осколков деления
"КОРСЕТ" измерений массовых, угловых и энергетических распределений
осколков квазиделения и деления в совпадении с нейтронами и -квантами в реакциях 58Fe с актинидными
мишенями.
-, -, -спектроскопия тяжелых изотопов образующихся в
асимметричных реакциях на установке "ВАСИЛИСА" +
"GABRIELA".
Разработка сепаратора на пучках У400М для спектроскопических исследований тяжелых
изотопов.
Изучение
симметричной ядерной реакции 136Xe + 136Xe, приводящей к
образованию изотопов хассия (Z=108).
Создание
квадрупольной фокусирующей системы для формирования пучков радиоактивных ядер
на сепараторе "КОМБАС".
Изучение
протонного гало в 16,17Ne. Исследование резонансной структуры 10He
в реакции 8He + T на установке "АКУЛИНА".
Исследование
экзотических мод спонтанного и вынужденного деления тяжелых ядер на
модернизированной установке "ФОБОС".
Изучение
подбарьерного слияния и реакций передачи 6He и 6Li c
помощью мультидетекторных спектрометров. Изучение упругого и неупругого
рассеяния 6He c помощью детекторов гамма-квантов и нейтронов.
Измерения зарядовых радиусов и квадрупольных моментов ядер изотопов актинидов
методами лазерной спектроскопии.
Измерение
масс продуктов реакции 48Ca + 243Am после химического
разделения с использованием сепаратора MASHA.
Теоретические
исследования механизмов ядерных реакций с участием тяжелых ионов.
Создание и поддержка
ядерно-физической базы знаний, функционирующей в сети Интернет.
Изучаемая
проблема и основная цель исследований:
Развитие циклотронного
комплекса Лаборатории У400М, У400 для получения интенсивных пучков ионов
ускоренных до энергий 100 МэВ/н.
Модернизация циклотрона У400М с целью получения пучков ионов с энергиями 615 МэВ/А.
Модернизация циклотрона У400 с целью улучшения качества пучков и снижения
энергопотребления.
Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:
Усовершенствование
комплексов У400М и У400 для получения пучков ускоренных ионов с энергией от 3
до 100 МэВ/нукл.
Разработка
и усовершенствование ускорителей для получения интенсивных пучков экзотических
легких ядер.
Ожидаемые
результаты по этапам темы или проектам в текущем году:
Получение
ускоренных пучков ионов из газообразных и твердых веществ из источников
ЭЦР-типа. Повышение эффективности внешней инжекции в циклотроны У400 и У400М.
Получение
интенсивных пучков ионов Fe на циклотроне У400.
Получение
на У400 интенсивных пучков Xe с энергией 5-6 МэВ/А.
Модернизация
циклотрона У400М для получения пучков ионов с энергиями 615 МэВ/А.
Комплектация
оборудования для реконструкции циклотрона У400 с целью повышения эффективности
и снижения энергозатрат.
Из
статьи В.А.Щеголева «ОТКРЫТИЕ
ТРАНСУРАНОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ» для сборника, посвященного 135-летию Политехнического
музея
«Итогом
этих 40-летних исследований явился синтез новых элементов с атомными номерами
Z=102-116. На этом пути были испробованы самые разнообразные экспериментальные
подходы, проверены многочисленные гипотезы и предположения. Следует сказать,
что в исследованиях по синтезу новых элементов как бы фокусируются
научно-технические достижения стран, они являются индикатором их общего
развития и потому являются также предметом национального престижа. Названия, присвоенные
новым химическим элементам, увековечиваются в Периодической Таблице
Д.И.Менделеева, являющейся в некотором роде концентратом человеческого Знания о
Природе. Этим объясняется имевшая место активная полемика при определении
приоритетов открытия между создателями новых элементов. Оставляя за рамками
этой статьи историю каждого открытия, остановимся на конечных результатах. В
1997 году Конгресс Международного Союза чистой и прикладной химии официально
утвердил названия элементов со 102-го по 109-ый:
102
нобелий
103 лоуренсий
104 резерфордий
105 дубний
106 сиборгий
107 борий
106 ганий
109 мейтнерий
Открытые в последние годы элементы 110-116 еще ждут своих названий. В своем решении
Конгресс исходил из установившегося ранее правила присваивать названия новым
элементам в честь выдающихся деятелей науки и географических мест, где
находятся научные центры, внесшие выдающийся вклад в развитие естественных
наук. Присвоение 105-му элементу названия "Дубний" в честь
подмосковного города Дубны, где располагается Лаборатория ядерных реакций
им.Г.Н.Флерова, явилось признанием заслуг в развитии ядерной физики не только
нашей Лаборатории, но и Объединенного института ядерных исследований и
российской атомной науки в целом.»
оттуда
же:
«Достигнутый
успех породил и новые замыслы освоения открытой terra incognito. Прежде всего,
хотелось бы получать ядра сверхтяжелых элементов (СТЭ) в больших количествах.
Конечно, сам факт открытия нового элемента всего по двум наблюденным атомам
впечатляет, но для более полного изучения требуется значительно большее
количество. Оказалось, что для этого есть резервы, а именно в дальнейшем
совершенствовании экспериментальной аппаратуры, в частности в увеличении ее
эффективности. В настоящее время в Лаборатории осуществляется
проект MASHA с созданием высокоэффективного масс-сепаратора с высоким разрешением.
С вводом его в действие мы рассчитываем получать уже десятки атомов СТЭ и
исследовать их свойства более широко. Еще один резерв - в
получении на ускорителе пучков ионов с возможно большим избытком нейтронов в
ядре. Среди естественных стабильных изотопов кальций-48 по этому параметру
является чемпионом (избыток нейтронов над протонами N-2Z=8), но для наших
экспериментов требуется еще большая величина N-2Z. Поэтому нужно переходить к
ускорению радиоактивных ядер, которые получаются при делении урана (осколки
деления). Среди них олово-132 (N-2Z=32) представляется наиболее перспективным.
Задача ускорения таких ядер является технически очень сложной, но выполнимой.
На ее решение направлен реализуемый в настоящее время проект DRIBs,
в котором в единый комплекс объединяются сразу три ускорителя, разнесенных друг
от друга на сотни метров. В январе 2002г. была успешно осуществлена первая
стадия этого проекта.
Возникли и новые идеи относительно свойств СТЭ, которые следует проверить
экспериментально. Образно говоря, попав на остров стабильности, мы еще не
добрались до его вершины. Пока мы только на "отроге" этой вершины. Но
и это может многое сказать. Ясно, что
современная теория должна быть пересмотрена с учетом полученных
экспериментальных данных. Сейчас теория
предсказывает время жизни для ядер СТЭ, находящихся на вершине, в десятки
тысяч, а то и миллионов лет. Но не исключено, что с внесением поправок эти
времена жизни возрастут до сотни миллионов лет. И тогда будет иметь смысл
искать СТЭ в недрах Земли. То, что они до сих пор не были обнаружены, можно
объяснить, с одной стороны, их малым содержанием, которое оценивается как 10-16
грамм на грамм руды, а с другой стороны, неопределенностью химических свойств
этих элементов. Периодический закон Д.И.Менделеева предсказывает, что,
например, химическим аналогом 112-го элемента является ртуть. Но так ли это на
самом деле? Есть основания предполагать, что не совсем так. При столь большом
числе протонов в составе ядер СТЭ могут включиться релятивистские эффекты,
которые могут существенно повлиять на энергетические состояния электронов в
этих атомах и, соответственно, на химические свойства. Эти предположения
требуют экспериментальной проверки. Если же предположения о возможном
существовании СТЭ в природных образцах подтвердятся, то можно будет ставить
вопрос об их добыче. Уже сейчас можно определенно сказать, что СТЭ представляют
собой очень компактный источник энергии.»
Из
статьи «Нейтронные звезды делают в Дубне» (на сайт – отдельно – http://element114.narod.ru/neutronstars.html)
«"Идея DRIBs - получить
радиоактивный пучок, который в тысячу раз был бы интенсивнее, чем у имеющихся
на сегодня аналогов, - рассказывает научный руководитель Лаборатории
ядерных реакций, член-корреспондент РАН Юрий Оганесян. - Для этого необходимо
иметь два ускорителя: на первом нарабатываются необходимые изотопы, затем они
отделяются от других продуктов реакции и направляются на второй ускоритель,
где, собственно, и может происходить рождение нейтронной материи".»
«"В
2000 году нами уже был получен сверхтяжелый изотоп водорода - 5Н, -
подчеркивает научный руководитель ЛЯРа Юрий Оганесян. - Это само по себе
серьезное достижение. Но, по нашим расчетам, при использовании физической мишени,
сделанной из трития, мы сможем получить экзотический сверхтяжелый изотоп
водорода - 7Н. Мало того, есть предположение, что водород-7 должен быть стабилен.
То есть мы получим вещество, которое сейчас встречается только в нейтронных
звездах".
Вещество
это, надо сказать, совершенно необычное. По оценкам теоретиков, одна чайная
ложка нейтронного вещества весит примерно столько же, сколько все автомобили на
Земле - миллиарды тонн!
Физики,
наверное, в силу некоторой суеверности, побаиваются произносить слово
"сенсация". Но на самом деле так оно и есть. Теоретикам еще предстоит
объяснить многие нюансы поведения столь экзотической для земных условий формы
материи. В частности, может оказаться, что водород-7 обладает бета-распадом.
Это уже прямое подтверждение существования нейтронной материи»