Домой Hi-Tech

Унунсептий и реалии синтеза

Унунсептий появился в Таблице Менделеева, расширив ее еще на одну клеточку. В Объединенном институте ядерных исследований официально объявили о синтезе нового элемента – 117-го. На очереди – 120-й. Сколько еще элементов смогут создать ученые-ядерщики, пока никто четко сказать не может. Не исключено, что движение вглубь таблицы Менделеева позволит совершить революцию в физике и химии.

Хорошо когда интересно, а когда правда? Попробуем рассказать о синтезе унусептия и участниках проекта. Специальное исследование от Профиля на LibyMax.

Элемент всем миром…

«Российские ученые создали новый элемент», – эта новость облетела прессу всего мира, от развлекательных сайтов до серьезных научных журналов. Стоит уточнить: эксперименты по синтезу 117-го элемента действительно делала группа российских физиков. Но Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ), в котором проводили эти исследования, является международной структурой. Учредители ОИЯИ – два десятка стран, входивших раньше в СССР или в социалистический блок.

А в экспериментах по синтезу и изучению сверхтяжелых химических элементов значится еще больше государств. Тут США и Монголия, Китай и Бельгия, Казахстан и Франция, Индия и ЮАР… В общем, трансурановый интернационал. Со стороны Украины в расширении таблицы Менделеева участвует Институт теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова НАН и Институт ядерных исследований НАН.

Создание 117-го элемента началось с того, что в американском городе Окридж на мощнейшем реакторе наработали уникальный изотоп – берклий-249. Это одно из самых дорогих веществ на планете, один грамм стоит десятки миллионов долларов. Из него была сделана мишень, в которую ученые из Дубны «вбивали» разогнанные на ускорителе ионы кальция.

Берклий долго не живет, его период полураспада меньше года. Поэтому в Дубне очень торопились. Говорят, минувшим летом были отменены отпуска. Ученые работали чуть ли не в три смены. И вот результат: за полгода экспериментов детекторы как минимум шесть раз зафиксировали рождение нового элемента.

Берия не попал в таблицу Менделеева…

Синтезированный 117-й элемент пока имеет лишь временное имя – унунсептий (с латинского буквально «стосемнадцатый»). От момента получения нового ядра до появления у него постоянного имени проходит немало времени.

«Это долгий процесс. Работа должна быть опубликована, прочитана, требуются контрольные эксперименты, – объяснил «Профилю» Андрей Попеко, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. – Вот например, 112-й был открыт в апреле 1996 года. А окончательное название ему присвоили только сейчас».

Для имени 112-го предлагались самые разные варианты: «штрассманий», «венусий», «фриший», «гейзенбергий». Звучали и совсем уж сомнительные идеи – например «лаврентий» (в честь Лаврентия Берии, покровительствовавшего советскому атомному проекту).

В итоге Международный союз теоретической и прикладной химии остановился на предложении группы немецких ученых, которые первыми синтезировали этот элемент. Теперь в таблице Менделеева оказался польский математик и астроном Николай Коперник. Латинская версия имени звучит как Copernicium, а на русский переводится либо как «коперниций», либо как «коперникий».

Где кончается…

Это далеко не первая клеточка таблицы Менделеева, которая заполнена физиками из Объединенного института ядерных исследований. Синтез трансурановых ядер идет в Дубне еще с 60-х, параллельно с аналогичными исследованиями в американском Беркли и немецком Дармштадте. За это время там были созданы элементы с порядковыми номерами 104, 105, 113, 114, 115, 116, 118. Эксперименты продолжаются. «Никто не сомневается, что удастся получить 120-й элемент, возможно 122-й, – уверен Андрей Попеко. – Ну а дальше очень сложно что-то предполагать. Тут даже теории расходятся».

Долгое время считалось, что чем тяжелее химический элемент, тем короче время его жизни. Но физики доказали, что могут существовать некие «острова стабильности». У сверхтяжелых элементов ядра имеют определенную структуру, позволяющую не распадаться дольше, чем положено. Не исключено, что «острова стабильности» могут лежать очень далеко – вплоть до области элементов с атомным номером около 164. Возможно, что потенциальный размер атомного ядра вообще бесконечен.

«Есть же в космосе нейтронные звезды. А нейтронная звезда – это по своей физической природе ядро», – резюмирует заместитель директора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ.

Напомним, такие звезды образуются после гибели нормальных звезд и состоят фактически из одних нейтронов, крепко связанных между собой. Диаметр нейтронной звезды не превышает 30 км, а масса в полтора раза больше, чем у Солнца. В каком-то смысле такую звезду можно рассматривать как ядро химического элемента, чей порядковый номер обозначается числом с шестью десятками нулей.

«Не исключено, что в космосе могут существовать сверхтяжелые элементы, которых нет на Земле. Возможно они есть в выбросах нейтронных звезд, – предполагает Андрей Попеко. – Это предмет для поисков. Мы в свое время проводили такие исследования. Чтобы «шум» не мешал, работали в соляной шахте в Украине. Но ничего найти не удалось. Сейчас подобные эксперименты ведутся в пещере под Монбланом между Францией и Италией».

Трансурановая химия…

Когда читаешь или слушаешь о синтезе новых элементов, неизбежно вырывается вопрос: неужели миллионы долларов тратятся только для того, чтобы раз в пять лет исправлять плакат с таблицей Менделеева, висящий в школьных классах? Есть ли хоть какая-то польза от этих экспериментов?

«Если вы возьмете любое фундаментальное исследование, сразу не видно, что из него получится, – поясняет Андрей Попеко. – Классический пример, когда Ферми занимался поведением нейтронов в разных средах, ему предложили запатентовать замедление нейтронов, а он посмеялся – дескать, ерунда, ничего из этого не выйдет. Ну а через некоторое время появился ядерный реактор, который как раз использует принцип замедления нейтронов. Еще один классический пример – Интернет, который возник из потребности физических групп обмениваться данными».

В Лаборатории ядерных реакций занимаются не только тем, что сталкивают ядра и получают новые элементы. Одна из задач – выяснение химических свойств сверхтяжелых элементов. Дело это очень сложное, ведь «новорожденные» появляются порой в количестве лишь нескольких атомов, которые живут доли секунды. Изначально считалось, что элементы с номерами 112 и 114 аналогичны металлам вроде свинца, платины или золота. Но последние данные показывают, что новые элементы по своим свойствам скорее напоминают благородные газы.

Синтез новых элементов позволяет по-другому посмотреть на устройство атомного ядра и его роль. Изначально считалось, что ядро можно условно приравнять к положительно заряженной капле жидкости – нечто аморфное и беспорядочное.

Во многом благодаря синтезу новых элементов удалось понять, что внутри атома находится некая структура, которая гораздо ближе к кристаллу, чем к капле. И поэтому некоторые сочетания нейтронов и протонов оказываются достаточно стабильными. Как может быть организовано ядро у очень-очень тяжелых элементов, можно только предполагать.

Некоторые теоретические модели предсказывают, что ядра атомов могут быть пустыми внутри наподобие пузырей. По идее после 120-го элемента плотность должна падать к центру. Не исключено, что ядра могут быть построены как фуллерены – это такая решетка, напоминающая футбольный мяч.

Создание новых элементов приближает науку к появлению принципиально новой химии. Традиционно считалось, что свойства атомов определяются только его электронной оболочкой. Но если масса атома слишком велика, то могут возникать совершенно неожиданные эффекты.

«У сверхтяжелых элементов заряд ядра настолько велик, что электронам, чтобы они не упали в центр, нужно вращаться слишком быстро, ну а дальше начинается релятивистское возрастание массы электронов. Они становятся тяжелее. Для обычных ядер это не существенно, а вот для сверхтяжелых, скажем выше 110-го, эти поправки могут оказаться совершенно меняющими всю химическую картину».

Господь и ядерная физика…

Во время разговора с физиком в его речи периодически мелькали фразы вроде: «Когда Господь Бог творил Вселенную…» Причем сам Андрей Попенко уверяет, что он – атеист «Да, я неверующий и в церковь не хожу, но спокойно ко всему этому отношусь. Понимаете, дело в том, что люди, которые изучают природу, рано или поздно приходят к тому, что природа уж слишком хорошо устроена. Гармония, порядок… Наверное, есть какая-то высшая сила, которая это поддерживает. Хочется это изучать, и синтез элементов – один из способов такого изучения».

Светлана Тарасевич, Григорий Квасьневский, «Профиль»