Знакомьтесь 102-й элемент
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
102-й элемент. Его называли раньше «нобелий». Почему раньше? Дело в том, что право на название имеют первооткрыватели. Когда в 1957 году объединенная группа шведских, американских и английских физиков открыла новый, 102-й элемент, шведы назвали его нобелием, в честь своего знаменитого соотечественника — изобретатели динамита. Но, к сожалению, произошла ошибка. Это выяснилось примерно через год, когда американцы, в точности повторив эксперимент, ничего не обнаружили. Одновременно группа русских ученых показала, что время жизни того изотопа 102-го элемента, на открытие которого претендовали шведы, должно быть не 10 минут, как они утверждали, а от 2 до 40 секунд. Следовательно, шведы наблюдали что-то не то. Так был подписан «смертный приговор» нобелию.
Немного позднее, в 1958 году, американцы объявили об открытии ими одного из изотопов 102-го элемента. Это был первый, но несколько неуверенный шаг на пути решения задачи.
102-й элемент можно получить, бомбардируя ядра урана (порядковый номер 92) ядрами неона (порядковый помер 10). Теоретически все ясно, а на практике атом 102-го элемента получается только в одним из ста миллионов случаев. Дело в том, что когда ядро неона проникает в ядро урана, оно приносит с собой слишком много энергии. Образующееся ядро как бы вскипает и мгновенно разлетается на два осколка. И лишь одно из ста миллионов ядер «испаряет» 4 нейтрона и превращается в «холодное» ядро 102-го. Причем, чем больше будет падать ускоренных до определенной энергии ядер неона на урановую мишень, тем с большей вероятностью можно ожидать появления 102-го элемента.
В 1962 году в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, заработал на полную мощность циклотрон для ускорения многозарядных ионов. Интенсивность пучка ионов в ней превосходила в сотни раз интенсивность в существующих ускорителях. Когда все было приведено в боевую готовность, начались опыты.
Трудности начались с самого начала. Циклотрон не имел специального вывода пучка частиц, поэтому было решено поместить основную экспериментальную аппаратуру прямо в вакуумную камеру ускорителя. Для этого аппаратуру нужно было сделать очень компактной — чуть меньше обыкновенного комнатного телефона.
Когда в ходе экспериментов были получены 700 атомов 102-го, возникла вторая трудность: надо было доказать, что получены именно атомы нового изотопа 102-го элемента.
Давайте на минутку заглянем в ту «кухню», где изготовлялся 102-й элемент. Ускоренные ионы неона, ударяясь о тонкую урановую мишень, рождают ядра 102-го. За мишенью находится газ аргон. Получившиеся в результате столкновения ядра 102-го элемента, пролетая сквозь аргон, тормозятся в нем и медленно оседают на своеобразный конвейер — металлическую ленту, которая выносит их из зоны облучения в особый сборник. Там ядро 102-го элемента, испустив альфа-частицу, превращаете в фермий. Ядро фермия, получив импульс отдачи, срывается с «конвейера» и подхваченное электрическим полем, попадает на серебряную фольгу.
Свойства фермия хорошо изучены. По его количеству и распределению вдоль «конвейера» можно уверенно судить о числе атомов 102-го элемента и периоде его полураспада. Ведь ядро фермия тоже испускает альфа-частицы. Спектр этих альфа-частиц, то есть распределение их по энергии, является его визитной карточкой. Но на фольге много других трансурановых элементов, и все они испускают альфа-частицы. Чтобы выбраться из этой «каши» альфа-частиц, нужно химически отделить фермий от других элементов. Это уже задача химии, но даже неспециалист понимает, как трудно производить химические реакции, когда имеешь считанные десятки атомов. С этой задачей блестяще справился радиохимик В. А. Ермаков.
Когда опыты подходили к концу, из США пришло сообщение о работе С. Юханссена, большого специалиста по трансурановым элементам. Он утверждал, что изотоп-256 должен иметь время жизни порядка одной сотой секунды. Атомы же 102-го, созданные учеными, жили 8 секунд. Расхождение в тысячу раз!
Физики предполагают, что, двигаясь все дальше по таблице Менделеева, мы получим трансурановые элементы с достаточно большим периодом полураспада. Критическая же масса у них (то есть количество вещества, при котором начинается ядерная реакция) будет невелика. Это позволит создать небольшие реакторы, которые найдут широкое применение в самых различных областях. Сейчас даже трудно предсказать все те блага, которые получат в свое распоряжение люди, овладев синтезом трансурановых элементов.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.