МОСКВА, 29 июл - РИА Новости, Илья Ферапонтов. Физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне начали эксперимент по синтезу 117-го элемента таблицы Менделеева - в случае успеха в реальном мире появится ядро атома, возможно, никогда ранее не существовавшего во Вселенной.
"Мишень из берклия, привезенного накануне из димитровградского НИИ атомных реакторов, установлена на циклотроне У-400, циклотрон запущен, эксперимент начался", - сказал РИА Новости директор Лаборатории ядерных реакций имени Флерова ОИЯИ Сергей Дмитриев.
В природе не существует элементов с атомными номерами (числом протонов в ядре атома) больше 92, то есть тяжелее урана. Более тяжелые элементы, например, плутоний, могут нарабатываться в атомных реакторах, а элементы тяжелее 100-го (фермия) можно получать только на ускорителях, путем бомбардировки мишени тяжелыми ионами. При слиянии ядер мишени и "снаряда" и возникают ядра нового элемента.
"Пропущенный" элемент
Синтезировать сверхтяжелые элементы могут только в трех научных центрах мира - в Национальной лаборатории Беркли (США), в германском центре GSI и в "советском ЦЕРНе" - Объединенном институте ядерных исследований. Этот институт, как и ЦЕРН, является международной организацией, существующей на взносы 18 стран-членов.
В институте постоянно работают, стажируются, приезжают в командировки ученые из многих стран.
Ученых из Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ во главе с Георгием Флеровым с 1960-х годов работают в сфере синтеза сверхтяжелых элементов. Во времена СССР здесь получили 104, 105, 106, 107, 108 элементы. Здесь же были получены сверхтяжелые элементы с атомными номерами со 112 по 116 и самый тяжелый на сегодня 118-й элемент.
Теперь ученые решили заполнить "пропуск" и синтезировать 117-й элемент.
"Когда у нас в прошлом году был президент Медведев, ему рассказывали про синтез сверхтяжелых элементов. Он обратил внимание на то, что почему нет 117-го. Мы сказали, что работаем над этим. И вот сейчас так удачно сложились обстоятельства, что наши американские коллеги оказались готовы поставить нам сейчас необходимый для синтеза изотоп берклия", - рассказал РИА Новости заместитель директора Лаборатории Флерова Андрей Попеко.
Главные компоненты - берклий и кальций
Для синтеза 117-го элемента необходимы две составляющие - ускоренный пучок положительно заряженных ионов кальция-48 и мишень из берклия-249.
"Кальций-48 - очень редкий стабильный изотоп, довольно дорогой, около 200 тысяч долларов за грамм, поэтому эффективность использования этого вещества является принципиально важной", - сказал РИА Новости главный инженер лаборатории Георгий Гульбекян.
По его словам, расход кальция - 0,4-0,5 миллиграмма в час - это около 20% стоимости работы ускорителя, что не является принципиальной расходной статьей для лаборатории. "Он конечно дорогой, но не такой дорогой, как берклий", - сказал он.
Берклий-249, необходимый для синтеза, - чрезвычайно дорогой материал.
Его стоимость, по данным издания "Библиотека химических элементов", достигает 10 миллионов долларов за 100 миллиграммов. Процесс получения этого элемента длительный (до пяти лет) и чрезвычайно дорогой, и в мире существуют всего две установки, где можно это сделать - реактор HFIR в Окридже и реактор СМ в НИИАРе.
Физики из Окриджской национальной лаборатории (Oakridge National Laboratory) в США синтезировали для российских коллег 25 миллиграммов берклия-249. В димитровградском НИИ атомных реакторов берклий нанесли тонким слоем на титановую фольгу толщиной 1,5 микрона. Сектора из этой фольги были вставлены в мишень - колесо диаметром около 20 сантиметров.
Берклий отличается высокой радиоактивностью. Поэтому мишенный блок ускорителя пришлось снимать и переносить в лабораторию радиохимии, где специалисты в безопасных условиях установили в него мишень.
Физики не пошли в отпуск
Берклий распадается, превращаясь в другой элемент - калифорний. Период полураспада - 320 дней, это значит, что за это время из 25 миллиграммов берклия останется 12,5 миллиграмма. Это заставляет физиков торопится, многие участники эксперимента остались без отпуска.
"В этом случае нам пришлось переорганизоваться, в результате отпусков у нас не будет, у оперативного персонала, работать будем практически четыре-пять месяцев без остановки", - сказал РИА Новости главный инженер Лаборатории имени Флерова Георгий Гульбекян.
"Место встречи"
Ядра берклия и кальция "встретятся" в экспериментальной установке - ускорителе заряженных частиц, циклотроне У-400. Он, как и других ускорители, разгоняет заряженные частицы с помощью магнитного поля.
Этот тип ускорителя устроен так, что частица, которая находится между полюсами электромагнита, разгоняется, двигаясь по спирали, а затем вылетает в специальный канал, где ставятся мишени и другие исследовательские установки.
Циклотрон У-400 начали строить в 1974 году. Главный инженер лаборатории Георгий Гульбекян вспоминает, что программа создания этого ускорителя не финансировалась государством, и эту стройку институт оплачивал самостоятельно. Прямо в корпусе, где сейчас стоит циклотрон, стояли станки, на которых делали детали для установки.
"Было принято решение строить своими силами. Однако строили достаточно дешево, можно было использовать субботники в том числе. Например, комсомольцы "Азовстали" на таком субботнике выплавили сталь для магнитов ускорителя - 50 тысяч тонн стали мы получили бесплатно", - сказал Гульбекян РИА Новости.
Первый пучок ионов на нем был получен 16 октября 1978 года. С тех пор этот прибор неоднократно модернизировался, в частности, была установлена система внешней инжекции ионов, интенсивность пучка была увеличена в 20-30 раз - до 10 триллионов частиц в секунду, а энергия частиц была доведена до 25 мегаэлектронвольт.
Вылетев из циклотрона по специальному каналу, пучок ионов кальция "врезается" в мишень - колесо, в секторах которого закреплена фольга с напылением из берклия. Колесо очень быстро вращается, иначе пучок прожжет в нем дыру. Встречаясь с мишенью, пучок выбивает атомы, элементарные частицы, осколки ядер, и среди этого "мусора" могут быть и ядра нового элемента. Чтобы отделить их, за мишенью стоит газонаполненный сепаратор. Уже за ним стоят специализированные детекторы, которые и призваны обнаружить рождение 117-го элемента.
"Я думаю, что 117-й элемент будет жить доли секунды, скажем десятые доли, примерно. Это оценки теоретиков", - говорит Попеко.
Бремя доказательств
Однако зафиксировать появление первого ядра, первое "событие", как говорят физики - недостаточно. Необходимо проследить всю цепочку дальнейших реакций, как распадается "новорожденное" ядро, какие изотопы при этом образуются. Необходимо, чтобы "событие" повторилось неоднократно, а для международного признания результата нужно, чтобы ту же реакцию повторила другая лаборатория.
Ученые, которые подтверждают в экспериментах чужой результат, таким образом невольно помогают конкурентам. "Это вопрос сложный - не просто сложный, а очень сложный. Зачем им помогать конкурентам? Но вместе с тем, жажда познания, она такова, что они это делают все равно", - говорит Попеко.
После получения подтверждения, заявка поступает в Международный союз чистой и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry - IUPAC), который подтверждает открытие, после чего ученые имеют право предложить название для него.
"Это не просто так, это элемент - это на века. Это навечно вписывается в таблицу элементов навсегда, отныне и навсегда", - говорит ученый, отметив, что IUPAC консультируется с химиками по всему миру, чтобы название нового элемента хорошо звучало на всех языках.
Как 104-й элемент не стал "курчатовием"
В вопросы наименования новых элементов вмешивается политика. Один из первых элементов, синтезированных в СССР - 104-й - первооткрыватели предложили назвать в честь руководителя советской ядерной программы Игоря Курчатова - "курчатовием". В каких-то школах, наверное, до сих пор висят таблицы Менделеева с этим названием и символом Ku.
Однако это вызвало несогласие американских физиков, была создана комиссия, которую со стороны США возглавил Глен Сиборг, со стороны СССР - Георгий Флеров.
"Договорились, что результаты работы этой комиссии будут приняты всеми. Они опубликовали меморандум, в котором говорилось, что элементы не будут называть в честь живущих, в честь недавно умерших, а также в честь работавших в военной ядерной программе", - сказал Попеко.
Так 104-й элемент стал резерфордием. Однако спустя некоторое время 106-му элементу, присвоили название сиборгий, что нарушило абсолютно все пункты этого соглашения.
"Сиборг был жив на тот момент, участвовал в военной программе, и ездил потом по стране со значком Sb на пиджаке. У американцев был очень хороший аргумент - они не будут финансировать IUPAC, это очень убедительный аргумент оказался", - сказал собеседник агентства.
В поисках границ
Ученые лаборатории имени Флерова уверены в возможности получения 120-го элемента. В феврале глава секции химии Отделения химии и наук о материалах РАН академик Борис Мясоедов не исключил, что можно синтезировать элементы до 150-го атомного номера.
Эксперименты по синтезу сверхтяжелых элементов позволяют понять, есть ли граница существования элементов, сколько их всего может быть, а с другой стороны отвечают на вопрос откуда вообще взялись элементы, почему одних элементов много, а других мало.
"Мы изучаем ядерно-физические свойства, как далеко можно продвинуться, как элементы образовались, насколько тяжелыми вообще могут быть атомные ядра", - говорит Попеко.
Эксперимент по синтезу 117-го элемента обошелся институту примерно в 1,5 миллиона долларов, еще около 0,5 миллиона долларов пришлось на долю Окриджской лаборатории. Час работы циклотрона стоит около 300 долларов, он потребляет мегаватт энергии. Оправданы ли эти траты?
"Изучение фундаментальных законов природы приносит огромный прогресс всей цивилизации. Вы получаете новые знания. Новые знания рано или поздно будут востребованы", - уверен Попеко.
Кроме того, такой эксперимент показывает возможности страны и ее технологий.
"Это работа, которая находится на грани возможного, это высочайшая технология. Это свидетельствует о высочайшем уровне развития техники и науки в нашей стране. Это экспортные возможности. Все страны, которые в состоянии синтезировать элемент, они этим занимаются. Но таких стран мало", - заключил ученый.
