superteški elementi. Ostrvo stabilnosti: Ruski nuklearni naučnici vode trku

Rad je izveden u Laboratoriji za nuklearne reakcije (FLNR) po imenu V.I. G.N. Flerov sa Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja Dubna (JINR) uspješno. Svojstva 117. i prethodno sintetizovanih elemenata N 112-116 i 118 u Dubni su direktni dokaz postojanja takozvanog "ostrva stabilnosti" superteških elemenata, koje su teoretičari predvideli još 60-ih godina prošlog veka i značajno širenje granica periodnog sistema. Urednike Izvestiya je o jedinstvenom eksperimentu još u martu obavijestio šef FLNR, akademik Jurij Oganesjan, ali je on dao dozvolu za objavljivanje tek sada. Akademik Jurij Oganesjan, autor otkrića, rekao je posmatraču Petru Obrazcovu o suštini eksperimenta.

Izvestiya: Šta je izazvalo interesovanje naučnika za sintezu superteških elemenata, koji postoje zanemarljivo malo vremena?

yuri oganesyan: Nakon otkrića 1940-1941. prvih umjetnih elemenata - neptunija i plutonijuma - pitanje granica postojanja elemenata postalo je izuzetno interesantno za fundamentalnu nauku o strukturi materije. Do kraja prošlog stoljeća otkriveno je 17 umjetnih elemenata i ustanovljeno je da njihova nuklearna stabilnost naglo opada s povećanjem atomskog broja. U prijelazu sa 92. elementa - urana - na 102. element - nobelijum, vrijeme poluraspada jezgra smanjuje se za 16 redova veličine: sa 4,5 milijardi godina na nekoliko sekundi. Stoga se vjerovalo da će napredovanje u područje još težih elemenata dovesti do granice njihovog postojanja, u suštini, označiti granicu postojanja materijalnog svijeta. Međutim, sredinom 1960-ih teoretičari su neočekivano iznijeli hipotezu o mogućem postojanju superteških atomskih jezgara. Prema proračunima, životni vijek jezgara s atomskim brojem 110-120 trebao se značajno povećati kako se povećavao broj neutrona u njima. Prema novim idejama, oni čine ogromno "ostrvo stabilnosti" superteških elemenata, što značajno proširuje granice tabele elemenata.
P: Da li je ovo eksperimentalno potvrđeno?

Oganesyan: U periodu 1975-1996, fizičari iz Dubne, Darmstadta (GSI, Njemačka), Tokija (RIKEN) i Berkeleya (LBNL, SAD) uspjeli su istražiti ove reakcije i sintetizirati šest novih elemenata. Najteži elementi 109-112 su prvi put dobijeni u GSI i ponovljeni u RIKEN-u. No, vrijeme poluraspada najtežih jezgara proizvedenih u ovim reakcijama iznosilo je samo desethiljaditi dio ili čak hiljaditi dio sekunde. Hipoteza o postojanju superteških elemenata prvi put je eksperimentalno potvrđena u Dubni, u istraživanju koje je sprovela naša grupa u saradnji sa naučnicima iz Nacionalne laboratorije. Lawrence u Livermoreu (SAD). Uspeli smo da radikalno promenimo pristup sintezi superteških jezgara, na primer, bombardovanjem mete od veštačkog elementa berkelijum (N 97) snopom projektila iz izuzetno retkog i skupog izotopa kalcijuma (N 20) sa masa 48. Kada su jezgra spojena, element N 117 (97 + 20 = 117). Rezultati su premašili i najoptimističnija očekivanja. U periodu 2000-2004, skoro u roku od pet godina, u takvim reakcijama su prvi put sintetizirani superteški elementi s atomskim brojevima 114, 116 i 118.

i: A kakav su naučni doprinos dali američki naučnici?

Oganesyan: U nuklearnoj reakciji sa snopom kalcija, 117. element se može dobiti samo upotrebom mete napravljene od umjetnog elementa berkelija. Poluživot ovog izotopa je samo 320 dana. Zbog kratkog vijeka trajanja, proizvodnja berkelija u potrebnoj količini (20-30 miligrama) mora se odvijati u reaktoru s vrlo velikom gustinom neutronskog fluksa. Samo izotopski reaktor u američkoj nacionalnoj laboratoriji u Oak Ridgeu može se nositi s takvim zadatkom. Inače, upravo je u ovom laboratoriju prvi put proizveden plutonijum za američku atomsku bombu. Pošto se od trenutka proizvodnje berkelija njegova količina za 320 dana smanji za polovinu, bilo je potrebno sve radove izvoditi velikom brzinom. I to ne samo u laboratorijama, već iu službenim strukturama Rusije i Sjedinjenih Država vezanim za certifikaciju neobičnog materijala, transport visoko radioaktivnog proizvoda kopnom i zrakom, sigurnost i tako dalje.

i: Dostojan avanturističke priče. I šta se dalje dogodilo?

Oganesyan: Početkom juna 2009. godine kontejner je stigao u Moskvu. Od ove supstance u Istraživačkom institutu za atomske reaktore (Dimitrovgrad) izrađena je meta u vidu najtanjeg sloja berkelijuma (300 nanometara) nanesenog na tanku titanijumsku foliju; u julu je meta isporučena u Dubnu. Do tada su svi pripremni radovi na FLNR-u bili završeni i počelo je kontinuirano zračenje mete intenzivnim snopom kalcijuma. Već pri prvom zračenju mete, u trajanju od 70 dana, imali smo sreće: detektori su pet puta registrovali obrazac formiranja i raspada jezgara 117. elementa. Očekivano, jezgra ovog elementa su se transformisala u jezgra 115. elementa, 115. element se pretvorio u 113., a zatim se 113. element pretvorio u 111. element. I element 111 se raspao s vremenom poluraspada od 26 sekundi. U nuklearnim razmjerima, ovo je ogroman period! Sada je periodni sistem dopunjen još jednim od najtežih elemenata sa atomskim brojem 117.

i: Naravno, naše čitaoce će zanimati kakvu praktičnu primjenu može imati vaše otkriće.

Oganesyan: Sada, naravno, nijedan, jer je dobijeno samo nekoliko atoma elementa N 117. Sa fundamentalne tačke gledišta, ideje o našem svijetu sada bi se trebale dramatično promijeniti. Štoviše, ako se sintetiziraju elementi s ogromnim poluraspadom, onda je moguće da i oni postoje u prirodi i da bi mogli "preživjeti" do našeg vremena od formiranja Zemlje - 4,5 milijardi godina. I provodimo eksperimente u potrazi za njima, naša instalacija se nalazi u dubinama alpskih planina.

i: Pitanje iz drugog aviona. Što mislite zašto očigledni uspjesi u nuklearnoj fizici u posljednjih 20 godina nisu dobili Nobelove nagrade?

Oganesyan: Fizika je velika. Po svemu sudeći, druge oblasti ove nauke su interesantnije za članove Nobelovog komiteta. I zaista ima mnogo vrednih naučnika. Inače, moram imenovati učesnike našeg eksperimenta: Oak Ridge National Laboratory (prof. James Roberto), Univerzitet. Vanderbilt (prof. Joseph Hamilton), Nacionalna laboratorija. Lorensa u Livermoru (Dawn Shaughnessy), Istraživačkom institutu za atomske reaktore, Dimitrovgrad (Mihail Rjabinin) i Laboratoriji za nuklearne reakcije JINR (predvodi Jurij Oganesjan).

Od urednika. Element N 117 će se privremeno zvati "jedan-jedan-sedam" na latinskom, odnosno ununseptium. Grupa akademika Jurija Oganesijana - autori otkrića - imaju pravo da daju pravo ime ovom elementu, kao i elementima N 114-116 i 118 koje su oni otkrili. U "Nedelji" od 26. marta pozvali smo čitaoci da dostave svoje prijedloge za naziv "naših" elemenata. Za sada se samo "kurchatovy" za jedan od ovih elemenata čini razumnim. Takmičenje se nastavlja.

Superteški elementi na ostrvu stabilnosti

Teorijsko i eksperimentalno proučavanje stabilnosti jezgra dalo je sovjetskim fizičarima razlog da revidiraju do sada korištene metode. metode za proizvodnju teških transuranija. U Dubni su odlučili krenuti novim putevima i uzeti za metu dovesti i bizmuta.

Jezgro, kao i atom u cjelini, ima struktura ljuske. Atomska jezgra koja sadrže 2-8-20-28-50-82-114-126-164 protona (tj. jezgra atoma s takvim serijskim brojem) i 2-8-20-28-50-82-126- 184-196- 228-272-318 neutrona zbog kompletne strukture njihovih školjki. Tek nedavno su ova gledišta potvrđena kompjuterskim proračunima.

Ovakva neobična stabilnost upala je u oči, prije svega, kada se proučava obilje pojedinih elemenata u svemiru. izotopi, koji imaju ove nuklearne brojeve, nazivaju se magijom. Izotop bizmuta 209 Bi, koji ima 126 neutrona, je tako magičan nuklid. Ovo također uključuje izotope. kiseonik, kalcijum, kalaj. Oni su dvostruko magični: za helijum - izotop 4 He (2 protona, 2 neutrona), za kalcijum - 48 Ca (20 protona, 28 neutrona), za olovo - 208 Pb (82 protona, 126 neutrona). Odlikuje ih vrlo posebna čvrstoća jezgra.

Koristeći jonske izvore novog tipa i moćnije akceleratore teških jona - jedinice U-200 i U-300 su uparene u Dubni, grupa G. N. Flerova i Yu. Ts. Oganesyana ubrzo je počela imati protok teških jona sa izuzetnom energijom. Kako bi postigli nuklearnu fuziju, sovjetski fizičari su ispalili 280 MeV iona hroma na mete napravljene od olova i bizmuta. Šta bi se moglo dogoditi? Početkom 1974. atomski naučnici u Dubni registrovali su 50 slučajeva tokom takvog bombardovanja, što ukazuje na formiranje 106. elementa, koji se, međutim, raspada nakon 10 -2 s. Ovih 50 atomskih jezgri formirano je prema shemi:

208 Pb + 51 Cr = 259 X

Malo kasnije, Ghiorso i Seaborg iz laboratorije Lawrence Berkeley izvijestili su da su sintetizirali izotop novog, 106 th, element sa masenim brojem 263 bombardovanjem kalifornija-249 jonima kiseonika u aparatu Super-HILAC.

Kako će se zvati novi element? Ostavljajući po strani prethodne nesuglasice, dvije grupe na Berkliju i Dubni, koje su se takmičile u naučnom takmičenju, ovoga puta su postigle konsenzus. Prerano je govoriti o imenima, rekao je Hovhannisyan. A Ghiorso je dodao da je odlučeno da se uzdrže od bilo kakvih prijedloga o nazivu 106. elementa dok se situacija ne razjasni.

Do kraja 1976. Laboratorija za nuklearne reakcije u Dubni završila je seriju eksperimenata o sintezi 107. elementa; služio je kao početna supstanca za "alhemičare" Dubne magično"Bizmut-209. Kada je bombardovan jonima hroma sa energijom od 290 MeV, pretvorio se u izotop 107 -ti element:

209 Bi + 54 Cr = 261 X + 2 n

107. element spontano se raspada s vremenom poluraspada od 0,002 s i, osim toga, emituje alfa čestice.

Vremena poluraspada od 0,01 i 0,002 s pronađena za 106. i 107. element nas su učinila opreznim. Na kraju krajeva, ispostavilo se da su oni nekoliko redova veličine veći nego što su kompjuterski proračuni predviđali. Možda je na 107. element već primjetno utjecala blizina naknadnog magičnog broja protona i neutrona - 114, što povećava stabilnost?
Ako je tako, onda je postojala nada da se dobiju dugovječni izotopi elementa 107, na primjer, granatiranjem berkelium neonski joni. Proračuni su pokazali da bi izotop bogat neutronima nastao ovom reakcijom trebao imati poluživot veći od 1 s. To bi nam omogućilo da proučavamo hemijska svojstva 107. elementa - ecaria.

Najdugovječniji izotop prvog transuranija, element 93, neptunijum-237, ima vrijeme poluraspada od 2.100.000 godina; najstabilniji izotop 100. elementa - fermijum-257 - samo 97 dana. Počevši od 104. elementa poluživoti su samo delići sekunde. Stoga se činilo da nema apsolutno nikakve nade za otkrivanje ovih elemenata. Zašto su potrebna dalja istraživanja?

Albert Ghiorso, vodeći američki specijalista za transuranike, jednom je u vezi s tim rekao: " Razlog za nastavak traganja za daljim elementima je jednostavno zadovoljenje ljudske radoznalosti – šta se dešava iza sledećeg krivina ulice? Međutim, ovo, naravno, nije samo naučna kuriozitet, Ghiorso je ipak jasno stavio do znanja koliko je važno nastaviti s takvim fundamentalnim istraživanjem.

Šezdesetih godina prošlog vijeka teorija magičnih nuklearnih brojeva dobija sve veći značaj. U "moru nestabilnosti" naučnici su očajnički pokušavali da nađu spas" ostrvo relativne stabilnosti", na kojem bi mogla čvrsto da počiva noga istraživača atoma. Iako ovo ostrvo još nije otkriveno, poznate su njegove "koordinate": element 114, exlead, smatra se centrom velikog regiona stabilnosti. Izotop 298 elementa 114 dugo je bio predmet naučne kontroverze jer je, sa 114 protona i 184 neutrona, jedno od onih dvostruko magičnih atomskih jezgara za koje se predviđa da će trajati. Ali šta znači dugovečnost?

Preliminarni proračuni pokazuju da se poluživot sa oslobađanjem alfa čestica kreće od 1 do 1000 godina, a u odnosu na spontanu fisiju - od 10 8 do 10 16 godina. Takve fluktuacije, kako ističu fizičari, objašnjavaju se blizinom "kompjuterske hemije". Predviđaju se vrlo ohrabrujući poluživoti za sljedeće ostrvo stabilnosti, element 164, odvratiti. Izotop 164. elementa s masenim brojem 482 je također dvostruko magičan: njegovo jezgro čine 164 protona i 318 neutrona.

Nauka je zainteresovana i pravedna magični superteški elementi, kao što je izotop 294 elementa 110 ili izotop 310 elementa 126, od kojih svaki sadrži 184 neutrona. Nevjerovatno je kako istraživači prilično ozbiljno žongliraju sa ovim imaginarnim elementima, kao da već postoje. Iz kompjutera se izvlači sve više novih podataka, a sada se već definitivno zna šta svojstva - nuklearna, kristalografska i hemijska - treba da imaju ove superteške elemente. U specijalizovanoj literaturi se skupljaju tačni podaci za elemente koje bi ljudi mogli otkriti za 50 godina.

Trenutno nuklearni naučnici putuju morem nestabilnosti u iščekivanju otkrića. Iza njih je bilo čvrsto tlo: poluostrvo prirodnih radioaktivnih elemenata, obilježeno brdima torijuma i uranijuma, i dalekosežno čvrsto tlo sa svim ostalim elementima i vrhovima. olovo, kalaj i kalcijum.
Hrabri mornari su dugo bili na otvorenom moru. Na neočekivanom mjestu pronašli su plitko: otvoreni 106 i 107 elementi su stabilniji od očekivanog.

Posljednjih godina već dugo plovimo po moru nestabilnosti, tvrdi G. N. Flerov, i odjednom, u posljednjem trenutku, osjetimo tlo pod nogama. Slučajni podvodni kamen? Ili sprud dugo očekivanog ostrva održivosti? Ako je drugo tačno, onda imamo pravu priliku da stvaramo novi periodični sistem stabilnih superteških elemenata sa neverovatnim svojstvima.

Nakon što je postala poznata hipoteza o stabilnim elementima u blizini serijskih brojeva 114, 126, 164, istraživači širom svijeta su nasrnuli na ove " superheavy"atomi. Neki od njih, sa navodno dugim poluraspadom, nadali su se da će biti pronađeni na Zemlji ili u svemiru, barem u obliku tragova. Uostalom, kada je nastao naš solarni sistem, i ovi elementi su postojali, kao i svi drugi.

Tragovi superteških elemenata- šta pod tim treba razumeti? Kao rezultat njihove sposobnosti da se spontano cijepaju na dva nuklearna fragmenta velike mase i energije, ovi transuranci su trebali ostaviti jasne tragove uništenja u obližnjoj materiji.
Slični tragovi se mogu vidjeti u mineralima pod mikroskopom nakon što su urezani. Uz pomoć ove metode tragova razaranja, sada je moguće pratiti postojanje davno mrtvih elemenata. Iz širine ostavljenih tragova može se procijeniti i redni broj elementa - širina staze je proporcionalna kvadratu nuklearnog naboja.
Nadaju se da će otkriti i "živi" još superteški elementi, na osnovu činjenice da više puta emituju neutrone. Tokom spontanog procesa fisije, ovi elementi emituju do 10 neutrona.

Tragovi superteških elemenata traženi su u kvržicama mangana iz dubina okeana, kao i u vodama nakon otapanja glečera polarnih mora. Za sada bezuspješno. G. N. Flerov i njegovi saradnici pregledali su olovno staklo antičke vitrine iz 14. veka, lajdensku teglu iz 19. veka i vazu od olovnog kristala iz 18. veka.
Prvo je ukazano na nekoliko tragova spontane fisije exlead- 114. element. Međutim, kada su naučnici iz Dubne ponovili svoja mjerenja sa vrlo osjetljivim detektorom neutrona u najdubljem rudniku soli u Sovjetskom Savezu, nisu dobili pozitivan rezultat. Kosmičko zračenje, koje je, očigledno, izazvalo uočeni efekat, nije moglo prodrijeti do takve dubine.

Godine 1977. profesor Flerov je sugerirao da je konačno otkrio " novi transuranijumski signali„prilikom proučavanja dubokih termalnih voda poluostrva Čeleken u Kaspijskom moru.
Međutim, broj prijavljenih slučajeva bio je premali za jasnu dodjelu. Godinu dana kasnije, Flerovljeva grupa je registrovala 150 spontanih podjela mjesečno. Ovi podaci su dobijeni pri radu sa jonskim izmenjivačem punjenim nepoznatim transuranijem iz termalnih voda. Flerov je procijenio da je poluživot prisutnog elementa, koji još nije uspio izolovati, na milijarde godina.

Drugi istraživači su otišli u drugim pravcima. Profesor Fowler i njegovi saradnici na Univerzitetu u Bristolu izveli su eksperimente s balonima na velikoj visini. Uz pomoć detektora malih količina jezgara otkrivena su brojna područja s nuklearnim nabojem većim od 92. Britanski istraživači su vjerovali da jedan od tragova čak ukazuje na elemente 102 ... 108. Kasnije su napravili amandman: nepoznati element ima serijski broj 96 ( curium).

Kako ove superteške čestice dospiju u stratosferu zemaljske kugle? Do sada je izneseno nekoliko teorija. Prema njima, teški atomi bi trebali nastati eksplozijama supernove ili drugim astrofizičkim procesima i doći do Zemlje u obliku kosmičkog zračenja ili prašine – ali tek nakon 1000 – 1.000.000 godina. Ove kosmičke padavine se trenutno traže kako u atmosferi tako iu dubokim morskim sedimentima.

Dakle, superteški elementi mogu biti u kosmičkom zračenju? Istina, prema američkim naučnicima koji su izveli eksperiment Skylab 1975. godine, ova hipoteza nije potvrđena. U svemirskoj laboratoriji koja je kružila oko Zemlje instalirani su detektori koji apsorbuju teške čestice iz svemira; samo su pronađeni numere poznatih elemenata.
Lunarna prašina doneta na Zemlju nakon prvog sletanja na Mesec 1969. nije ništa manje pažljivo ispitivana na prisustvo superteških elemenata. Kada su pronađeni tragovi "dugoživih" čestica do 0,025 mm, neki istraživači su smatrali da se one mogu pripisati elementima 110 - 119.

Slični rezultati dobijeni su iz istraživanja anomalnog izotopskog sastava plemenitog gasa ksenona sadržanog u različitim uzorcima meteorita. Fizičari su izrazili mišljenje da se ovaj efekat može objasniti samo postojanjem superteških elemenata.
Sovjetski naučnici u Dubni, koji su analizirali 20 kg meteorita Allende koji je pao u Meksiko u jesen 1969. godine, kao rezultat tromjesečnog posmatranja, uspjeli su otkriti nekoliko spontanih pukotina.
Međutim, nakon što je ustanovljeno da je "prirodno" plutonijum-244, koji je nekada bio sastavni dio našeg Sunčevog sistema, ostavlja potpuno slične tragove, tumačenje se počelo pažljivije provoditi.

Atomsko jezgro je sistem nukleona, koji se sastoji od Z protona i N neutrona, vezanih nuklearnom interakcijom. Energija vezivanja atomskog jezgra u modelu tečne kapljice opisana je Bethe-Weizsäcker formulom [3, 4]. Ovisno o vijeku trajanja i odnosu između Z i N Atomska jezgra se dijele na stabilna i radioaktivna. Fenomen radioaktivnosti otkrio je A.A. Bequerel 1896. godine, koji je otkrio dosad nepoznato zračenje koje emituju soli urana.
Godine 1898. Pjer i Marija Kiri izolovali su nove elemente, radijum Ra ( Z = 88) i polonijum Po (Z = 84), koji takođe poseduje svojstvo radioaktivnosti. E. Rutherford je 1898. godine pokazao da zračenje uranijuma ima dvije komponente: pozitivno nabijene α-čestice (4 He jezgra) i negativno nabijene β-čestice (elektroni) [6, 9]. 1900. P. Willard je otkrio γ-zračenje uranijuma.
Stabilna jezgra se nalaze u takozvanoj dolini stabilnosti (slika 1). Odnos N prema Z duž linije stabilnosti zavisi od masenog broja A = N + Z:

N / Z \u003d 0,98 + 0,015A 2/3. (jedan)

Rice . 1.NZ dijagram atomskog jezgra

Trenutno je poznato oko 3500 atomskih jezgara, broj stabilnih jezgara je oko 300. Lijevo od doline stabilnosti su radioaktivna jezgra koja se raspadaju kao rezultat β + raspada i e-hvatanja. Udaljavajući se od doline stabilnosti prema jezgrima preopterećenim protonima, njihovo vrijeme poluraspada se smanjuje. Granica B p(N,Z) = 0 (B p(N,Z) − energija razdvajanja protona u jezgru (N,Z)) ograničava područje postojanja jezgara na lijevoj strani.
Pri kretanju iz doline stabilnosti prema jezgrima preopterećenim neutronima, smanjuje se i vrijeme poluraspada jezgara. Desno je područje postojanja jezgara ograničeno relacijom V n (N, Z) = 0 (V n (N, Z) − energija razdvajanja neutrona u jezgru (N, 2)). Van granica
B p (N,Z) = 0 i (B n (N,Z) = 0 atomskih jezgara ne mogu postojati, jer se njihov raspad događa u karakterističnom nuklearnom vremenuτ otrov = 10 -22 s.
Područje jezgara sa viškom protona je eksperimentalno proučavano gotovo u potpunosti do B p (N, Z) granice. = 0. Što se tiče jezgara sa viškom neutrona, tada (sa izuzetkom lakih jezgara) područje eksperimentalno otkrivenih jezgara leži prilično daleko od B n (N, Z) granice = 0. Još oko 2500 − 3000 nam nepoznatih jezgara može se locirati u ovoj regiji.

Akademik G.N. Flerov:
Vrijednost informacija dobivenih proučavanjem izotopa koji se nalazi daleko od područja stabilnosti je mnogo veća od onoga što saznajemo proučavajući izotope smještene u blizini ovog područja. Ovo je−opšti metodološki pristup koji koriste i fizičari i hemičari,
−proučavaju svojstva materije u ekstremnim uslovima njenog postojanja. Izotopi daleko od regiona (β -stabilnost, ograničavajuća su u smislu da u jednom slučaju, kada ima malo protona, a broj neutrona relativno velik, glavnu ulogu imaju nuklearne sile; u drugom slučaju, kada postoji višak protona, Kulonove odbojne sile igraju veoma značajnu ulogu, do te mere da postaje moguć radioaktivni raspad jezgara uz emisiju protona.
S tim u vezi postaje razumljivo naše posebno interesovanje za proučavanje jezgara transuranijumskih elemenata, gde su Kulonove sile toliko jake da savladavaju nuklearne sile privlačenja. Potencijalna barijera koja drži jezgro u ravnoteži u cjelini gotovo nestaje i dijeli se na fragmente. Istovremeno, specifični nuklearni efekti povezani sa unutrašnjom strukturom jezgra mogu biti izuzetno izraženi. Upravo u ovoj oblasti elemenata otkrivena je nova vrsta nuklearne izomerije.−izomerija oblika. Mogući su i brojni drugi zanimljivi fenomeni, povezani, na primjer, sa prisustvom drugog minimuma u energiji nuklearne deformacije.

Izvještaj Organizacionom odboru UNESCO konferencije,
posvećena 100. godišnjici nastanka periodnog sistema.

Postoje i ograničenja postojanja atomskih jezgara sa strane superteških elemenata. Elementi sa Z > 92 nisu pronađeni u prirodnim uslovima. Proračuni zasnovani na tečno-kapljinskom modelu jezgra predviđaju nestanak fisione barijere za jezgra sa Z 2 /A ≈ 41 (približno 104 elementa). U problemu postojanja superteških jezgara treba izdvojiti dva kruga pitanja.

• Koja svojstva treba da imaju superteška jezgra? Hoće li biti magičnih brojeva u ovoj oblasti Z i N? Koji su glavni kanali raspada i poluživoti superteških jezgara?
• Koje reakcije treba koristiti za sintezu superteških jezgara, vrste bombardirajućih jezgara, očekivane poprečne presjeke, očekivane energije pobude složenog jezgra i kanale za otklanjanje pobude nastalih jezgara?

Problem sinteze superteških elemenata usko je povezan sa činjenicom da jezgra sa Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, N = 126 (magični brojevi) imaju povećanu stabilnost u odnosu na različite vrste radioaktivnog raspada. Ovaj fenomen se objašnjava u okviru modela nuklearne ljuske - magični brojevi odgovaraju ispunjenim nuklearnim ljuskama [12, 13]. Naravno, postavlja se pitanje postojanja sljedećih magičnih brojeva u Z i N. U slučaju da postoje na području NZ - dijagrami atomskih jezgara N > 150, Z > 101, treba posmatrati superteška jezgra sa povećanim poluživotom, tj. mora postojati Ostrvo stabilnosti. Primjena metode

Drugi su se raspali i nisu preživjeli do danas. Uranijum se i dalje raspada – to je radioaktivni element.

Svi elementi nakon uranijuma su teži od njega. Nastali su negdje u procesu nukleosinteze (proces u kojem se jezgra složenih teških kemijskih elemenata formiraju od jednostavnijih i lakših atomskih jezgara), ali nisu opstala do danas. Danas se mogu nabaviti samo umjetno.

Otkriće prvih vještačkih elemenata, neptunija i plutonijuma, 1940-1941, bilo je početak novog pravca u nuklearnoj fizici i hemiji za proučavanje svojstava transuranijumskih elemenata i njihovu primjenu u mnogim poljima nauke i tehnologije. Kao rezultat dugogodišnjeg intenzivnog rada nuklearnih fizičara, sintetizirano je nekoliko novih elemenata.

Postoje tri međunarodno priznata istraživačka centra za sintezu teških elemenata: u Dubni (Rusija), u Berkliju (SAD) i u Darmštatu (Nemačka). Svi novi elementi, počevši od 93. (neptunijum) su dobijeni u ovim laboratorijama. Novi element se ne smatra otkrivenim sve dok jedna grupa istraživača ne dobije pouzdane rezultate o proučavanju njegovih atoma i dok druga (nezavisna) grupa naučnika ne potvrdi ove rezultate. Zbog toga se udaljene ćelije periodnog sistema pune veoma sporo.

Godine 1940 - 1953, profesor Glen Seaborg i njegove kolege u Radijacijskoj nacionalnoj laboratoriji (Berkeley, SAD) sintetizirali su umjetne elemente sa Z = 93 - 100. reaktorima. Sve teže jezgre nastaju u akceleratorima čestica, u kojima se sudaraju jezgre i čestice ubrzane do velikih brzina. Kao rezultat sudara nastaju jezgra superteških elemenata, koja postoje vrlo kratko, a zatim se ponovo raspadaju. Zahvaljujući tragovima ovog raspada, utvrđeno je da je sinteza teškog jezgra bila uspješna.

Elementi teži od Z=100 sintetizirani su u reakcijama sa ubrzanim teškim ionima, kada se kompleks protona i neutrona unosi u ciljno jezgro. Od 1960-ih, era akceleratora elementarnih čestica - ciklotrona, započela je era ubrzanja teških jona, kada je sinteza novih elemenata počela da se provodi samo interakcijom dva teška jezgra. Međutim, sredinom 1970-ih bilo je praktički nemoguće proučavati hemijska svojstva elemenata 104, 105, 106 i 107, jer njihov životni vek - delići mikrosekunde - nije omogućio potpuno hemijsko istraživanje. Svi su sintetizirani u reakcijama hladne fuzije (hladna fuzija masivnih jezgara otkrivena je 1974. godine; oslobađa jedan ili dva neutrona s relativno malim energijama).

Element 104 je prvi put sintetizovan u Dubni 1964. godine. Primila ga je grupa naučnika iz Laboratorije za nuklearne reakcije na čelu sa Georgijem Flerovim. 1969. godine, element je dobila grupa naučnika na Univerzitetu Berkli u Kaliforniji. 1997. element je nazvan ruterfordijum, simbol Rf.

Element 105 sintetizirale su 1970. godine dvije nezavisne grupe istraživača u Dubni (SSSR) i Berkeleyju (SAD). Dobio je naziv dubnium u čast grada Dubne, gdje se nalazi Zajednički institut za nuklearna istraživanja, u kojem se sintetizira nekoliko kemijskih elemenata, simbol Db.

Element 106 je prvi put nabavljen u SSSR-u od strane Georgija Flerova i njegovih saradnika 1974. godine, a sintetizovan je skoro istovremeno u SAD od strane Glena Siborga i saradnika. 1997. Međunarodna unija čiste i primijenjene hemije (IUPAC) odobrila je za element 106 naziv seaborgium (u čast Seaborga), simbol Sg.

Reakcije hladne fuzije masivnih jezgara uspješno su korištene za sintezu šest novih elemenata, od 107 do 112, u GSI Nacionalnom centru za nuklearnu fiziku u Darmstadtu (Njemačka). Prve eksperimente za dobijanje elementa 107 izveli su u SSSR-u Jurij Oganesjan i njegovi saradnici 1976. godine. Prve pouzdane informacije o nuklearnim svojstvima elementa 107 dobivene su u Njemačkoj 1981. i 1989. godine. IUPAC je 1997. odobrio naziv bohrium za element 107 (u čast Nielsa Bohra), simbol Bh.

Prvi eksperimenti za dobijanje elementa 108 izvedeni su u SSSR-u 1983-1984. Pouzdani podaci o nuklearnim svojstvima elementa 108 dobijeni su u Njemačkoj 1984. i 1987. godine. 1997. IUPAC je odobrio naziv Hasijum za element 108 (prema zemlji Hesen, Njemačka), simbol Hs.

Element 109 je prvi put nabavljen u Njemačkoj 1982. godine i potvrđen 1984. godine. 1994. IUPAC je odobrio naziv meitnerium za element 109 (u čast Lise Meitner), simbol za planinu.

Element 110 otkriven je 1994. godine u Centru za istraživanje teških jona u Darmstadtu (Njemačka) tokom eksperimenta nanošenja posebne legure koja sadrži olovo na ploče i bombardiranja izotopima nikla. Darmstadtium je dobio ime po gradu Darmstadt (Njemačka), gdje je otkriven. Ds simbol.

Element 111 je takođe otkriven u Nemačkoj i nazvan je rentgenijum (hemijski simbol Rg) u čast nemačkog naučnika Wilhelma-Konrada Roentgena.

Element 112 ima radni naziv "ununbiy" (Uub), formiran od latinskih brojeva "jedan-jedan-dva". To je transuranski element dobiven bombardiranjem olovne mete jezgrima cinka. Njegovo poluvrijeme je oko 34 sekunde.

Ununbijum je prvi put dobijen u februaru 1996. u akceleratoru teških jona u Darmštatu. Za dobijanje atoma novog elementa tim naučnika koristio je jone cinka sa atomskim brojem 30, koji su u akceleratoru od 120 metara ubrzani do veoma visokih energija, nakon čega su pogodili metu od olova, čiji je atomski broj 82. Kada se jezgra cinka i olova spoje, nastaje jezgra novog elementa, čiji je redni broj jednak zbiru atomskih brojeva originalnih komponenti. U junu 2009. IUPAC je zvanično priznao svoje postojanje.

Teže elemente - sa atomskim brojevima 112-116 i trenutno najteži element 118 - dobili su ruski naučnici iz Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja u Dubni 2000-2008, ali još uvijek čekaju zvanično priznanje IUPAC-a.

Trenutno ruski fizičari iz laboratorije Flerov Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja u Dubni sprovode eksperiment sinteze elementa 117, čije je mjesto u periodnom sistemu između prethodno dobijenih elemenata 116 i 118 još prazno.

Dana 28. novembra 2016. godine, Međunarodna unija čiste i primijenjene hemije (IUPAC) dodijelila je imena četiri superteška elementa: nihonijum (element 113 periodnog sistema), moscovium (element 115), tenesin (element 117) i oganeson (element 118). ). Muscovy, tennessine i oganesson prvi put su nabavljeni u Ruskoj Federaciji u suradnji s američkim fizičarima. Na godišnjicu ovog datuma N+1 Zajedno sa Yandex Publishingom, pozivamo vas da zamislite sebe kao alhemičara i pokušate sintetizirati jedan (ili nekoliko, ako imate sreće) superteških elemenata u akceleratoru elementarnih čestica.

Superteški hemijski elementi sa atomskim brojem većim od 100 mogu se dobiti samo u reakcijama fuzije u akceleratorima čestica. U njima se teško jezgro mete ispaljuje lakšim jezgrima projektila. Jezgra novih elemenata nastaju u slučaju preciznog pogotka i fuzije jezgra projektila i mete. Imate priliku da se osjećate kao alhemičar amater i kreirate novi element. Na raspolaganju su vam jezgra projektila i ciljna jezgra. Odaberite par i kliknite na dugme "Omogući akcelerator". Ako odaberete pravi par, dobit ćete superteški element, vidjeti njegove produkte raspadanja i saznati ko je i kada sintetizirao u stvarnosti.

A mi smo zajedno sa Yandex Publishingom pripremili odgovore na uobičajena pitanja na internetu o superteškim elementima. Kliknite na pitanje da vidite odgovor.

Da li je moguće predvidjeti koliko se superteških elemenata još može otkriti? Postoji li maksimalan broj protona koji mogu biti u jezgru i koji bi ograničili masu elementa?

Sva takva predviđanja temelje se na modernim modelima stabilnosti atomskih jezgara. Na osnovu najnaivnijih razmatranja, čini se da bilo koja jezgra može biti stabilna u kojoj se kulonsko odbijanje između pozitivno nabijenih protona kompenzira snagom veze između njih zbog jake interakcije. Za to, u svakom slučaju, u jezgri mora postojati određeni broj nenabijenih neutrona, ali je odnos između broja neutrona i protona nedovoljan uslov za stabilnost atomskih jezgara. Ovdje dolazi do izražaja kvantna priroda nukleona: oni imaju polucijeli spin i, poput elektrona, teže da se uparuju i formiraju ispunjene energetske nivoe.

Ovi efekti dovode do razlike u stabilnosti proton-neutronskih sistema u odnosu na nekoliko puteva raspada - spontana fisija (koja nastaje kao rezultat kvantnih mehaničkih efekata i bez eksterne ekscitacije dovodi do razdvajanja na lakša jezgra i neutrone), kao i α- i β-raspad sa emisijom α-čestice ili elektrona (ili pozitrona), respektivno. S obzirom na svaki od kanala raspadanja, svako jezgro ima svoj životni vijek. Dakle, s povećanjem atomskog broja elementa, vjerovatnoća spontane fisije naglo raste, što nameće značajna ograničenja na postojanje stabilnih jezgara superteških elemenata - svi oni moraju biti nestabilni s prilično kratkim poluživotom. Dakle, za sve elemente teže od olova ne postoje stabilni izotopi, svi su radioaktivni.

Međutim, teorija predviđa da čak i među superteškim elementima mogu postojati izotopi s relativno dugim životnim vijekom. Oni bi trebali postojati za sisteme sa odgovarajućim omjerom protona i neutrona i potpuno ispunjenim nivoima protona i neutrona. Ipak, još uvijek nije bilo moguće sintetizirati takve elemente, a ako se čini da je moguće u bliskoj budućnosti doći do najbližeg "ostrva stabilnosti" (koji se predviđa za jezgro flerovijuma sa 184 neutrona), tada će biti moguće pronaći teža jezgra sa sljedećom ispunjenom ljuskom među apsolutno nestabilnim sistemima.mnogo teže, ako ne i nemoguće.

Vrijedi, međutim, napomenuti da su sva ova predviđanja zasnovana na modelima koji dobro funkcioniraju za relativno male jezgre, ali za superteške elemente, na primjer, oblik jezgra počinje prilično primjetno odstupati od sfernog, što zahtijeva korekcije. na ove modele.

Imaju li superteški elementi neku praktičnu upotrebu? Ili će se možda pojaviti u budućnosti?

U ovom trenutku, superteški elementi nemaju praktičnu primjenu. To je zbog nekoliko razloga. Prvo, njihova sinteza je izuzetno složen tehnološki proces koji traje prilično dugo, što rezultira stvaranjem vrlo malog broja jezgara. Drugo, od svih elemenata sa atomskim brojem većim od sto, samo fermijum (element 100) i mendelevijum (element 101) imaju relativno stabilne izotope sa poluživotom od 100 odnosno 50 dana. Za ostale superteške elemente, čak i najstabilniji od sintetiziranih izotopa se raspadaju u najboljem slučaju za nekoliko desetina sati, a češće za sekunde ili čak milisekunde.

Stoga je za sada proces fuzije superteških jezgara od fundamentalnog interesa samo za proučavanje interakcije nukleon-nukleon i interakcije između kvarkova. Svojstva sintetiziranih izotopa pomažu u izgradnji preciznijih teorijskih modela koji se mogu koristiti ne samo za proučavanje jezgara atoma na Zemlji, već i, na primjer, za proučavanje neutronskih zvijezda, u čijem jezgru gustoća nukleona značajno premašuje gustinu u atomska jezgra.

Naučnici očekuju da bi u budućnosti superteški elementi mogli imati i neke praktične primjene vezane, posebno, za razvoj senzora ili radiografskih metoda u medicini ili industriji. Možda će to biti neki novi načini upotrebe koji se sada ne mogu predvidjeti, ali ih u narednim godinama svakako ne treba očekivati, jer se za to moraju radikalno promijeniti tehnologije njihove proizvodnje.

Da li je moguće dobiti stabilne izotope superteških elemenata ili će svi biti samo radioaktivni?

Stabilni izotopi elemenata nakon olova u periodnom sistemu su trenutno nepoznati. Serijski broj vodećih u periodnom sistemu je 82. To znači da će svi elementi počevši od bizmuta biti na neki način radioaktivni. Poluživot ovih elemenata, međutim, može varirati u vrlo širokim granicama. Dakle, najstabilniji izotop bizmuta, koji se ranije smatrao stabilnim, ima poluživot od 2 × 10 19 godina, što je nekoliko redova veličine duže od starosti Univerzuma.

Trenutno sintetizirani izotopi superteških elemenata (sa serijskim brojem u tabeli elemenata većim od sto) imaju vrijeme poluraspada mnogo kraće od bizmuta i varira od sto dana do djelića milisekundi. Svi su takođe radioaktivni.

Međutim, prema teorijskim predviđanjima, za neke elemente sa određenim brojem protona i neutrona u jezgri, moguće je značajno povećanje vremena poluraspada. Potreban broj neutrona i protona u jezgru odgovara potpuno ispunjenim neutronskim i protonskim ljuskama i trebao bi biti 114 za protone i 184 za neutrone. Teoretski, ova konfiguracija bi trebala dovesti do povećanja poluživota sa stotina mikrosekundi na 10 5 godina. Relativna stabilnost jezgara s brojem protona i neutrona blizu ovih vrijednosti sugerira postojanje "ostrva stabilnosti" među superteškim elementima. Međutim, još nije bilo moguće eksperimentalno potvrditi njegovo postojanje. Ali čak i tako značajno povećanje životnog vijeka jezgara neće učiniti ove izotope stabilnim - oni će ostati radioaktivni.

Da li je moguće, barem teoretski, otkriti superteške elemente u prirodi? Ili barem produkti njihovog raspadanja, koji bi dokazali da takvi elementi postoje?

Nijedan od superteških elemenata nije pronađen u prirodi (što nije iznenađujuće s obzirom da svi imaju vrlo kratko vrijeme poluraspada). Najveći atomski broj do sada pronađen u prirodi je uranijum, sa 92 protona u svom jezgru.

Početkom 1970-ih objavljeno je da je u prirodnim mineralima pronađen element s atomskim brojem 108 (kasnije je sintetiziran pod imenom hassium), prije desetak godina rečeno je da su tragovi elementa 122 pronađeni u uzorcima torija, ali ove činjenice nisu potvrđene.

Na Zemlji ne postoje uslovi neophodni za sintezu stabilnih superteških jezgara i nikada nisu postojali, ali se veruje da se pri eksplozijama supernove mogu postići bliski slični uslovi. U tom slučaju temperatura raste do vrijednosti dovoljne da pokrene brzu apsorpciju neutrona jezgrama (tzv. r-proces). Do sada nije bilo pouzdanih potvrda o prirodnom formiranju elemenata s atomskim brojem većim od 100 u takvim procesima, međutim, u toku su istraživanja o sastavu kosmičkih zraka na prisustvo tragova superteških elemenata u njima. Konkretno, 2011. raspravljalo se o otkriću čestica s atomskim brojem preko 100 u materiji meteorita. Ovi podaci, međutim, takođe nisu potvrđeni.

Otkud izraz “transfermijumski ratovi” i zašto se tako često postavlja pitanje prvenstva jedne ili druge grupe u sintezi novog elementa?

Ovaj izraz se obično koristi za sporove između SAD i SSSR-a oko prioriteta u otkrivanju elemenata sa serijskim brojevima 104,105 i 106, koji su otkriveni 60-ih i 70-ih godina XX vijeka. Sam termin "transfermijumski ratovi" (svi ovi elementi se nalaze u periodnom sistemu odmah iza fermija) prvi put je predložen 1994. godine. U Sovjetskom Savezu, sinteza je izvedena u Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja u Dubni, u SAD-u - u Lawrence Berkeley i Livermore National Laboratories. Prvi uspješni pokušaji sintetiziranja elementa 104 sada datiraju iz 1964. godine, elementa 105 iz 1970., a elementa 106 iz 1974. godine.

Sovjetska strana je vjerovala da je upravo u Dubni prvi put bilo moguće sintetizirati 104. i 105. element, te je za njih koristila nazive "Kurchatovium" i "Nilsborium". Američki naučnici kritizirali su rezultate sovjetskih eksperimenata i tvrdili da su oni prvi dobili ove elemente fizike u svojim laboratorijama i nazvali ih "rutherfordium" i "ganium" (u čast Ernesta Rutherforda i Otta Hahna). Međutim, zbog činjenice da je značajan dio sinteznih podataka u to vrijeme bio zatvoren, bilo je prilično teško nedvosmisleno utvrditi superiornost jedne ili druge grupe.

Zbog toga se proces određivanja primata otezao 30 godina i postao jedan od elemenata Hladnog rata. Tek 1994. godine okupljena je međunarodna komisija koja je pregledala poznate podatke i predložila svoja imena za elemente. U početku su neke od donesenih odluka izazvale kontroverze, posebno o imenovanju elemenata po još uvijek živoj osobi (Glenn Seaborg), prenošenju imena s jednog elementa na drugi u vezi sa početnim prijedlozima (koji su uključivali treću stranu u sporu - Njemačko društvo za Studija teških elemenata, čiji su naučnici sintetizirali 107., 108. i 109. element).

Kao rezultat toga, pronađeno je kompromisno rješenje, a 1997. je došlo do konačnog odobrenja prioriteta i naziva elemenata. Konkretno, odlučeno je da se ne ovjekovječuju imena Igora Kurchatova i Otta Hahna, koji su bili povezani sa sovjetskim i nacističkim nuklearnim projektima. 104. i 106. element sada koriste nazive koje je predložila američka strana (rutherfordium i seaborgium), 105. element se naziva dubnium u znak priznanja zasluga sovjetskih naučnika, za 107., 108. i 109. element koriste nazive koje je predložio Njemački naučnici - bohrium, hassium i meitnerium (samo se prvi od njih razlikuje od predložene verzije - prvobitno je predloženo da se zove nilsborium). Sada se, zahvaljujući otvorenosti podataka i propisanoj proceduri dodjeljivanja naziva elementima, mnogo lakše rješavaju pitanja o prioritetu.

Minijatura iz alhemijskog rukopisa iz 16. veka "Sjaj sunca"

Mogu li se superteški elementi roditi u eksplozijama supernove? I možemo li snimiti ovo rođenje?

Poznato je da tokom eksplozija supernove može doći do stvaranja jezgara veoma teških elemenata, poput uranijuma ili torijuma. Ova jezgra se formiraju mehanizmom hvatanja brzog neutrona (tzv. r-proces). Vjeruje se da eksplozija supernove stvara dovoljnu temperaturu - oko četiri milijarde stepeni - da pokrene ovaj proces. Međutim, učestalost stvaranja najtežih jezgara, čak i pod takvim uslovima, nije velika. Također se vjeruje da je, pored uranijuma i torija, tokom eksplozije supernove, na primjer, moguće formiranje kalifornija (ovo je 98. element).

Za formiranje težih jezgara kao rezultat r-procesa, mora se pokrenuti termonuklearna reakcija - tako je, na primjer, na Zemlji bilo moguće po prvi put sintetizirati einsteinium (99. element) i fermium (100.). Pretpostavlja se da nekoliko termonuklearnih eksplozija takođe može dovesti do postizanja ostrva stabilnosti kao rezultat r-procesa. Međutim, danas je opšteprihvaćeno da prilikom eksplozija supernove takvi uslovi nisu ispunjeni i da se ne formiraju elementi sa serijskim brojevima većim od 100. Ipak, tragovi stabilnih superteških elemenata, koji bi mogli nastati prilikom eksplozija supernove, i dalje se traže, na primjer, u kosmičkim zracima i meteoritima koji su njima ozračeni. Potvrda sinteze lakših elemenata (na primjer, uranijuma ili kalifornija) vrši se spektroskopskim proučavanjem proizvoda njihove spontane fisije.

Zašto reakcije fuzije superteških elemenata ne uspijevaju tako često kada bi teoretski trebale funkcionirati?

Superteška jezgra se dobijaju spajanjem lakših jezgara jedno s drugim. Da bi se to postiglo, meta težih elemenata se bombarduje jezgrima lakših. Da bi se dobila jezgra sa potrebnim brojem protona i neutrona, potrebno je pravilno odabrati one jezgre koje se koriste kao mete i projektili. Može postojati nekoliko problema koji smanjuju vjerovatnoću formiranja željenog jezgra i njegovog otkrivanja.

Prvo, da bi se formiralo željeno jezgro, potrebno je prevladati elektrostatičku barijeru - uostalom, oba sudarajuća jezgra imaju prilično veliki pozitivni naboj (i prije nego što privlačne sile počnu djelovati na kratkim udaljenostima između protona, mora postojati elektrostatičko odbijanje velikog dometa savladati). Da bi se to postiglo, onim jezgrima koje bombardiraju metu u početku se mora dati dovoljno visoka energija.

Da bi se ova barijera smanjila, korisnije je koristiti jezgre s prilično velikim brojem protona kao upadne čestice. Međutim, njihov izbor je trenutno ograničen. Ranije su, za sintezu novih jezgara, mete teških elemenata, kao što su olovo, plutonijum ili uranijum, bombardovane relativno lakim jezgrima, kao što su neon-22 ili kiseonik-18. Kasnije su u te svrhe korišteni različiti izotopi težih elemenata: željezo-58, nikl-62, nikl-64 ili cink-70. Reakcioni proizvodi različitih meta sa izotopom kalcija-48 postali su izuzetno važni.

Obećavajuće su reakcije u kojima se uranijumska meta bombarduje jonima iz superteških elemenata - istog uranijuma, kalifornije, einsteinijuma. Da bi se povećala vjerovatnoća formiranja jezgra, potrebno je da upadno jezgro ima relativno mali ugaoni moment, a rezultirajuća "složena jezgra" ima oblik blizak sfernom. Kršenje ovih zahtjeva dovodi do toga da se reakcije ne javljaju. Međutim, čak i uz ispravan odabir parametara, proces sinteze je vrlo dug - zračenje mete u trajanju od nekoliko mjeseci može dovesti do sinteze stotina željenih jezgara.

Dakle, ograničen izbor izotopa koji se mogu koristiti u reakcijama fuzije, njihova tehnički teška implementacija i dugo vrijeme reakcije značajno smanjuju vjerovatnoću sinteze željenih jezgara - čak i onih koje bi, prema teorijskim predviđanjima, trebale biti stabilne.

Nekada se vjerovalo da bi centar "ostrva stabilnosti" trebao biti u području elementa 114, ali gdje se prema modernim idejama nalazi "ostrvo stabilnosti"? Možda uopšte ne postoji?

Centar "ostrva stabilnosti", prema modelu ljuske jezgra, odgovara potpuno ispunjenim protonskim i neutronskim školjkama - izotopu sa serijskim brojem 114 i masenim brojem 298, odnosno jezgrom koje se sastoji od 114 protona i 184 neutroni.

Neki naučnici smatraju da bi centar "ostrva stabilnosti" mogao odgovarati sledećem protonskom "magičnom broju" i samim tim bi element sa 120. brojem (a možda čak i sa 126.) trebao biti stabilniji. Osim toga, zbog velike vjerovatnoće α-raspada, centar stabilnosti se može pomjeriti u odnosu na broj 114 na 112. i 110. element.

Budući da je za formiranje relativno stabilnog jezgra važan ne samo broj protona u njemu, već i broj neutrona, do sada nije bilo moguće sintetizirati izotope sa potrebnim brojem nukleona zbog ograničenog izbora izotopa. u eksperimentu. Dakle, ne postoje potrebni podaci koji bi potvrdili postojanje „ostrva stabilnosti“. Međutim, ona mjerenja koja su obavljena za manje stabilne izotope superteških elemenata dobro se slažu sa podacima teorijskih modela.

Ipak, vrijedno je napomenuti da je položaj "ostrva stabilnosti" određen u okviru koncepta modela ljuske jezgra, koji s velikim brojem neutrona ili protona možda neće raditi sasvim točno. Konkretno, neki efekti povezani s interakcijom kvarkova za jezgre bogate neutronima ne mogu se objasniti pomoću njega.

Koliki je vek trajanja elemenata u centru "ostrva stabilnosti"?

Prema teorijskim predviđanjima, centar "ostrva stabilnosti" odgovara jezgru, koje se sastoji od 114 protona i 184 neutrona. Još nije bilo moguće sintetizirati tako težak izotop. Međutim, prema teorijskim modelima, upravo ovaj broj nukleona u jezgri odgovara potpuno ispunjenim energetskim ljuskama.

Što se tiče vremena poluraspada ovih elemenata, u nuklearnoj fisiji treba uzeti u obzir tri moguća procesa: spontanu nuklearnu fisiju, kao i α- i β-raspad. Prema tome, poluživot 298 114, prema modelskim predviđanjima, trebao bi biti približno 10 16 godina u odnosu na spontanu fisiju, 10 godina u odnosu na α-raspad i oko 10 5 godina u odnosu na β-raspad.

Uzimajući u obzir sve vrste raspadanja, najstabilnije jezgro je jezgro 298 110. Prema teoriji, njegovo poluživot bi trebao biti oko 10 9 godina. Međutim, oblast stabilnih jezgara je relativno široka i skoro sve jezgre sa parnim brojem protona od 110 do 114 i parnim brojem neutrona od 180 do 184 imaju vreme poluraspada duže od 1 godine.

Za sada su ovi brojevi samo rezultat teorijskih proračuna. Najteži i najstabilniji izotop elementa 114 (Flerovium Fl) koji je do sada dobijen eksperimentalno je 289 Fl. Njegovo poluvrijeme je oko 30 sekundi. Period najstabilnijeg izotopa elementa 110 (darmstadtium Ds) je oko 10 sekundi. Ipak, eksperimentalno dobivene vrijednosti prilično se dobro slažu s predviđanjima teorijskih modela, pa ako je moguće sintetizirati željene jezgre s velikim brojem neutrona, njihov životni vijek može značajno porasti.

Prije deset godina naučnici su govorili da bi moglo postojati drugo "ostrvo stabilnosti". Jeste li uspjeli pronaći?

Općenito, prema modernim teorijskim modelima, u vidljivom području elemenata ne mogu postojati dva, već čak i više „ostrva stabilnosti“, koji će odgovarati jezgrima s potpuno ispunjenim neutronskim i protonskim ljuskama, kada je broj nukleona jednak takozvanom “magičnom broju”. Sada element koji može biti "ostrvo stabilnosti" odgovara izotopu koji se sastoji od 114 protona i 184 neutrona. Prema modernim modelima ljuske jezgra, sljedeći "magični brojevi" za protone su 126 i 164, a za neutrone - 196, 228 i 272.

O mogućem postojanju relativno stabilnih jezgara sa 120 ili 126 protona priča se dugo, a prije deset godina govorilo se o mogućem postojanju "ostrva stabilnosti" u području 164. elementa. Ipak, ako se još može očekivati ​​moguće proučavanje 120. elementa u relativno bliskoj budućnosti, onda nije potrebno govoriti o eksperimentalnom proučavanju 126., a još više 164. elementa. Za to su potrebni novi akceleratori teških jezgara, koji bi omogućili rad s niskim koncentracijama kratkoživućih izotopa. Trenutno ne postoje takvi uređaji.

Sada je najteži element, čija je sinteza potvrđena, oganeson s atomskim brojem 118. Osim toga, vrijedno je napomenuti da nije dokazana ni primjenjivost teorijskih modela korištenih za tako teške jezgre.

Da li je moguće posmatrati neutronske zvijezde kao džinovsko atomsko jezgro? Ako ne, koja je glavna razlika?

Ne, neutronska zvijezda, iako se sastoji uglavnom od protona i neutrona, nije mnogo slična džinovskom atomskom jezgru. U stvari, zvijezda ima prilično složenu strukturu - najmanje pet slojeva s različitim svojstvima, a teška atomska jezgra su dio nekih od njih kao jedna od važnih komponenti. U ovom slučaju, u vanjskim slojevima u neutronskoj zvijezdi, na primjer, postoje i elektroni. A u unutrašnjim slojevima - bliže centru neutronske zvijezde - ima puno slobodnih neutrona.

Uprkos činjenici da je atomsko jezgro kvantno mehanički sistem sa maksimalnom gustinom neutrona i protona na Zemlji, gustina nukleona u neutronskim zvezdama je mnogo veća. Veličina neutronskih zvijezda je samo nekoliko desetina kilometara, a njihova masa često premašuje masu Sunca, pa bliže centru zvijezde ima vrlo veliku gustoću - nekoliko puta veću nego u bilo kojem atomskom jezgru. U jezgru neutronske zvijezde samo je nekoliko postotaka elektrona i protona, od kojih najveći dio čine neutroni, koji su u stanju Fermijeve tekućine. U samom centru zvezde, u unutrašnjem jezgru, gustina nukleona može biti 10-15 puta veća od gustine u atomskim jezgrima, dok tačan sastav, stanje i mehanizmi interakcije čestica u tako gustim sistemima nisu poznati. zasigurno.

Proučavanja jezgri bogatih neutronima pružaju važne informacije o tome kako neutroni i kvarkovi mogu da interaguju u jezgru neutronske zvezde, ali stanje nukleona u centru neutronske zvezde je u svakom slučaju veoma različito od onog koje se može primetiti u atomska jezgra čak i najtežih elemenata.

Alexander Dubov