Bạn có thể bình luận tại đây hoặc .

CHICAGO, ngày 17 tháng 2. Lần đầu tiên, người ta có thể đo khối lượng của một nguyên tố nặng hơn uranium - phương pháp mới mở đường cho "hòn đảo ổn định" được dự đoán từ lâu của các nguyên tố siêu nặng ổn định, nằm ngoài bảng tuần hoàn thông thường.

Hạt nhân uranium chứa 92 proton, nó là nguyên tố nặng nhất mà chúng ta biết được tìm thấy trong tự nhiên. Tất nhiên, trong điều kiện nhân tạo, những hạt nặng hơn, lên tới 118 proton, cũng đã được tổng hợp. Tất cả những "đối thủ nặng ký" này đều có thời gian tồn tại cực kỳ ngắn, chúng tan rã chỉ trong vài phần nghìn giây.

Nhưng vào giữa thế kỷ 20, khả năng tồn tại của các nguyên tố siêu nặng chứa một tỷ lệ proton và neutron nhất định và có tuổi thọ dài hơn nhiều - hàng thập kỷ, hoặc thậm chí hơn, đã được dự đoán về mặt lý thuyết. Kể từ đó, con đường dẫn đến "hòn đảo ổn định" này đã trở thành một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của vật lý hạt nhân. Và không phải từ một lợi ích học thuật thuần túy. Các nguyên tố ổn định siêu nặng có thể đóng vai trò là nhiên liệu tuyệt vời cho động cơ hạt nhân của các sứ mệnh không gian trong tương lai. Theo tính toán, chúng cũng nên thể hiện các tính chất vật lý và hóa học bất thường và hữu ích.

Tuy nhiên, cho đến tận bây giờ, vẫn chưa ai biết chính xác nơi chúng ta nên đến hòn đảo này. Một số tính toán cho thấy rằng một nơi nào đó trong khu vực tập trung vào 114 proton trên mỗi hạt nhân, những nơi khác - từ 120 đến 126 proton. Các tính toán bị cản trở bởi thực tế là các nhà khoa học không có ý tưởng chính xác về lực mạnh và yếu hoạt động như thế nào trong hạt nhân "đông dân" của các nguyên tố đó, giữ các proton và neutron của chúng lại với nhau. Sự tồn tại ngắn ngủi của các nguyên tố siêu nặng thu được trong phòng thí nghiệm không cho phép người ta thu thập đủ dữ liệu thực nghiệm.

Một bước đột phá mới trong lĩnh vực này hứa hẹn là công trình gần đây của một nhóm các nhà khoa học Đức do Michael Block đứng đầu, người đã tìm ra cách đo trực tiếp khối lượng của các hạt nặng hơn uranium. Và vì khối lượng và năng lượng có liên quan với nhau theo công thức Einstein nổi tiếng E = mc2, nên việc xác định khối lượng của một nguyên tử cho phép (có tính đến các yếu tố bổ sung) tính toán các lực mà các hạt trong hạt nhân của nó liên kết với nhau.

Để đo khối lượng của một nguyên tử, các nhà khoa học đã sử dụng một thiết bị gọi là bẫy Penning, trong đó, nói một cách đơn giản, các ion được giữ lại với nhau bằng một trường điện từ. Đối tượng của các phép đo là nobelium, hạt nhân bao gồm 102 proton - nhiều hơn 10 proton so với uranium. Giống như các nguyên tố "nhân tạo" khác, nó được tạo ra do sự va chạm của các nguyên tố nhẹ hơn một chút và tồn tại cực kỳ ngắn (tối đa 58 phút). Nhiệm vụ chính mà các nhà vật lý người Đức đã giải quyết được là tìm cách làm chậm các nguyên tử trước khi chúng rơi vào bẫy, mà các nhà khoa học đã quyết định cho chúng đi qua một buồng chứa đầy heli trước.

Giờ đây, khi có một phương pháp cho phép "cân" các nguyên tử siêu nặng tồn tại trong thời gian ngắn, các nhà thí nghiệm có thể xác định chính xác hơn các thông số của chúng. Và các nhà lý thuyết trên cơ sở những dữ liệu này - để lựa chọn giữa các mô hình cạnh tranh dự đoán vị trí của "hòn đảo ổn định".

Phương pháp này cho phép một người di chuyển xa hơn nhiều dọc theo Bảng tuần hoàn, mặc dù trong thực tế, có thể không dễ sử dụng nó cho các nguyên tố nặng nhất thu được. Nếu chỉ vì bản thân việc tổng hợp những người khổng lồ như vậy đã là một quá trình cực kỳ khó khăn. Nếu cùng một loại Nobelium có thể thu được với sự trợ giúp của một thí nghiệm đã chuẩn bị sẵn với tần số trung bình là 1 nguyên tử mỗi giây, thì với các nguyên tố nặng hơn, hạt nhân chứa hơn 104 proton, thì mọi thứ sẽ lâu hơn nhiều. Ví dụ, để có được 1 nguyên tử có thể mất một tuần.

Nhưng nếu mọi thứ suôn sẻ, sớm hay muộn phương pháp này sẽ cho phép bạn chú ý đến cư dân của "hòn đảo ổn định". Vì các nguyên tố siêu nặng như vậy thường được phát hiện bởi các sản phẩm phân rã của chúng và các nguyên tố ổn định có thời gian tồn tại quá dài, nên các phương pháp làm việc truyền thống với các nguyên tử nặng không phù hợp với điều này.

Công trình được thực hiện tại Phòng thí nghiệm phản ứng hạt nhân (FLNR) mang tên V.I. G.N. Flerov của Viện nghiên cứu hạt nhân chung Dubna (JINR) thành công. Các tính chất của các nguyên tố thứ 117 và được tổng hợp trước đó N 112-116 và 118 ở Dubna là bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại của cái gọi là "đảo ổn định" của các nguyên tố siêu nặng, được các nhà lý thuyết dự đoán từ những năm 60 của thế kỷ trước và đáng kể mở rộng giới hạn của bảng tuần hoàn. Các biên tập viên của Izvestiya đã được thông báo về thí nghiệm độc đáo vào tháng 3 bởi người đứng đầu FLNR, Viện sĩ Yuri Oganesyan, nhưng ông chỉ cho phép xuất bản ngay bây giờ. Viện sĩ Yury Oganesyan, tác giả của khám phá, nói với nhà quan sát Peter Obraztsov về bản chất của thí nghiệm.

Izvestiya: Điều gì đã khiến các nhà khoa học quan tâm đến việc tổng hợp các nguyên tố siêu nặng tồn tại trong một thời gian ngắn không đáng kể?

yuri oganesyan: Sau khi khám phá ra các nguyên tố nhân tạo đầu tiên vào năm 1940-1941 - neptunium và plutonium - câu hỏi về giới hạn tồn tại của các nguyên tố trở nên vô cùng thú vị đối với khoa học cơ bản về cấu trúc của vật chất. Vào cuối thế kỷ trước, 17 nguyên tố nhân tạo đã được phát hiện và người ta thấy rằng độ ổn định hạt nhân của chúng giảm mạnh khi số nguyên tử tăng. Trong quá trình chuyển đổi từ nguyên tố thứ 92 - uranium - sang nguyên tố thứ 102 - nobelium, chu kỳ bán rã của hạt nhân giảm 16 bậc độ lớn: từ 4,5 tỷ năm xuống còn vài giây. Do đó, người ta tin rằng việc tiến vào khu vực của các nguyên tố thậm chí còn nặng hơn sẽ dẫn đến giới hạn tồn tại của chúng, về bản chất, sẽ đánh dấu giới hạn tồn tại của thế giới vật chất. Tuy nhiên, vào giữa những năm 1960, các nhà lý thuyết bất ngờ đưa ra giả thuyết về khả năng tồn tại của hạt nhân nguyên tử siêu nặng. Theo tính toán, thời gian tồn tại của các hạt nhân có số nguyên tử 110-120 đáng lẽ phải tăng lên đáng kể khi số lượng neutron trong chúng tăng lên. Theo những ý tưởng mới, chúng tạo thành một "hòn đảo ổn định" rộng lớn gồm các nguyên tố siêu nặng, giúp mở rộng đáng kể ranh giới của bảng nguyên tố.
Q: Điều này đã được xác nhận bằng thực nghiệm chưa?

Oganesyan: Năm 1975-1996, các nhà vật lý từ Dubna, Darmstadt (GSI, Đức), Tokyo (RIKEN) và Berkeley (LBNL, Hoa Kỳ) đã tìm cách điều tra các phản ứng này và tổng hợp sáu nguyên tố mới. Các nguyên tố nặng nhất 109-112 lần đầu tiên thu được tại GSI và được lặp lại tại RIKEN. Nhưng chu kỳ bán rã của các hạt nhân nặng nhất được tạo ra trong các phản ứng này chỉ là phần mười nghìn hoặc thậm chí một phần nghìn giây. Giả thuyết về sự tồn tại của các nguyên tố siêu nặng lần đầu tiên được xác nhận bằng thực nghiệm ở Dubna, trong nghiên cứu do nhóm của chúng tôi thực hiện với sự cộng tác của các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Quốc gia. Lawrence ở Livermore (Mỹ). Ví dụ, chúng tôi đã xoay sở để thay đổi hoàn toàn cách tiếp cận tổng hợp hạt nhân siêu nặng bằng cách bắn mục tiêu từ nguyên tố nhân tạo berkeli (N 97) bằng chùm tia phóng từ một đồng vị canxi (N 20) cực kỳ hiếm và đắt tiền. của 48. Khi hợp nhất các hạt nhân ta được nguyên tố N 117 (97 + 20 = 117). Kết quả vượt quá cả những kỳ vọng lạc quan nhất. Vào năm 2000-2004, gần như trong vòng 5 năm, chính trong những phản ứng như vậy, lần đầu tiên các nguyên tố siêu nặng có số nguyên tử 114, 116 và 118 được tổng hợp.

và: Và các nhà khoa học Mỹ đã có những đóng góp khoa học gì?

Oganesyan: Trong phản ứng hạt nhân với chùm canxi, nguyên tố thứ 117 chỉ có thể thu được bằng cách sử dụng bia làm từ nguyên tố nhân tạo berkelium. Chu kỳ bán rã của đồng vị này chỉ là 320 ngày. Do thời gian tồn tại ngắn, việc sản xuất berkeli với lượng cần thiết (20-30 miligam) phải được thực hiện trong lò phản ứng có mật độ dòng neutron rất cao. Chỉ có lò phản ứng đồng vị tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Hoa Kỳ ở Oak Ridge mới có thể xử lý một nhiệm vụ như vậy. Nhân tiện, chính trong phòng thí nghiệm này, plutonium lần đầu tiên được sản xuất cho bom nguyên tử của Mỹ. Kể từ thời điểm sản xuất berkelium, số lượng của nó giảm một nửa sau 320 ngày, nên cần phải thực hiện tất cả các công việc với tốc độ cao. Và không chỉ trong các phòng thí nghiệm, mà còn trong các cấu trúc chính thức của Nga và Hoa Kỳ liên quan đến chứng nhận vật liệu bất thường, vận chuyển sản phẩm có tính phóng xạ cao bằng đường bộ và đường hàng không, an toàn, v.v.

và: Xứng đáng là một câu chuyện phiêu lưu. Và chuyện gì đã xảy ra tiếp theo?

Oganesyan: Vào đầu tháng 6 năm 2009, container đến Moscow. Một mục tiêu ở dạng lớp berkeli mỏng nhất (300 nanomet) lắng đọng trên một lá titan mỏng được chế tạo từ chất này tại Viện Nghiên cứu Lò phản ứng Nguyên tử (Dimitrovgrad); vào tháng 7, mục tiêu đã được chuyển đến Dubna. Vào thời điểm đó, tất cả các công việc chuẩn bị tại FLNR đã hoàn thành và việc chiếu xạ liên tục mục tiêu bằng chùm canxi cường độ cao bắt đầu. Ngay trong lần chiếu xạ đầu tiên của mục tiêu, kéo dài 70 ngày, chúng tôi đã may mắn: các máy dò đã ghi lại mô hình hình thành và phân rã hạt nhân của nguyên tố thứ 117 năm lần. Đúng như dự đoán, hạt nhân của nguyên tố này biến thành hạt nhân của nguyên tố thứ 115, nguyên tố thứ 115 biến thành nguyên tố thứ 113, rồi nguyên tố thứ 113 biến thành nguyên tố thứ 111. Và nguyên tố 111 đã phân rã với chu kỳ bán rã là 26 giây. Ở quy mô hạt nhân, đây là một thời gian rất lớn! Bây giờ bảng tuần hoàn đã được bổ sung thêm một trong những nguyên tố nặng nhất có số nguyên tử 117.

và: Đương nhiên, độc giả của chúng tôi sẽ quan tâm đến ứng dụng thực tế mà khám phá của bạn có thể có.

Oganesyan: Bây giờ, tất nhiên là không, bởi vì người ta chỉ thu được một vài nguyên tử của nguyên tố N 117. Từ quan điểm cơ bản, những ý tưởng về thế giới của chúng ta bây giờ sẽ thay đổi đáng kể. Hơn nữa, nếu các nguyên tố có chu kỳ bán rã khổng lồ được tổng hợp, thì rất có thể chúng cũng tồn tại trong tự nhiên và có thể "tồn tại" đến thời đại của chúng ta kể từ khi Trái đất hình thành - 4,5 tỷ năm. Và chúng tôi đang tiến hành các thí nghiệm để tìm kiếm chúng, cơ sở của chúng tôi nằm ở độ sâu của dãy núi Alpine.

và: Một câu hỏi từ một bình diện khác. Bạn nghĩ tại sao những thành công rõ ràng trong lĩnh vực vật lý hạt nhân trong hơn 20 năm qua không được trao giải thưởng Nobel?

Oganesyan: Vật lý rất quan trọng. Rõ ràng, các lĩnh vực khác của khoa học này thú vị hơn đối với các thành viên của Ủy ban Nobel. Và thực sự có rất nhiều nhà khoa học xứng đáng. Nhân tiện, tôi phải nêu tên những người tham gia thí nghiệm của chúng tôi: Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (Giáo sư James Roberto), Đại học. Vanderbilt (GS. Joseph Hamilton), Phòng thí nghiệm Quốc gia. Lawrence ở Livermore (Dawn Shaughnessy), Viện Nghiên cứu Lò phản ứng Nguyên tử, Dimitrovgrad (Mikhail Ryabinin) và Phòng thí nghiệm Phản ứng Hạt nhân của JINR (do Yuri Oganesyan đứng đầu).

Từ biên tập viên. Tạm thời, nguyên tố N 117 sẽ được gọi bằng tiếng Latinh là "one-one-seven", tức là ununseptium. Nhóm của Viện sĩ Yuri Oganesyan - tác giả của khám phá - có quyền đặt tên thật cho nguyên tố này, cũng như các nguyên tố N 114-116 và 118 do họ phát hiện. độc giả gửi đề xuất của họ cho tên của các yếu tố "của chúng tôi". Cho đến nay, chỉ có "kurchatovy" cho một trong những yếu tố này có vẻ hợp lý. Cuộc thi vẫn tiếp tục.

Ngoài ra còn có những hạn chế về sự tồn tại của hạt nhân nguyên tử từ phía các nguyên tố siêu nặng. Không tìm thấy các nguyên tố có Z > 92 trong điều kiện tự nhiên. Các tính toán dựa trên mô hình giọt chất lỏng dự đoán sự biến mất của hàng rào phân hạch đối với các hạt nhân có Z2/A ≈ 46 (về nguyên tố 112). Trong vấn đề tổng hợp các hạt nhân siêu nặng, nên chọn ra hai nhóm câu hỏi.

1. Hạt nhân siêu nặng nên có những tính chất gì? Sẽ có những con số kỳ diệu trong vùng Z và N này. Kênh phân rã chính và chu kỳ bán rã của các hạt nhân siêu nặng là gì?
2. Những phản ứng nào nên được sử dụng để tổng hợp các hạt nhân siêu nặng, các loại hạt nhân bắn phá, tiết diện dự kiến, năng lượng kích thích hạt nhân hợp chất dự kiến ​​và các kênh khử kích thích?

Do sự hình thành các hạt nhân siêu nặng xảy ra do sự hợp nhất hoàn toàn của hạt nhân mục tiêu và hạt tới, nên cần phải tạo ra các mô hình lý thuyết mô tả động lực học của quá trình hợp nhất hai hạt nhân đang va chạm thành một hạt nhân hỗn hợp.
Vấn đề tổng hợp các nguyên tố siêu nặng có liên quan chặt chẽ với thực tế là các hạt nhân có Z,N = 8, 20, 28, 50, 82, N = 126 (số ma thuật) có độ ổn định tăng lên đối với các dạng phân rã phóng xạ khác nhau. Hiện tượng này được giải thích trong khuôn khổ của mô hình vỏ - các số ma thuật tương ứng với các vỏ được lấp đầy. Đương nhiên, câu hỏi đặt ra về sự tồn tại của các số ma thuật sau trong Z và N. Nếu chúng tồn tại trong vùng của giản đồ N-Z của các hạt nhân nguyên tử N > 150, Z > 101, thì các hạt nhân siêu nặng sẽ được quan sát thấy với chu kỳ bán rã tăng lên, I E. phải có một hòn đảo ổn định. Dựa trên các tính toán được thực hiện bằng cách sử dụng thế Woods-Saxon với sự cho phép đối với tương tác spin-quỹ đạo, người ta đã chỉ ra rằng sự gia tăng độ ổn định của các hạt nhân nên được kỳ vọng đối với một hạt nhân có Z = 114, nghĩa là lớp vỏ proton được lấp đầy tiếp theo tương ứng đến Z = 114, vỏ nơtron được lấp đầy tương ứng với số N ~ 184. Vỏ kín có thể làm tăng đáng kể chiều cao của hàng rào phân hạch và theo đó, làm tăng thời gian tồn tại của hạt nhân. Như vậy, trong vùng này các hạt nhân (Z = 114, N ~ 184) nên tìm kiếm Đảo ổn định. Kết quả tương tự thu được một cách độc lập trong .
Các hạt nhân có Z = 101–109 được phát hiện trước năm 1986 và được đặt tên: 101 - Md (Menelevium), 102 - No (Nobelium), 103 - Lr (Lawrenci), 104 - Rf (Rutherfordium, 106 - Sg (Seaborgium), 107 - Ns (Nielsborium), 108 - Hs (Hassium), 109 - Mt (Meitnerium) Với công lao của các nhà nghiên cứu từ Dubna trong việc phát hiện ra một số lượng lớn đồng vị của các nguyên tố nặng (102-105), vào năm 1997, bởi quyết định của Đại hội đồng Hóa học Thuần túy và Ứng dụng, nguyên tố có Z = 105 được đặt tên là Dubnium (Db) Nguyên tố này trước đây được gọi là Ha (Hannium).

Cơm. 12.3. Chuỗi phân rã của các đồng vị Ds (Z=110), Rg (Z=111), Cn (Z=112).

Một giai đoạn mới trong việc nghiên cứu hạt nhân siêu nặng bắt đầu vào năm 1994, khi hiệu quả phát hiện tăng lên đáng kể và kỹ thuật quan sát hạt nhân siêu nặng được cải thiện. Kết quả là các đồng vị Ds (Z = 110), Rg (Z = 111) và Cn (Z = 112) đã được phát hiện.
Các hạt nhân siêu nặng thu được bằng cách sử dụng các chùm gia tốc 50 Ti, 51 V, 58 Fe, 62 Ni, 64 Ni, 70 Zn và 82 Se. Các đồng vị 208Pb và 209Bi được sử dụng làm mục tiêu. Nhiều đồng vị khác nhau của nguyên tố 110 đã được tổng hợp tại Phòng thí nghiệm phản ứng hạt nhân. G.N. Flerov sử dụng phản ứng 244 Pu(34 S,5n) 272 110 và tại GSI (Darmstadt) trong phản ứng 208 Pb(62 Ni, n) 269 110. (Hình 12.3).
Một vai trò quan trọng trong việc sản xuất các nguyên tố siêu nặng được đóng bởi các mô hình lý thuyết, với sự trợ giúp của các đặc tính dự kiến ​​​​của các nguyên tố hóa học và các phản ứng trong đó chúng có thể được hình thành được tính toán.
Trên cơ sở các mô hình lý thuyết khác nhau, người ta đã tính toán được các đặc tính phân rã của các hạt nhân siêu nặng. Kết quả của một trong những tính toán này được hiển thị trong Hình. 12.4. Chu kỳ bán rã của các hạt nhân siêu nặng chẵn-chẵn đối với phân hạch tự phát (a), phân rã α (b), phân rã β (c) và đối với tất cả các quá trình phân rã có thể xảy ra (d) được đưa ra. Hạt nhân bền nhất đối với phân hạch tự phát (Hình 12.4a) là hạt nhân có Z = 114 và N = 184. Đối với nó, chu kỳ bán rã đối với phân hạch tự phát là ~10 16 năm. Đối với các đồng vị của nguyên tố thứ 114, khác với 6-8 neutron ổn định nhất, thời gian bán hủy giảm đi
10-15 đơn hàng. Thời gian bán hủy đối với phân rã α được thể hiện trong hình. 12.5b. Lõi ổn định nhất nằm ở khu vực Z = 114 và N = 184 (T 1/2 = 10 15 năm).
Các hạt nhân ổn định đối với phân rã β được thể hiện trong Hình. 12.4c chấm tối. Trên hình. Hình 12.4d cho thấy tổng chu kỳ bán rã, đối với các hạt nhân chẵn nằm bên trong đường viền trung tâm là ~10 5 năm. Do đó, sau khi tính đến tất cả các loại phân rã, hóa ra các hạt nhân ở lân cận Z = 110 và N = 184 tạo thành một "hòn đảo ổn định". Hạt nhân 294 110 có chu kỳ bán rã khoảng 10 9 năm. Sự khác biệt giữa giá trị của Z và con số kỳ diệu 114 được dự đoán bởi mô hình vỏ là do sự cạnh tranh giữa phân hạch (đối với hạt nhân có Z = 114 là ổn định nhất) và phân rã α (đối với hạt nhân nào có Z nhỏ hơn ổn định). Các hạt nhân chẵn và lẻ có chu kỳ bán rã đối với
Phân rã α và phân hạch tự phát tăng và giảm đối với phân rã β. Cần lưu ý rằng các ước tính trên phụ thuộc rất nhiều vào các tham số được sử dụng trong tính toán và chỉ có thể được coi là dấu hiệu cho thấy khả năng tồn tại của các hạt nhân siêu nặng với thời gian tồn tại đủ dài để phát hiện bằng thực nghiệm của chúng.

Cơm. 12.4. Chu kỳ bán rã tính cho các hạt nhân siêu nặng chẵn-chẵn (các con số biểu thị chu kỳ bán rã tính bằng năm):
a - liên quan đến phân hạch tự phát, b - phân rã α, c - bắt giữ điện tử và phân rã β, d - cho tất cả các quá trình phân rã

Kết quả của một tính toán khác về hình dạng cân bằng của các hạt nhân siêu nặng và chu kỳ bán rã của chúng được thể hiện trong Hình. 12.5, 12.6. Trên hình. 12.5 cho biết sự phụ thuộc của năng lượng biến dạng cân bằng vào số nơtron và proton đối với hạt nhân có Z = 104-120. Năng lượng biến dạng được định nghĩa là sự khác biệt giữa năng lượng của hạt nhân ở trạng thái cân bằng và dạng cầu. Có thể thấy từ những dữ liệu này rằng các vùng Z = 114 và N = 184 phải chứa các hạt nhân có dạng hình cầu ở trạng thái cơ bản. Tất cả các hạt nhân siêu nặng được phát hiện cho đến nay (thể hiện ở các viên kim cương sẫm màu trong Hình 12.5) đều bị biến dạng. Kim cương nhẹ cho thấy các hạt nhân ổn định đối với phân rã β. Những hạt nhân này phải phân rã do phân rã α hoặc phân hạch. Kênh phân rã chính phải là phân rã α.

Chu kỳ bán rã của các đồng vị bền β chẵn chẵn được thể hiện trong hình. 12.6. Theo những dự đoán này, thời gian bán hủy dự kiến ​​đối với hầu hết các hạt nhân dài hơn nhiều so với thời gian bán hủy quan sát được đối với các hạt nhân siêu nặng đã được phát hiện (0,1–1 ms). Ví dụ, thời gian tồn tại ~51 năm được dự đoán cho hạt nhân 292 Ds.
Do đó, theo các tính toán hiển vi hiện đại, độ ổn định của các hạt nhân siêu nặng tăng mạnh khi tiến tới số ma trận neutron N = 184. Cho đến gần đây, đồng vị duy nhất của nguyên tố Z = 112Cn (copernicium) là đồng vị 277Cn, có một nửa -Tuổi thọ 0,24 ms. Đồng vị nặng hơn 283 Cn được tổng hợp trong phản ứng nhiệt hạch lạnh 48 Ca + 238 U. Thời gian chiếu xạ 25 ngày. Tổng số 48 ion Ca trên bia là 3,5 10 18 . Hai trường hợp đã được đăng ký, được giải thích là sự phân hạch tự phát của đồng vị 283 Cn được hình thành. Chu kỳ bán rã của đồng vị mới này được ước tính là T 1/2 = 81 s. Như vậy, có thể thấy rằng sự gia tăng số nơtron trong đồng vị 283 Cn so với đồng vị 277 Cn thêm 6 đơn vị thì thời gian tồn tại tăng 5 bậc độ lớn.
Trên hình. 12.7, lấy từ công trình, các chu kỳ phân rã α đo được bằng thực nghiệm được so sánh với kết quả tính toán lý thuyết dựa trên mô hình giọt chất lỏng mà không tính đến cấu trúc vỏ của hạt nhân. Có thể thấy rằng đối với tất cả các hạt nhân nặng, ngoại trừ các đồng vị nhẹ của uranium, các hiệu ứng vỏ làm tăng chu kỳ bán rã lên 2–5 bậc độ lớn đối với hầu hết các hạt nhân. Cấu trúc vỏ của hạt nhân thậm chí còn có ảnh hưởng mạnh mẽ hơn đến chu kỳ bán rã so với sự phân hạch tự phát. Sự gia tăng chu kỳ bán rã của đồng vị Pu là vài bậc độ lớn và tăng đối với đồng vị 260 Sg.

Cơm. 12.7. Thời gian bán hủy (● exp) được đo bằng thực nghiệm và thời gian bán hủy được tính toán theo lý thuyết (○ Y) của các nguyên tố transurani dựa trên mô hình giọt chất lỏng mà không tính đến cấu trúc vỏ của hạt nhân. Hình trên biểu thị chu kỳ bán rã của phân rã α, hình dưới biểu thị chu kỳ bán rã của phản ứng phân hạch tự phát.

Trên hình. Hình 12.8 cho thấy tuổi thọ đo được của các đồng vị seaborgium Sg (Z = 106) so với các dự đoán từ các mô hình lý thuyết khác nhau. Đáng chú ý là thời gian tồn tại của đồng vị có N = 164 giảm gần một bậc so với thời gian tồn tại của đồng vị có N = 162.
Cách tiếp cận gần nhất với đảo ổn định có thể đạt được trong phản ứng 76 Ge + 208 Pb. Một hạt nhân siêu nặng gần như hình cầu có thể được hình thành trong một phản ứng nhiệt hạch, sau đó là sự phát ra lượng tử γ hoặc một neutron. Theo các ước tính, hạt nhân 284 114 thu được sẽ phân rã với sự phát ra các hạt α có chu kỳ bán rã ~ 1 mili giây. Thông tin bổ sung về sự chiếm chỗ của lớp vỏ trong vùng N = 162 có thể thu được bằng cách nghiên cứu các phân rã α của hạt nhân 271 Hs và 267 Sg. Chu kỳ bán rã 1 phút được dự đoán cho các hạt nhân này. và 1 giờ. Đối với các hạt nhân 263 Sg, 262 Bh, 205 Hs, 271.273 Ds, hiện tượng đồng phân được mong đợi, nguyên nhân của nó là do sự lấp đầy các phân lớp với j = 1/2 và j = 13/2 trong vùng N = 162 đối với các hạt nhân bị biến dạng trong vùng trạng thái cơ bản.

Trên hình. Hình 12.9 cho thấy các hàm kích thích đo được bằng thực nghiệm đối với sự hình thành các nguyên tố Rf (Z = 104) và Hs (Z = 108) đối với phản ứng tổng hợp của các ion 50 Ti và 56 Fe với hạt nhân mục tiêu 208 Pb.
Hạt nhân hợp chất thu được được làm lạnh bằng sự phát xạ của một hoặc hai neutron. Thông tin về hàm kích thích của phản ứng tổng hợp ion nặng đặc biệt quan trọng để thu được hạt nhân siêu nặng. Trong phản ứng tổng hợp của các ion nặng, cần phải cân bằng chính xác tác dụng của lực Coulomb và lực căng bề mặt. Nếu năng lượng của ion tới không đủ lớn, thì khoảng cách tiếp cận tối thiểu sẽ không đủ cho sự hợp nhất của hệ thống hạt nhân nhị phân. Nếu năng lượng của hạt tới quá cao, thì hệ thu được sẽ có năng lượng kích thích cao và khả năng cao là nó sẽ vỡ thành các mảnh. Sự hợp nhất diễn ra hiệu quả trong một dải năng lượng khá hẹp của các hạt va chạm.

Hình.12.10. Sơ đồ thế năng trong quá trình tổng hợp 64 Ni và 208 Pb.

Các phản ứng nhiệt hạch với sự phát ra số nơtron tối thiểu (1–2) được đặc biệt quan tâm, vì trong các hạt nhân siêu nặng được tổng hợp, mong muốn có tỷ lệ N/Z lớn nhất. Trên hình. 12.10 biểu diễn khả năng nhiệt hạch của các hạt nhân trong phản ứng 64 Ni + 208 Pb → 272 Ds. Các ước tính đơn giản nhất cho thấy xác suất xảy ra hiệu ứng đường hầm đối với phản ứng tổng hợp hạt nhân là ~10–21, thấp hơn nhiều so với tiết diện quan sát được. Điều này có thể được giải thích như sau. Ở khoảng cách 14 fm giữa tâm của các hạt nhân, động năng ban đầu 236,2 MeV được bù hoàn toàn bằng thế năng Coulomb. Ở khoảng cách này, chỉ các nucleon nằm trên bề mặt hạt nhân tiếp xúc với nhau. Năng lượng của các nucleon này nhỏ. Do đó, có khả năng cao là các nucleon hoặc các cặp nucleon sẽ rời quỹ đạo trong một hạt nhân và chuyển sang trạng thái tự do của hạt nhân đối tác. Việc chuyển các nucleon từ hạt nhân đạn sang hạt nhân mục tiêu đặc biệt hấp dẫn khi đồng vị chì ma thuật kép 208Pb được sử dụng làm mục tiêu. Trong 208 Pb, phân lớp proton h 11/2 và phân lớp nơtron h 9/2 và i 13/2 được lấp đầy. Ban đầu, sự di chuyển của các proton được kích thích bởi lực hút proton-proton, và sau khi lấp đầy lớp vỏ con h 9/2 - bởi lực hút proton-neutron. Tương tự như vậy, các neutron di chuyển đến lớp con tự do i 11/2 , bị hấp dẫn bởi các neutron từ lớp con đã được lấp đầy i 13/2 . Do năng lượng tạo cặp và động lượng quỹ đạo lớn nên sự chuyển một cặp nucleon dễ xảy ra hơn sự chuyển một nucleon đơn lẻ. Sau khi chuyển hai proton từ 64 Ni 208 Pb, rào cản Coulomb giảm 14 MeV, điều này thúc đẩy sự tiếp xúc gần hơn giữa các ion tương tác và tiếp tục quá trình chuyển nucleon.
Trong các tác phẩm [V.V. Volkov. Phản ứng hạt nhân của chuyển sâu không đàn hồi. M. Energoizdat, 1982; V.V. Volkov. Izv. Sê-ri AN SSSR fiz., 1986 v. 50 tr. 1879] đã nghiên cứu chi tiết cơ chế của phản ứng nhiệt hạch. Người ta chỉ ra rằng đã ở giai đoạn bắt giữ, một hệ hạt nhân nhị phân được hình thành sau khi tiêu tán hoàn toàn động năng của hạt tới và các nucleon của một trong các hạt nhân dần dần được chuyển từng lớp sang hạt nhân khác. Đó là, cấu trúc vỏ của các hạt nhân đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành hạt nhân hợp chất. Trên cơ sở của mô hình này, có thể mô tả đầy đủ năng lượng kích thích của các hạt nhân hợp chất và tiết diện đối với sự hình thành các nguyên tố Z = 102–112 trong các phản ứng nhiệt hạch lạnh.
Do đó, tiến bộ trong quá trình tổng hợp các nguyên tố transurani Z = 107–112 gắn liền với việc “khám phá” các phản ứng nhiệt hạch lạnh trong đó các đồng vị ma thuật 208Pb và 209Bi được chiếu xạ bằng các ion có Z = 22–30. Hạt nhân được hình thành trong phản ứng tổng hợp lạnh được làm nóng yếu và nguội đi do sự phát xạ của một neutron. Do đó, lần đầu tiên thu được đồng vị của các nguyên tố hóa học có Z = 107–112. Những nguyên tố hóa học này thu được trong giai đoạn 1978–1998. ở Đức trên một máy gia tốc chuyên dụng tại Trung tâm nghiên cứu GSI ở Darmstadt. Tuy nhiên, tiến bộ xa hơn - đối với các hạt nhân nặng hơn - bằng phương pháp này hóa ra lại khó khăn do sự phát triển của rào thế giữa các hạt nhân đang va chạm. Do đó, một phương pháp khác để thu được hạt nhân siêu nặng đã được thực hiện ở Dubna. Các đồng vị nặng nhất của các nguyên tố hóa học thu được nhân tạo plutonium Pu (Z = 94), ameri Am (Z = 95), curium Cm (Z = 96), berkelium Bk (Z = 97) và californi Cf (Z = 98) đã được sử dụng làm mục tiêu. . Đồng vị canxi 48Ca (Z = 20) được chọn làm ion được gia tốc. Sơ đồ của thiết bị phân tách và máy dò hạt nhân giật lùi được thể hiện trong hình. 12.11.

Cơm. 12.11. Sơ đồ của máy tách giật được sử dụng cho các thí nghiệm tổng hợp các nguyên tố siêu nặng ở Dubna.

Bộ phân tách từ tính của các hạt nhân giật lùi làm giảm nền của các sản phẩm phụ của phản ứng theo hệ số 105–107. Việc đăng ký các sản phẩm phản ứng được thực hiện bằng máy dò silicon nhạy cảm với vị trí. Năng lượng, tọa độ và thời gian bay của các hạt nhân giật lùi đã được đo. Sau khi dừng, tất cả các tín hiệu tiếp theo từ các hạt phân rã được phát hiện sẽ đến từ điểm dừng của hạt nhân được cấy ghép. Kỹ thuật được phát triển đã cho phép, với độ tin cậy cao (≈ 100%), thiết lập mối liên hệ giữa một hạt nhân siêu nặng dừng lại trong máy dò và các sản phẩm phân rã của nó. Sử dụng kỹ thuật này, các phần tử siêu nặng với
Z = 110–118 (Bảng 12.2).
Bảng 12.2 cho biết đặc điểm của các nguyên tố hóa học siêu nặng có Z = 110–118: số khối A, m là sự có mặt của trạng thái đồng phân trong một đồng vị có số khối A, tính chẵn lẻ spin J P, năng lượng liên kết hạt nhân E St, năng lượng liên kết riêng ε, năng lượng tách neutron B n và proton B p , chu kỳ bán rã T 1/2 và các kênh phân rã chính.
Các nguyên tố hóa học Z > 112 chưa có tên và được đưa ra trong các tên gọi quốc tế được chấp nhận.

Bảng 12.2

Đặc điểm của nguyên tố hóa học siêu nặng Z = 110–118

XX-A-m	JP	Trọng lượng cốt lõi, MeV	E SV, MeV	ε, MeV	B n , MeV	B p , MeV	T 1/2	thời trang suy tàn
Z = 110 − darmstadt
Ds-267		248787.19	1934.5	7.2		0.7	2,8 ac	α ≈100%
Ds-268	0 +	249718.08	1943.2	7.3	8.7	1.3	100 ac	α ≈
Ds-269		250650.86	1950.0	7.2	6.8	1.3	179 ac	α100%
Ds-270	0 +	251581.97	1958.4	7.3	8.5		0,10 mili giây	α ≈100%, SF< 0.20%
Ds-270-m		251583.07	1957.3	7.2			6,0 mili giây	α >70%, CNTT ≤ 30%
Ds-271		252514.72	1965.2	7.3	6.8	2.2	1,63 mili giây	α ≈100%
Ds-271-m		252514.72	1965.2	7.3			69 mili giây	CNTT?, α >0%
Ds-272	0 +	253446.46	1973.1	7.3	7.8	2.5	1 giây	SF
Ds-273		254380.32	1978.8	7.2	5.7	2.5	0,17 mili giây	α ≈100%
Ds-274	0 +	255312.45	1986.2	7.2	7.4	3.0	2 giây	α?, SF?
Ds-275		256246.44	1991.8	7.2	5.6	2.9	2 giây	α?
Ds-276	0 +	257178.73	1999.1	7.2	7.3	3.2	5 giây	SF?, α?
Ds-277		258112.63	2004.7	7.2	5.7	3.1	5 giây	α?
Ds-278	0 +	259044.92	2012.0	7.2	7.3		10 giây	SF?, α?
Ds-279		259978.62	2017.9	7.2	5.9		0,18 giây	SF ≈90%, α ≈10%
Ds-281		261844.60	2031.0	7.2			9,6 giây	SF ≈100%
Z \u003d 111 - roentgen
Rg-272		253452.75	1965.5	7.2		0.2	3,8ms	α ≈100%
Rg-273		254384.34	1973.5	7.2	8.0	0.4	5 mili giây	α?
Rg-274		255317.74	1979.6	7.2	6.2	0.9	6,4 mili giây	α ≈100%
Rg-275		256249.53	1987.4	7.2	7.8	1.2	10 mili giây	α?
Rg-276		257183.22	1993.3	7.2	5.9	1.5	100ms	SF?, α?
Rg-277		258115.72	2000.4	7.2	7.1	1.3	1 giây	α?, SF?
Rg-278		259049.11	2006.5	7.2	6.2	1.8	4,2 mili giây	α ≈100%, SF
Rg-279		259981.41	2013.8	7.2	7.3	1.8	0,17 giây	α ≈100%
Rg-280		260914.80	2020.0	7.2	6.2	2.1	3,6 giây	α ≈100%
Rg-281		261847.09	2027.2	7.2	7.3		1m	a?, SF?
Rg-282		262780.59	2033.3	7.2	6.1	2.3	4 mét	SF?, α?
Rg-283		263712.98	2040.5	7.2	7.2		10 m	SF?, α?
Z = 112 − Copernicus
cn-277		258119.32	1995.5	7.2		2.2	0,69 mili giây	α ≈100%
cn-278	0 +	259051.20	2003.1	7.2	7.7	2.8	10 mili giây	SF?, α?
cn-279		259984.69	2009.2	7.2	6.1	2.7	0,1 giây	SF?, α?
cn-280	0 +	260916.69	2016.8	7.2	7.6	3.0	1 giây	a?, SF?
cn-282	0 +	262782.18	2030.4	7.2		3.2	0,50 mili giây	SF ≈100%
cn-283		263715.57	2036.6	7.2	6.2	3.3	4,0 giây	α ≥90%, SF ≤10%
cn-284	0 +	264647.66	2044.1	7.2	7.5	3.6	101 mili giây	SF ≈100%
cn-285		265580.76	2050.5	7.2	6.5		34 giây	α ≈100%
Z = 113
Uut-278							0,24 mili giây	α100%
Uut-283		263719.46	2031.4	7.2		1.0	100ms	α100%
Uut-284		264652.45	2038.0	7.2	6.6	1.4	0,48 giây	α ≈100%
Uut-285		265584.55	2045.5	7.2	7.5	1.4	2m	a?, SF?
Uut-286		266517.64	2051.9	7.2	6.5	1.4	5 mét	a?, SF?
Uut-287		267449.64	2059.5	7.2	7.6		20 m	a?, SF?
Z = 114
Uuq-286	0 +	266520.33	2048.0	7.2		2.5	0,16 giây	SF ≈60%, α ≈40%
Uuq-287		267453.42	2054.4	7.2	6.5	2.5	0,51 giây	α ≈100%
Uuq-288	0 +	268385.02	2062.4	7.2	8.0	2.9	0,80 giây	α ≈100%
Uuq-289		269317.91	2069.1	7.2	6.7		2,7 giây	α ≈100%
Z = 115
Uup-287		267458.11	2048.4	7.1		0.5	32ms	α100%
Uup-288		268390.81	2055.3	7.1	6.9	0.9	87 mili giây	α100%
Uup-289		269322.50	2063.2	7.1	7.9	0.8	10 giây	SF?, α?
Uup-290		270255.30	2070.0	7.1	6.8	0.9	10 giây	SF?, α?
Uup-291		271187.09	2077.7	7.1	7.8		1m	a?, SF?
Z = 116
Uuh-290	0 +	270258.98	2065.0	7.1		1.8	15 mili giây	α ≈100%
Uuh-291		271191.78	2071.7	7.1	6.8	1.8	6,3ms	α100%
Uuh-292	0 +	272123.07	2080.0	7.1	8.3	2.3	18ms	α ≈100%
Uuh-293							53ms	α ≈100%
Z = 117
Uus-291		271197.37	2064.9	7.1		-0.1	10 mili giây	SF?, α?
Uus-292		272129.76	2072.0	7.1	7.2	0.3	50ms	SF?, α?
Z = 118
Uuo-294	0 +						1,8ms	α ≈100%

Trên hình. 12.12 cho thấy tất cả các đồng vị nặng nhất đã biết với Z = 110–118, thu được trong các phản ứng nhiệt hạch, biểu thị chu kỳ bán rã đo được bằng thực nghiệm. Vị trí dự đoán về mặt lý thuyết của đảo ổn định (Z = 114, N = 184) cũng được hiển thị ở đây.

Cơm. 12.12. Sơ đồ N-Z của các phần tử Z = 110–118.

Các kết quả thu được rõ ràng cho thấy sự gia tăng tính ổn định của các đồng vị khi tiếp cận một hạt nhân ma thuật kép (Z = 114, N = 184). Việc bổ sung 7–8 neutron vào hạt nhân có Z = 110 và 112 làm tăng chu kỳ bán rã từ 2,8 như (Ds-267) lên ≈ 10 giây (Ds-168, Ds 271). Thời gian bán hủy T 1/2 (272 Rg, 273 Rg) ≈ 4–5 ms tăng lên T 1/2 (283 Rg) ≈ 10 phút. Các đồng vị nặng nhất của các nguyên tố Z = 110–112 chứa ≈ 170 neutron, vẫn còn cách xa con số ma thuật N = 184. Tất cả các đồng vị nặng nhất với Z > 111 và N > 172 phân rã chủ yếu là kết quả của
Phân rã α, phân hạch tự phát là một phân rã hiếm gặp hơn. Những kết quả này phù hợp tốt với dự đoán lý thuyết.
tại Phòng thí nghiệm phản ứng hạt nhân. G.N. Flerov (Dubna), một nguyên tố có Z = 114 đã được tổng hợp.

Việc xác định hạt nhân 289 114 được thực hiện bằng một chuỗi phân rã α. Ước tính thực nghiệm về chu kỳ bán rã của đồng vị 289 114 ~30 s. Kết quả thu được phù hợp tốt với các tính toán trước đó.
Trong quá trình tổng hợp nguyên tố 114 trong phản ứng 48 Cu + 244 Pu, năng suất tối đa của đồng vị có Z = 114 được quan sát thấy trong một kênh với sự bay hơi của ba neutron. Trong trường hợp này, năng lượng kích thích của hạt nhân hợp chất 289 114 là 35 MeV.
Trình tự phân rã được dự đoán theo lý thuyết xảy ra với hạt nhân 296 116, được hình thành trong phản ứng 248 Cm + 48 Ca → 296 116, được thể hiện trong Hình 12.13

Cơm. 13.12. Sơ đồ phân rã hạt nhân 296 116.

Đồng vị 296 116 nguội đi do phát ra bốn neutron và biến thành đồng vị 292 116, sau đó với xác suất 5%, do hai lần bắt giữ điện tử liên tiếp, biến thành đồng vị 292 114. Kết quả là của phân rã α (T 1/2 = 85 ngày ) đồng vị 292 114 được chuyển đổi thành đồng vị 288 112. Sự hình thành đồng vị 288 112 cũng xảy ra thông qua kênh

Hạt nhân cuối cùng 288 112, được hình thành từ cả hai chuỗi, có chu kỳ bán rã khoảng 1 giờ và phân rã do phản ứng phân hạch tự phát. Với xác suất xấp xỉ 10%, sự phân rã alpha của đồng vị 288 114 có thể dẫn đến sự hình thành của đồng vị 284 112. Các chu kỳ và kênh phân rã ở trên thu được bằng tính toán.
Trên hình. Hình 12.14 cho thấy một chuỗi phân rã α liên tiếp của đồng vị 288 115, được đo trong các thí nghiệm ở Dubna. ER là năng lượng của hạt nhân giật lùi được cấy vào máy dò silicon nhạy cảm với vị trí. Một thỏa thuận tốt có thể được ghi nhận trong thời gian bán hủy và năng lượng của các phân rã α trong ba thí nghiệm, điều này cho thấy độ tin cậy của phương pháp xác định các nguyên tố siêu nặng bằng cách sử dụng các phép đo quang phổ của các hạt α.

Cơm. 12.14. Một chuỗi phân rã α liên tiếp của đồng vị 288 115, được đo trong các thí nghiệm ở Dubna.

Nguyên tố nặng nhất sinh ra trong phòng thí nghiệm có Z = 118 được tổng hợp trong phản ứng

48Ca + 249Cf → 294 118 + 3n.

Ở năng lượng ion gần hàng rào Coulomb, ba trường hợp hình thành nguyên tố 118 đã được quan sát. 294 118 hạt nhân được cấy vào máy dò silicon và quan sát thấy một chuỗi các phân rã α liên tiếp. Mặt cắt ngang để tạo ra nguyên tố 118 là ~2 picobar. Chu kỳ bán rã của đồng vị 293 118 là 120 ms.
Trên hình. 12.15 cho thấy chuỗi phân rã α liên tiếp được tính toán theo lý thuyết của đồng vị 293 118 và cho thấy chu kỳ bán rã của các hạt nhân con được hình thành do kết quả của các phân rã α.

Cơm. 15.12. Chuỗi phân rã α liên tiếp của đồng vị 293 118.
Thời gian sống trung bình của các hạt nhân con được tạo ra do phân rã α được đưa ra.

Khi phân tích các khả năng khác nhau cho sự hình thành các nguyên tố siêu nặng trong các phản ứng với các ion nặng, cần tính đến các trường hợp sau.

1. Nó là cần thiết để tạo ra một hạt nhân với một tỷ lệ đủ lớn của số lượng neutron trên số lượng proton. Do đó, các ion nặng có N/Z lớn nên được chọn làm hạt tới.
2. Điều cần thiết là hạt nhân hợp chất thu được phải có năng lượng kích thích thấp và giá trị động lượng góc nhỏ, vì nếu không thì chiều cao hiệu dụng của hàng rào phân hạch sẽ giảm.
3. Điều cần thiết là hạt nhân thu được phải có hình dạng gần giống hình cầu, vì ngay cả một biến dạng nhỏ cũng sẽ dẫn đến sự phân hạch nhanh chóng của hạt nhân siêu nặng.

Một phương pháp rất hứa hẹn để thu được hạt nhân siêu nặng là các phản ứng loại 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es. Trên hình. 12.16 cho thấy các mặt cắt ước tính cho sự hình thành các nguyên tố siêu urani khi chiếu xạ các mục tiêu từ 248 Cm, 249 Cf và 254 Es với các ion 238 U được gia tốc. Trong các phản ứng này, người ta đã thu được những kết quả đầu tiên về tiết diện cho sự hình thành các nguyên tố có Z > 100. Để tăng hiệu suất của các phản ứng được nghiên cứu, độ dày của các mục tiêu đã được chọn sao cho các sản phẩm phản ứng vẫn còn trong mục tiêu. Sau khi chiếu xạ, các nguyên tố hóa học riêng lẻ được tách ra khỏi mục tiêu. Trong các mẫu thu được, các sản phẩm phân rã α và các mảnh phân hạch đã được đăng ký trong vài tháng. Dữ liệu thu được bằng cách sử dụng các ion urani được gia tốc cho thấy rõ ràng sự gia tăng năng suất của các nguyên tố siêu urani nặng so với các ion bắn phá nhẹ hơn. Thực tế này cực kỳ quan trọng để giải bài toán tổng hợp hạt nhân siêu nặng. Bất chấp những khó khăn khi làm việc với các mục tiêu tương ứng, các dự báo về việc chuyển sang Z lớn có vẻ khá lạc quan.

Cơm. 16.12. Ước tính tiết diện cho sự hình thành nguyên tố transurani trong phản ứng của 238 U với 248 Cm, 249 Cf và 254 Es

Tiến bộ trong lĩnh vực hạt nhân siêu nặng trong những năm gần đây thật ấn tượng. Tuy nhiên, mọi nỗ lực khám phá Đảo Ổn định cho đến nay đều không thành công. Việc tìm kiếm anh ta tiếp tục mạnh mẽ.
Cấu trúc vỏ của hạt nhân nguyên tử đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng tính ổn định của hạt nhân siêu nặng. Các số ma thuật Z ≈ 114 và N ≈ 184, nếu chúng thực sự tồn tại, có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể độ ổn định của hạt nhân nguyên tử. Điều quan trọng nữa là sự phân rã của các hạt nhân siêu nặng sẽ xảy ra do sự phân rã α, điều này rất quan trọng đối với sự phát triển của các phương pháp thực nghiệm để phát hiện và xác định các hạt nhân siêu nặng mới.

CÓ GIỚI HẠN KHÔNG
BẢNG TUẦN HOÀN
D.I.MENDELEEV?

MỞ KHÓA MỤC MỚI

P Vấn đề hệ thống hóa các nguyên tố hóa học đã thu hút sự chú ý vào giữa thế kỷ 19, khi rõ ràng rằng sự đa dạng của các chất xung quanh chúng ta là kết quả của sự kết hợp khác nhau của một số lượng tương đối nhỏ các nguyên tố hóa học.

Trong sự hỗn loạn của các nguyên tố và hợp chất của chúng, nhà hóa học vĩ đại người Nga D.I. Mendeleev là người đầu tiên sắp xếp mọi thứ theo trật tự bằng cách tạo ra bảng tuần hoàn các nguyên tố của riêng mình.

Ngày 1 tháng 3 năm 1869 được coi là ngày phát hiện ra định luật định kỳ, khi Mendeleev thông báo cho cộng đồng khoa học về nó. Nhà khoa học đã đặt 63 nguyên tố được biết vào thời điểm đó vào bảng của mình sao cho tính chất chính của các nguyên tố này và hợp chất của chúng thay đổi định kỳ khi khối lượng nguyên tử của chúng tăng lên. Những thay đổi quan sát được trong thuộc tính phần tử theo hướng ngang và dọc của bảng tuân theo các quy tắc nghiêm ngặt. Ví dụ, đặc tính kim loại (cơ bản), được phát âm trong các nguyên tố nhóm Ia, giảm dọc theo chiều ngang của bảng và tăng dọc theo chiều dọc khi khối lượng nguyên tử tăng.

Dựa trên định luật mở, Mendeleev đã dự đoán tính chất của một số nguyên tố chưa được khám phá và vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn. Ngay trong năm 1875, "ekaaluminum" (gallium) đã được phát hiện, bốn năm sau - "ekabor" (scandium) và vào năm 1886 - "ekasilicon" (gecmani). Trong những năm tiếp theo, bảng tuần hoàn đã phục vụ và vẫn đóng vai trò là kim chỉ nam trong việc tìm kiếm các nguyên tố mới và dự đoán tính chất của chúng.

Tuy nhiên, cả bản thân Mendeleev và những người cùng thời với ông đều không thể trả lời câu hỏi đâu là nguyên nhân dẫn đến tính tuần hoàn của các tính chất của các nguyên tố, ranh giới của hệ tuần hoàn có tồn tại hay không và ở đâu. Mendeleev đã thấy trước rằng nguyên nhân của mối quan hệ mà ông trình bày giữa các tính chất và khối lượng nguyên tử của các nguyên tố nằm ở sự phức tạp của chính các nguyên tử đó.

Chỉ nhiều năm sau khi tạo ra hệ thống định kỳ các nguyên tố hóa học trong các công trình của E. Rutherford, N. Bohr và các nhà khoa học khác, cấu trúc phức tạp của nguyên tử đã được chứng minh. Những thành tựu tiếp theo trong vật lý nguyên tử đã giúp giải quyết nhiều vấn đề khó hiểu về bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Trước hết, hóa ra vị trí của một nguyên tố trong bảng tuần hoàn không được xác định bởi khối lượng nguyên tử, mà bởi điện tích của hạt nhân. Bản chất của chu kỳ tính chất hóa học của các nguyên tố và hợp chất của chúng trở nên rõ ràng.

Nguyên tử bắt đầu được coi là một hệ thống ở trung tâm có một hạt nhân tích điện dương và các electron tích điện âm xoay quanh nó. Trong trường hợp này, các electron được nhóm lại trong không gian vòng tròn hạt nhân và di chuyển dọc theo các quỹ đạo nhất định có trong lớp vỏ electron.

Tất cả các electron của một nguyên tử thường được biểu thị bằng số và chữ cái. Theo chỉ định này, các số lượng tử chính 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 đề cập đến vỏ electron và các chữ cái S, P, đ, f, g– đến các lớp con (quỹ đạo) của mỗi lớp vỏ. Shell đầu tiên (tính từ kernel) chỉ có S-electron, thứ hai có thể có S- và P- electron, thứ ba - S-, P- và đ- electron, thứ tư - S-,
P-, đ- và f- điện tử, v.v.

Mỗi lớp vỏ có thể chứa một số lượng electron rất nhất định: lớp thứ nhất - 2, lớp thứ hai - 8, lớp thứ ba - 18, lớp thứ tư và lớp thứ năm - 32. Điều này xác định số lượng nguyên tố trong các chu kỳ của bảng tuần hoàn. Tính chất hóa học của các nguyên tố được xác định bởi cấu trúc của lớp vỏ electron ngoài cùng và trước lớp ngoài cùng của nguyên tử, tức là chúng chứa bao nhiêu electron.

Hạt nhân của một nguyên tử bao gồm các hạt mang điện tích dương - proton và các hạt trung hòa về điện - neutron, thường được gọi bằng một từ - nucleon. Số thứ tự của một nguyên tố (vị trí của nó trong bảng tuần hoàn) được xác định bởi số lượng proton trong hạt nhân nguyên tử của nguyên tố đó. Số khối NHƯNG nguyên tử của nguyên tố bằng tổng số hạt proton z và neutron N trong hạt nhân: Một = z + N. Các nguyên tử của cùng một nguyên tố có số nơtron khác nhau trong hạt nhân là đồng vị của nó.

Tính chất hóa học của các đồng vị khác nhau của cùng một nguyên tố không khác nhau, trong khi tính chất hạt nhân rất khác nhau. Điều này thể hiện chủ yếu ở tính ổn định (hoặc không ổn định) của các đồng vị, về cơ bản phụ thuộc vào tỷ lệ số lượng proton và neutron trong hạt nhân. Các đồng vị bền nhẹ của các nguyên tố thường có số proton và nơtron bằng nhau. Với sự gia tăng điện tích của hạt nhân, tức là số thứ tự của nguyên tố trong bảng, tỷ lệ này thay đổi. Các hạt nhân nặng ổn định có số neutron nhiều hơn gần một lần rưỡi so với proton.

Giống như các electron nguyên tử, các nucleon cũng tạo thành lớp vỏ. Với sự gia tăng số lượng các hạt trong hạt nhân, các lớp vỏ proton và neutron được lấp đầy liên tục. Các hạt nhân có vỏ được lấp đầy hoàn toàn là ổn định nhất. Ví dụ, đồng vị chì Pb-208 được đặc trưng bởi cấu trúc hạt nhân rất bền vững, có các lớp vỏ proton ( z= 82) và nơtron ( N = 126).

Vỏ hạt nhân được lấp đầy như vậy tương tự như vỏ electron được lấp đầy của các nguyên tử khí trơ, đại diện cho một nhóm riêng biệt trong bảng tuần hoàn. Các hạt nhân ổn định của các nguyên tử có vỏ proton hoặc neutron được lấp đầy hoàn toàn chứa một số proton hoặc neutron "ma thuật" nhất định: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. tính chất, tính tuần hoàn của các tính chất hạt nhân cũng là cố hữu . Trong số các tổ hợp khác nhau của số lượng proton và neutron trong hạt nhân của các đồng vị (chẵn-chẵn; chẵn-lẻ; chẵn-chẵn; lẻ-lẻ), đó là các hạt nhân chứa một số proton chẵn và một số neutron chẵn. đó là ổn định nhất.

Bản chất của các lực giữ proton và neutron trong hạt nhân vẫn chưa đủ rõ ràng. Người ta tin rằng lực hấp dẫn rất lớn tác động giữa các nucleon, góp phần làm tăng tính ổn định của hạt nhân.

Đến vào giữa những năm ba mươi của thế kỷ trước, bảng tuần hoàn đã được phát triển đến mức nó đã chỉ ra vị trí của 92 nguyên tố. Dưới số sê-ri 92 là uranium - nguyên tố nặng tự nhiên cuối cùng được tìm thấy trên Trái đất vào năm 1789. Trong số 92 phần tử của bảng, chỉ có các phần tử có số thứ tự 43, 61, 85 và 87 không được xác định chính xác trong ba mươi. Chúng được phát hiện và nghiên cứu sau đó. Một nguyên tố đất hiếm có số nguyên tử 61, promethium, được tìm thấy với số lượng nhỏ trong quặng như một sản phẩm của sự phân rã tự phát của uranium. Một phân tích về hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố còn thiếu cho thấy chúng đều có tính phóng xạ và do thời gian bán hủy ngắn nên chúng không thể tồn tại trên Trái đất với nồng độ đáng kể.

Do nguyên tố nặng cuối cùng được tìm thấy trên Trái đất là nguyên tố có số nguyên tử 92, người ta có thể cho rằng đó là giới hạn tự nhiên của bảng tuần hoàn Mendeleev. Tuy nhiên, những thành tựu của vật lý nguyên tử đã chỉ ra con đường mà hóa ra nó có thể bước qua ranh giới của bảng tuần hoàn do tự nhiên đặt ra.

Các yếu tố với b Về Số nguyên tử lớn hơn uranium được gọi là transurani. Theo nguồn gốc của chúng, các yếu tố này là nhân tạo (tổng hợp). Chúng thu được bằng các phản ứng biến đổi hạt nhân của các nguyên tố có trong tự nhiên.

Nỗ lực đầu tiên, mặc dù không hoàn toàn thành công, nhằm khám phá vùng siêu urani của bảng tuần hoàn được thực hiện bởi nhà vật lý người Ý Enrico Fermi ở Rome ngay sau khi sự tồn tại của neutron được chứng minh. Nhưng chỉ trong năm 1940-1941. thành công trong việc phát hiện ra hai nguyên tố siêu uranium đầu tiên, cụ thể là neptunium (số nguyên tử 93) và plutonium (số nguyên tử 94), đã đạt được bởi các nhà khoa học Mỹ từ Đại học California tại Berkeley.

Một số loại phản ứng hạt nhân làm cơ sở cho các phương pháp thu được các nguyên tố siêu uranium.

Loại đầu tiên là phản ứng tổng hợp neutron. Trong phương pháp này, trong hạt nhân của các nguyên tử nặng được chiếu xạ bằng neutron, một trong các neutron được biến đổi thành proton. Phản ứng đi kèm với cái gọi là phân rã điện tử (--decay) - sự hình thành và phóng ra khỏi hạt nhân với động năng rất lớn của một hạt tích điện âm (electron). Phản ứng có thể xảy ra với sự dư thừa neutron trong hạt nhân.

Phản ứng ngược lại là sự biến đổi proton thành neutron với sự phát ra hạt + - tích điện dương (positron). Một phân rã positron tương tự (+ -phân rã) được quan sát thấy khi thiếu neutron trong hạt nhân và dẫn đến giảm điện tích hạt nhân, tức là giảm số nguyên tử của một nguyên tố xuống một. Một hiệu ứng tương tự đạt được khi một proton được biến đổi thành neutron bằng cách bắt một electron quỹ đạo gần đó.

Các nguyên tố siêu uranium mới lần đầu tiên được lấy từ uranium bằng phản ứng tổng hợp neutron trong các lò phản ứng hạt nhân (là sản phẩm của vụ nổ bom hạt nhân), và sau đó được tổng hợp bằng máy gia tốc hạt - cyclotron.

Loại thứ hai là phản ứng giữa hạt nhân của các nguyên tử của nguyên tố ban đầu ("mục tiêu") và hạt nhân của các nguyên tử của các nguyên tố nhẹ (đồng vị của hydro, heli, nitơ, oxy và các loại khác) được sử dụng làm hạt bắn phá. Các proton trong hạt nhân "mục tiêu" và "đạn" có điện tích dương và chịu lực đẩy mạnh khi đến gần nhau. Để thắng các lực đẩy, để tạo thành hạt nhân hợp chất, cần phải cung cấp cho các nguyên tử của “viên đạn” một động năng rất lớn. Năng lượng bắn phá hạt khổng lồ như vậy được lưu trữ trong các cyclotron. Hạt nhân hợp chất trung gian tạo thành có năng lượng thừa khá lớn, năng lượng này phải được giải phóng để hạt nhân mới ổn định. Trong trường hợp các nguyên tố siêu uranium nặng, năng lượng dư thừa này, khi không xảy ra phản ứng phân hạch hạt nhân, sẽ bị tiêu tán bằng cách phát ra tia γ (bức xạ điện từ năng lượng cao) và neutron "bốc hơi" từ hạt nhân bị kích thích. Hạt nhân nguyên tử của nguyên tố mới có tính phóng xạ. Họ tìm cách đạt được sự ổn định cao hơn bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong thông qua điện tử phóng xạ - -phân rã hoặc -phân rã và phân hạch tự phát. Những phản ứng hạt nhân như vậy vốn có trong các nguyên tử nặng nhất của các nguyên tố có số sê-ri trên 98.

Phản ứng phân hạch tự phát, tự phát của hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ đã được phát hiện bởi người đồng hương G.N. Flerov và K.A. Petrzhak người Séc tại Viện nghiên cứu hạt nhân chung (JINR, Dubna) trong các thí nghiệm với uranium-238. Sự gia tăng số sê-ri dẫn đến chu kỳ bán rã của hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ giảm nhanh chóng.

Liên quan đến thực tế này, nhà khoa học xuất sắc người Mỹ G.T. Seaborg, người đoạt giải Nobel, người đã tham gia phát hiện ra 9 nguyên tố siêu uranium, tin rằng việc phát hiện ra các nguyên tố mới có thể sẽ kết thúc ở nguyên tố có số sê-ri 110 (có tính chất tương tự như bạch kim). Ý tưởng này về ranh giới của bảng tuần hoàn đã được thể hiện vào những năm 60 của thế kỷ trước với sự dè dặt: trừ khi các phương pháp mới để tổng hợp các nguyên tố và sự tồn tại của các vùng ổn định vẫn chưa được biết đến của các nguyên tố nặng nhất được phát hiện. Một số trong những khả năng này đã được xác định.

Loại phản ứng hạt nhân thứ ba để tổng hợp các nguyên tố mới là phản ứng giữa các ion năng lượng cao với khối lượng nguyên tử trung bình (canxi, titan, crom, niken) khi bắn phá các hạt và nguyên tử của các nguyên tố ổn định (chì, bitmut) như một " mục tiêu" thay vì các đồng vị phóng xạ nặng. Cách thu được các nguyên tố nặng hơn này đã được đề xuất vào năm 1973 bởi nhà khoa học Yu.Ts. Oganesyan của chúng tôi từ JINR và được sử dụng thành công ở các quốc gia khác. Ưu điểm chính của phương pháp tổng hợp được đề xuất là sự hình thành các hạt nhân hợp chất ít "nóng" hơn trong quá trình hợp nhất hạt nhân "đạn" và "mục tiêu". Sự giải phóng năng lượng dư thừa của các hạt nhân hỗn hợp trong trường hợp này xảy ra do sự "bốc hơi" của một số lượng neutron nhỏ hơn đáng kể (một hoặc hai thay vì bốn hoặc năm).

Một phản ứng hạt nhân bất thường giữa các ion của đồng vị hiếm Ca-48 được tăng tốc trong một cyclotron
U-400 và các nguyên tử của nguyên tố actinoid curium Cm-248 với sự hình thành nguyên tố-114 (“ekaslead”) được phát hiện ở Dubna vào năm 1979. Người ta thấy rằng phản ứng này tạo ra một hạt nhân “lạnh” không “bốc hơi ” một neutron duy nhất, và tất cả năng lượng dư thừa được mang đi bởi một hạt. Điều này có nghĩa là để tổng hợp các yếu tố mới, người ta cũng có thể thực hiện loại thứ tư phản ứng hạt nhân giữa các ion được gia tốc của các nguyên tử có số khối trung bình và các nguyên tử của nguyên tố siêu uranium nặng.

TẠI Sự phát triển của lý thuyết về hệ thống định kỳ các nguyên tố hóa học được thực hiện bằng cách so sánh các tính chất hóa học và cấu trúc của vỏ electron của lanthanide với số sê-ri 58–71 và actinide với số sê-ri 90–103. Người ta đã chỉ ra rằng sự giống nhau về tính chất hóa học của lanthanide và actinide là do sự giống nhau về cấu trúc điện tử của chúng. Cả hai nhóm yếu tố là một ví dụ về chuỗi chuyển tiếp bên trong với việc điền tuần tự 4 f- hoặc 5 f-electron vỏ, tương ứng, sau khi lấp đầy bên ngoài S- và r-quỹ đạo điện tử.

Các nguyên tố có số nguyên tử trong bảng tuần hoàn từ 110 trở lên được gọi là siêu nặng. Tiến trình khám phá những nguyên tố này ngày càng trở nên khó khăn và lâu dài hơn, bởi vì. tổng hợp một nguyên tố mới là chưa đủ, cần phải xác định được nguyên tố đó và chứng minh nguyên tố mới chỉ có những tính chất vốn có của nó. Khó khăn là do có một số lượng nhỏ nguyên tử để nghiên cứu tính chất của các nguyên tố mới. Thời gian mà một nguyên tố mới có thể được nghiên cứu trước khi quá trình phân rã phóng xạ xảy ra thường rất ngắn. Trong những trường hợp này, ngay cả khi chỉ thu được một nguyên tử của một nguyên tố mới, phương pháp đánh dấu phóng xạ được sử dụng để phát hiện và nghiên cứu sơ bộ một số đặc điểm của nó.

Nguyên tố-109, meitnerium, là nguyên tố cuối cùng trong bảng tuần hoàn được tìm thấy trong hầu hết các sách giáo khoa hóa học. Nguyên tố-110, thuộc cùng một nhóm trong bảng tuần hoàn với bạch kim, được tổng hợp lần đầu tiên ở Darmstadt (Đức) vào năm 1994 bằng máy gia tốc ion nặng cực mạnh theo phản ứng:

Chu kỳ bán rã của đồng vị thu được là cực kỳ ngắn. Vào tháng 8 năm 2003, Đại hội đồng IUPAC lần thứ 42 và Hội đồng IUPAC (Liên minh Hóa học Thuần túy và Ứng dụng Quốc tế) đã chính thức thông qua tên và ký hiệu cho nguyên tố-110: darmstadtium, Ds.

Ở cùng một nơi, ở Darmstadt, vào năm 1994, nguyên tố-111 lần đầu tiên thu được do tác động của một chùm ion đồng vị 64 28 Ni lên các nguyên tử 209 83 Bi làm “mục tiêu”. Theo quyết định của mình vào năm 2004, IUPAC đã công nhận phát hiện này và phê duyệt đề xuất đặt tên cho nguyên tố-111 roentgenium là Rg, để vinh danh nhà vật lý xuất sắc người Đức W.K. Roentgen, người đã phát hiện ra X-tia, mà ông đã đặt tên như vậy vì bản chất không chắc chắn của chúng.

Theo thông tin nhận được từ JINR, trong Phòng thí nghiệm phản ứng hạt nhân. G.N. Flerova đã tổng hợp các nguyên tố có số sê-ri 110–118 (ngoại trừ nguyên tố-117).

Là kết quả của sự tổng hợp theo phản ứng:

ở Darmstadt vào năm 1996, một số nguyên tử của nguyên tố mới-112 đã thu được, nguyên tử này phân rã khi giải phóng các hạt -. Chu kỳ bán rã của đồng vị này chỉ là 240 micro giây. Một thời gian sau, tại JINR, việc tìm kiếm các đồng vị mới của nguyên tố-112 được thực hiện bằng cách chiếu xạ các nguyên tử U-235 bằng các ion Ca-48.

Vào tháng 2 năm 2004, các báo cáo đã xuất hiện trên các tạp chí khoa học uy tín về việc các nhà khoa học của chúng tôi cùng với các nhà nghiên cứu người Mỹ từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Mỹ) đã phát hiện ra tại JINR về hai nguyên tố mới mang số hiệu 115 và 113. Nhóm các nhà khoa học này đã thực hiện các thí nghiệm trên các tạp chí khoa học uy tín. ra vào tháng 7– Tháng 8 năm 2003, tại cyclotron U-400 với thiết bị phân tách chứa đầy khí, trong phản ứng giữa nguyên tử Am-243 và ion đồng vị Ca-48, 1 nguyên tử của đồng vị nguyên tố-115 có số khối là 287 và 3 nguyên tử có số khối là 288. Cả 4 nguyên tử của nguyên tố -115 đều nhanh chóng phân rã với sự giải phóng các hạt - và sự hình thành các đồng vị của nguyên tố-113 có số khối là 282 và 284. Đồng vị ổn định nhất 284 113 có chu kỳ bán rã khoảng 0,48 s. Nó sụp đổ với sự phát xạ của các hạt - và biến thành đồng vị tia X 280 Rg.

Tháng 9 năm 2004, một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản thuộc Viện Nghiên cứu Hóa lý do Kosuki Morita đứng đầu (Kosuke Morita) tuyên bố rằng họ đã tổng hợp nguyên tố-113 bằng phản ứng:

Trong quá trình phân rã của nó với sự giải phóng các hạt -, người ta đã thu được đồng vị tia X 274 Rg. Vì đây là nguyên tố nhân tạo đầu tiên mà các nhà khoa học Nhật Bản thu được nên họ cảm thấy mình có quyền đưa ra đề xuất gọi nó là "Nhật Bản".

Sự tổng hợp bất thường của đồng vị nguyên tố-114 với số khối 288 từ curium đã được ghi nhận ở trên. Năm 1999, một báo cáo xuất hiện về việc sản xuất tại JINR cùng một đồng vị của nguyên tố-114 bằng cách bắn phá các nguyên tử plutoni có số khối 244 bằng các ion Ca-48.

Việc phát hiện ra các nguyên tố có số nguyên tử 118 và 116 cũng được công bố là kết quả của các nghiên cứu chung dài hạn về phản ứng hạt nhân của các đồng vị californium Cf-249 và curium Cm-245 với chùm ion nặng Ca-48, được thực hiện bởi các nhà khoa học Nga và các nhà khoa học Mỹ giai đoạn 2002-2005. tại JINR. Nguyên tố-118 đóng chu kỳ thứ 7 của bảng tuần hoàn, về tính chất của nó, nó là một chất tương tự của radon khí hiếm. Nguyên tố-116 phải có một số tính chất chung với polonium.

Theo truyền thống đã được thiết lập, việc phát hiện ra các nguyên tố hóa học mới và việc xác định chúng phải được xác nhận theo quyết định của IUPAC, nhưng quyền đề xuất tên cho các nguyên tố được trao cho những người khám phá. Giống như bản đồ Trái đất, bảng tuần hoàn phản ánh tên của các vùng lãnh thổ, quốc gia, thành phố và trung tâm khoa học nơi các nguyên tố và hợp chất của chúng được phát hiện và nghiên cứu, bất tử tên của các nhà khoa học nổi tiếng có đóng góp lớn cho sự phát triển của hệ thống tuần hoàn của các nguyên tố hóa học. Và không phải ngẫu nhiên mà nguyên tố-101 được đặt theo tên của D.I. Mendeleev.

Để trả lời câu hỏi về ranh giới của bảng tuần hoàn có thể vượt qua đâu, đã có lúc người ta đánh giá lực hút tĩnh điện của các electron bên trong nguyên tử đối với hạt nhân tích điện dương. Số thứ tự của nguyên tố càng cao thì “chiếc áo lông” electron xung quanh hạt nhân bị nén càng mạnh, các electron bên trong bị hạt nhân hút càng mạnh. Phải đến một thời điểm khi các electron bắt đầu bị hạt nhân bắt giữ. Do sự bắt giữ như vậy và giảm điện tích của hạt nhân, sự tồn tại của các nguyên tố rất nặng trở nên không thể. Một tình huống thảm khốc tương tự sẽ phát sinh khi số thứ tự của phần tử là 170–180.

Giả thuyết này đã bị bác bỏ và nó đã chỉ ra rằng không có hạn chế nào đối với sự tồn tại của các nguyên tố rất nặng xét về ý tưởng về cấu trúc của lớp vỏ electron. Các hạn chế phát sinh do sự mất ổn định của chính các hạt nhân.

Tuy nhiên, phải nói rằng thời gian tồn tại của các nguyên tố giảm bất thường khi số nguyên tử tăng. Vùng ổn định dự kiến ​​tiếp theo của các nguyên tố siêu nặng, do sự xuất hiện của các vỏ neutron hoặc proton khép kín của hạt nhân, sẽ nằm trong vùng lân cận của một hạt nhân ma thuật kép với 164 proton và 308 neutron. Khả năng mở các yếu tố như vậy vẫn chưa rõ ràng.

Do đó, câu hỏi về ranh giới của bảng tuần hoàn các nguyên tố vẫn còn. Dựa trên các quy tắc lấp đầy lớp vỏ electron với sự gia tăng số lượng nguyên tử của một nguyên tố, chu kỳ thứ 8 của bảng tuần hoàn được dự đoán sẽ chứa các nguyên tố superactinoid. Vị trí được phân bổ cho chúng trong bảng tuần hoàn của D.I. Mendeleev tương ứng với nhóm nguyên tố III, tương tự như các nguyên tố đất hiếm và actinide transurani đã biết.

Đến cuối những năm 60, nhờ nỗ lực của nhiều nhà lý thuyết - O. Bohr và B. Motelson (Đan Mạch), S. Nilsson (Thụy Điển), V.M. Strutínsky và V.V. Pashkevich (Liên Xô), H. Myers và V. Svyatetsky (Mỹ), A. Sobichevsky và cộng sự (Ba Lan), W. Greiner và cộng sự (Pháp) và nhiều người khác đã tạo ra lý thuyết vi mô về hạt nhân nguyên tử. Lý thuyết mới đã đưa tất cả những mâu thuẫn trên thành một hệ thống chặt chẽ các quy luật vật lý.
Giống như bất kỳ lý thuyết nào, nó có một sức mạnh tiên đoán nhất định, đặc biệt, trong việc tiên đoán các tính chất của hạt nhân rất nặng, vẫn chưa được biết đến. Hóa ra, hiệu ứng ổn định của vỏ hạt nhân cũng sẽ hoạt động vượt quá giới hạn được chỉ ra bởi mô hình rơi của hạt nhân (tức là trong vùng Z > 106) tạo thành cái gọi là. "đảo ổn định" xung quanh các số ma thuật Z=108, N=162 và Z=114, N=184. Như có thể thấy trong Hình 2, thời gian tồn tại của các hạt nhân siêu nặng nằm trong các "đảo ổn định" này có thể tăng lên đáng kể. Điều này đặc biệt đúng đối với các nguyên tố nặng nhất, siêu nặng, trong đó hiệu ứng của các lớp vỏ kín Z=114 (có thể là 120) và N=184 làm tăng chu kỳ bán rã lên hàng chục, hàng trăm nghìn và có thể là hàng triệu năm, tức là - Lớn hơn 32-35 bậc so với khi không có tác dụng của đạn hạt nhân. Do đó, một giả thuyết hấp dẫn đã nảy sinh về sự tồn tại có thể có của các nguyên tố siêu nặng, mở rộng đáng kể ranh giới của thế giới vật chất. Một thử nghiệm trực tiếp cho các dự đoán lý thuyết sẽ là sự tổng hợp các hạt nhân siêu nặng và xác định các đặc tính phân rã của chúng. Do đó, chúng ta sẽ phải xem xét ngắn gọn các vấn đề chính liên quan đến tổng hợp nhân tạo các nguyên tố.

2. Phản ứng tổng hợp các nguyên tố nặng

Nhiều nguyên tố nhân tạo nặng hơn uranium được tổng hợp trong các phản ứng liên tiếp bắt giữ neutron bằng hạt nhân của đồng vị uranium - 235 U trong quá trình chiếu xạ dài hạn trong các lò phản ứng hạt nhân mạnh. Thời gian bán hủy dài của các hạt nhân mới giúp có thể tách chúng ra khỏi các sản phẩm phụ khác của phản ứng bằng phương pháp hóa phóng xạ với phép đo tiếp theo về tính chất phân rã phóng xạ của chúng. Những công trình tiên phong này của GS. G. Seaborg và cộng sự, thực hiện năm 1940 - 1953. tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Bức xạ (Berkeley, Mỹ) dẫn đến việc phát hiện ra 8 nguyên tố nhân tạo có Z = 93 -100, đồng vị nặng nhất 257 Fm (T 1/2 ~ 100 ngày.). Tiến bộ xa hơn vào vùng hạt nhân nặng hơn thực tế là không thể do chu kỳ bán rã cực ngắn của đồng vị tiếp theo - 258 Fm (T SF = 0,3 mili giây). Những nỗ lực vượt qua giới hạn này trong dòng neutron xung năng lượng cao phát sinh từ vụ nổ hạt nhân đã không mang lại kết quả mong muốn: như trước đây, hạt nhân nặng nhất là 257 Fm.

Các nguyên tố nặng hơn Pm (Z=100) được tổng hợp trong các phản ứng với các ion nặng được gia tốc, khi một phức hợp proton và neutron được đưa vào hạt nhân mục tiêu. Nhưng loại phản ứng này khác với trường hợp trước. Khi bắt được nơtron chưa mang điện thì năng lượng kích thích của hạt nhân mới chỉ còn 6 - 8 MeV. Ngược lại, trong quá trình tổng hợp hạt nhân mục tiêu, ngay cả với các ion nhẹ như heli (4 He) hay carbon (12 C), các hạt nhân nặng sẽ bị đốt nóng tới năng lượng E x = 20 - 40 MeV. Với sự gia tăng hơn nữa số lượng nguyên tử của hạt nhân đạn, nó sẽ cần truyền nhiều năng lượng hơn để vượt qua lực đẩy điện của các hạt nhân tích điện dương (hàng rào phản ứng Coulomb). Trường hợp này dẫn đến sự gia tăng năng lượng kích thích (sưởi ấm) của hạt nhân hỗn hợp được hình thành sau sự hợp nhất của hai hạt nhân - viên đạn và mục tiêu. Sự nguội đi của nó (sự chuyển sang trạng thái cơ bản E x = 0) sẽ xảy ra thông qua sự phát xạ neutron và tia gamma. Và đây là trở ngại đầu tiên.

Một hạt nhân nặng được nung nóng sẽ chỉ trong 1/100 trường hợp có thể phát ra neutron, về cơ bản nó sẽ bị chia thành hai mảnh, vì năng lượng của hạt nhân cao hơn đáng kể so với chiều cao của hàng rào phân hạch. Thật dễ hiểu rằng sự gia tăng năng lượng kích thích của hợp chất hạt nhân là bất lợi cho nó. Xác suất tồn tại của hạt nhân bị nung nóng giảm mạnh khi tăng nhiệt độ (hoặc năng lượng E x) do sự gia tăng số lượng neutron bay hơi, mà sự phân hạch cạnh tranh mạnh mẽ. Để làm nguội một hạt nhân được nung nóng đến năng lượng khoảng 40 MeV, cần phải làm bay hơi 4 hoặc 5 nơtron. Mỗi lần phân hạch sẽ cạnh tranh với sự phát xạ neutron, do đó xác suất sống sót sẽ chỉ là (1/100) 4-5 = 10 -8 -10 -10 . Tình hình trở nên phức tạp bởi thực tế là khi nhiệt độ của hạt nhân tăng lên, hiệu ứng ổn định của lớp vỏ giảm đi, do đó chiều cao của hàng rào phân hạch giảm và khả năng phân hạch của hạt nhân tăng mạnh. Cả hai yếu tố này dẫn đến xác suất hình thành các hạt nhân siêu nặng rất thấp.

Sự tiến bộ vào khu vực của các nguyên tố nặng hơn 106 trở nên khả thi sau khi khám phá ra cái gọi là vào năm 1974. phản ứng nhiệt hạch lạnh. Trong các phản ứng này, các hạt nhân "ma thuật" của các đồng vị ổn định - 208 Pb (Z = 82, N = 126) hoặc 209 Bi (Z = 83, N = 126) được sử dụng làm vật liệu mục tiêu, bị bắn phá bởi các ion nặng hơn argon. (Yu.Ts. Oganesyan , A.G. Demin và những người khác). Trong quá trình tổng hợp, năng lượng liên kết cao của các nucleon trong hạt nhân mục tiêu "ma thuật" dẫn đến sự hấp thụ năng lượng trong quá trình sắp xếp lại của hai hạt nhân tương tác
thành hạt nhân nặng có khối lượng toàn phần. Sự khác biệt về năng lượng "đóng gói" của các nucleon trong hạt nhân tương tác và trong hạt nhân cuối cùng phần lớn bù cho năng lượng cần thiết để vượt qua rào cản Coulomb cao của phản ứng. Kết quả là một hạt nhân nặng có năng lượng kích thích chỉ 12-20 MeV. Ở một mức độ nào đó, phản ứng như vậy tương tự như quá trình "phân hạch ngược". Thật vậy, nếu sự phân hạch của hạt nhân uranium thành hai mảnh xảy ra cùng với sự giải phóng năng lượng (nó được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân), thì trong phản ứng ngược lại, khi các mảnh hợp nhất, hạt nhân uranium thu được sẽ gần như lạnh. Do đó, khi các nguyên tố được tổng hợp trong các phản ứng nhiệt hạch lạnh, chỉ cần một hạt nhân nặng phát ra một hoặc hai neutron để chuyển sang trạng thái cơ bản là đủ.
Phản ứng nhiệt hạch lạnh của các hạt nhân khối lượng lớn đã được sử dụng thành công để tổng hợp 6 nguyên tố mới, từ 107 đến 112 (P. Armbruster, Z. Hofmann, G. Münzenberg, v.v.) tại Trung tâm Vật lý Hạt nhân Quốc gia GSI ở Darmstadt (Đức). Gần đây, K. Morita và cộng sự tại Trung tâm RIKEN Quốc gia (Tokyo) đã lặp lại thí nghiệm GSI về sự tổng hợp của các nguyên tố 110-112. Cả hai nhóm dự định chuyển sang phần tử 113 và 114 bằng cách sử dụng các loại đạn nặng hơn. Tuy nhiên, những nỗ lực tổng hợp các nguyên tố nặng hơn bao giờ hết trong các phản ứng nhiệt hạch lạnh có liên quan đến những khó khăn lớn. Với sự gia tăng điện tích nguyên tử của các ion, xác suất hợp nhất của chúng với hạt nhân mục tiêu 208 Pb hoặc 209 Bi giảm đáng kể do sự gia tăng lực đẩy Coulomb, được biết là tỷ lệ thuận với tích của các điện tích hạt nhân. . Từ nguyên tố 104 có thể thu được trong phản ứng 208 Pb + 50 Ti (Z 1 × Z 2 = 1804) thành nguyên tố 112 trong phản ứng 208 Pb + 70 Zn (Z 1 × Z 2 = 2460), xác suất hợp nhất giảm hơn 10 4 lần.

Hình 3 Bản đồ hạt nhân nặng. Chu kỳ bán rã của các hạt nhân được thể hiện bằng các màu khác nhau (tỷ lệ bên phải). Hình vuông màu đen - đồng vị của các nguyên tố ổn định được tìm thấy trong vỏ trái đất (T 1/2 ≥ 10 9 năm). Màu xanh đậm - "biển bất ổn", nơi các hạt nhân sống dưới 10 -6 giây. Các vạch màu vàng tương ứng với các lớp vỏ kín biểu thị số lượng kỳ diệu của proton và neutron. Các "đảo ổn định" theo sau "bán đảo" của các nguyên tố thorium, uranium và transurani là những dự đoán của lý thuyết vi mô về hạt nhân. Hai hạt nhân có Z = 112 và 116, thu được trong các phản ứng hạt nhân khác nhau và sự phân rã liên tiếp của chúng, cho thấy người ta có thể tiến gần đến "đảo ổn định" như thế nào trong quá trình tổng hợp nhân tạo các nguyên tố siêu nặng.

Có một hạn chế khác. Hạt nhân hợp chất thu được trong phản ứng nhiệt hạch lạnh có số nơtron tương đối nhỏ. Trong trường hợp hình thành nguyên tố thứ 112 được xem xét ở trên, hạt nhân cuối cùng có Z = 112 chỉ có 165 neutron, trong khi sự gia tăng độ ổn định được mong đợi đối với số lượng neutron N > 170 (xem Hình 3).

Về nguyên tắc, các hạt nhân có lượng neutron dư thừa lớn có thể thu được nếu các nguyên tố nhân tạo được sử dụng làm mục tiêu: plutonium (Z = 94), americium (Z = 95) hoặc curium (Z = 96) được tạo ra trong các lò phản ứng hạt nhân và canxi hiếm đồng vị - 48 Ca. (xem bên dưới).

Hạt nhân của nguyên tử 48 Ca chứa 20 proton và 28 neutron - cả hai giá trị đều tương ứng với vỏ kín. Trong các phản ứng nhiệt hạch với hạt nhân 48 Ca, cấu trúc "ma thuật" của chúng cũng sẽ hoạt động (vai trò này trong các phản ứng nhiệt hạch lạnh được thực hiện bởi các hạt nhân ma thuật của mục tiêu - 208 Pb), do đó năng lượng kích thích của các hạt nhân siêu nặng sẽ là khoảng 30 - 35 MeV. Quá trình chuyển đổi sang trạng thái cơ bản của chúng sẽ kèm theo sự phát ra ba neutron và tia gamma. Có thể hy vọng rằng ở năng lượng kích thích này, hiệu ứng vỏ hạt nhân vẫn còn tồn tại trong các hạt nhân siêu nặng được nung nóng, điều này sẽ làm tăng khả năng sống sót của chúng và cho phép chúng tôi tổng hợp chúng trong các thí nghiệm của mình. Cũng lưu ý rằng sự bất đối xứng khối lượng của các hạt nhân tương tác (Z 1 × Z2 ≤ 2000) làm giảm lực đẩy Coulomb của chúng và do đó làm tăng khả năng hợp nhất.

Bất chấp những ưu điểm dường như rõ ràng này, tất cả các nỗ lực trước đây để tổng hợp các nguyên tố siêu nặng trong các phản ứng với 48 ion Ca, được thực hiện trong các phòng thí nghiệm khác nhau vào năm 1977 - 1985. hóa ra là không hiệu quả. Tuy nhiên, sự phát triển của các kỹ thuật thí nghiệm trong những năm gần đây và trên hết là việc tạo ra các chùm ion 48Ca cường độ cao trong phòng thí nghiệm của chúng tôi ở các máy gia tốc thế hệ mới, giúp tăng độ nhạy của thí nghiệm lên gần 1000 lần. Những thành tựu này đã được sử dụng trong một nỗ lực mới để tổng hợp các nguyên tố siêu nặng.

3 Bất động sản dự kiến

Chúng ta mong đợi gì để thấy trong thí nghiệm trong trường hợp tổng hợp thành công? Nếu giả thuyết lý thuyết là đúng, thì các hạt nhân siêu nặng sẽ ổn định đối với sự phân hạch tự phát. Sau đó, chúng sẽ trải qua một loại phân rã khác: phân rã alpha (sự phát xạ của hạt nhân helium gồm 2 proton và 2 neutron). Kết quả của quá trình này là một hạt nhân con được hình thành nhẹ hơn 2 proton và 2 neutron so với hạt nhân mẹ. Nếu hạt nhân con có xác suất phân hạch tự phát thấp thì sau phân rã alpha thứ hai, hạt nhân con lúc này sẽ nhẹ hơn hạt nhân ban đầu 4 proton và 4 nơtron. Quá trình phân rã alpha sẽ tiếp tục cho đến khi xảy ra quá trình phân hạch tự phát (Hình 4).

Cái đó. chúng tôi hy vọng sẽ thấy không phải một phân rã, mà là một "họ phóng xạ", một chuỗi các phân rã alpha liên tiếp, đủ lâu (ở quy mô hạt nhân), cạnh tranh nhau nhưng cuối cùng bị gián đoạn bởi sự phân hạch tự phát. Về nguyên tắc, một kịch bản phân rã như vậy đã chỉ ra sự hình thành của một hạt nhân siêu nặng.

Để thấy đầy đủ sự gia tăng dự kiến ​​về độ ổn định, cần phải đến càng gần càng tốt các lớp vỏ kín Z = 114 và N = 184. Rất khó tổng hợp các hạt nhân giàu neutron như vậy trong các phản ứng hạt nhân, bởi vì trong quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nguyên tố ổn định, trong đó đã có một tỷ lệ proton và neutron nhất định, không thể đạt được hạt nhân ma thuật kép 298 114. Vì vậy, chúng ta cần cố gắng sử dụng các hạt nhân trong phản ứng ban đầu chứa số nơtron tối đa có thể. Điều này, ở một mức độ lớn, cũng là do sự lựa chọn các ion 48 Ca được gia tốc làm đạn. Canxi được biết là có nhiều trong tự nhiên. Nó bao gồm 97% đồng vị 40 Ca, hạt nhân chứa 20 proton và 20 neutron. Nhưng nó chứa một lượng 0,187% một đồng vị nặng - 48 Ca (20 proton và 28 neutron) có 8 neutron thừa. Công nghệ sản xuất của nó rất tốn thời gian và tốn kém; chi phí cho một gam được làm giàu với 48 Ca là khoảng 200.000 USD. Do đó, chúng tôi đã phải thay đổi đáng kể thiết kế và chế độ vận hành của máy gia tốc để tìm ra giải pháp thỏa hiệp - để thu được cường độ chùm ion tối đa với mức tiêu thụ vật liệu kỳ lạ này ở mức tối thiểu.

hinh 4
Dự đoán lý thuyết về các loại phân rã (được thể hiện bằng các màu khác nhau trong hình) và chu kỳ bán rã của các đồng vị của các nguyên tố siêu nặng với số lượng proton và neutron khác nhau. Lấy ví dụ, người ta chỉ ra rằng đối với đồng vị của nguyên tố thứ 116 có khối lượng 293, được tạo thành trong phản ứng tổng hợp hạt nhân 248 St và 48 Ca, dự kiến ​​sẽ có ba phân rã alpha liên tiếp, mà đỉnh điểm là phân hạch tự phát. của hạt nhân cháu gái của nguyên tố thứ 110 có khối lượng 281. Như có thể thấy trong Hình 8 chỉ là một kịch bản phân rã như vậy, ở dạng chuỗi α - α - α - SF, được quan sát cho hạt nhân này trong thí nghiệm. Sự phân rã của một hạt nhân nhẹ hơn - đồng vị của nguyên tố thứ 110 có khối lượng 271, thu được trong phản ứng "tổng hợp lạnh" của hạt nhân 208 Pb + 64 Ni. Chu kỳ bán rã của nó nhỏ hơn 10 4 lần so với đồng vị 281 110 .

Hôm nay chúng tôi đã đạt được cường độ chùm tia kỷ lục - 8 × 10 12 / s, với mức tiêu thụ rất thấp của đồng vị 48 Ca - khoảng 0,5 miligam / giờ. Là vật liệu mục tiêu, chúng tôi sử dụng các đồng vị được làm giàu lâu dài của các nguyên tố nhân tạo: Pu, Am, Cm và Cf (Z = 94-96 và 98) cũng với hàm lượng neutron tối đa. Chúng được sản xuất trong các lò phản ứng hạt nhân mạnh (ở Oak Ridge, Hoa Kỳ và ở Dimitrovgrad, Nga) và sau đó được làm giàu tại các cơ sở đặc biệt, máy phân tách khối lượng tại Viện Nghiên cứu Vật lý Thực nghiệm Toàn Nga (Sarov). Phản ứng tổng hợp của hạt nhân 48 Ca với hạt nhân của các đồng vị này được chọn để tổng hợp các nguyên tố có Z = 114 - 118 .

Ở đây tôi muốn thực hiện một lạc đề.

Không phải mọi phòng thí nghiệm, ngay cả những trung tâm hạt nhân hàng đầu thế giới, đều có những vật liệu độc đáo và với số lượng lớn như vậy để chúng tôi sử dụng trong công việc của mình. Nhưng các công nghệ sản xuất chúng đã được phát triển ở nước ta và chúng đang được ngành công nghiệp của chúng ta phát triển. Bộ trưởng Bộ Năng lượng nguyên tử Nga đề nghị chúng tôi phát triển một chương trình làm việc về tổng hợp các nguyên tố mới trong 5 năm và phân bổ một khoản tài trợ đặc biệt cho các nghiên cứu này. Mặt khác, làm việc tại Viện nghiên cứu chung về hạt nhân, chúng tôi hợp tác (và cạnh tranh) rộng rãi với các phòng thí nghiệm hàng đầu thế giới. Trong nghiên cứu tổng hợp các nguyên tố siêu nặng, chúng tôi đã hợp tác chặt chẽ trong nhiều năm với Phòng thí nghiệm quốc gia Livermore (Mỹ). Sự hợp tác này không chỉ hợp nhất các nỗ lực của chúng tôi mà còn tạo ra các điều kiện để hai nhóm xử lý và phân tích kết quả thử nghiệm một cách độc lập ở tất cả các giai đoạn của thử nghiệm.
Trong 5 năm làm việc, trong thời gian tiếp xúc lâu, liều lượng khoảng 2 × 10 20 ion (khoảng 16 miligam 48 Ca, được gia tốc tới ~ 1/10 tốc độ ánh sáng, đi qua các lớp mục tiêu). Trong các thí nghiệm này, người ta đã quan sát thấy sự hình thành các đồng vị của 112÷118 nguyên tố (ngoại trừ nguyên tố thứ 117) và thu được kết quả đầu tiên về tính chất phân rã của các hạt nhân siêu nặng mới. Việc trình bày tất cả các kết quả sẽ chiếm quá nhiều không gian và để không làm người đọc mệt mỏi, chúng tôi sẽ giới hạn chỉ mô tả thí nghiệm cuối cùng về tổng hợp các nguyên tố 113 và 115 - tất cả các phản ứng khác đều được nghiên cứu theo cách tương tự . Nhưng trước khi bắt tay vào nhiệm vụ này, nên phác thảo ngắn gọn thiết lập thử nghiệm và giải thích các nguyên tắc hoạt động cơ bản của thiết lập của chúng tôi.

4. Thiết lập thí nghiệm

Hạt nhân hỗn hợp được hình thành bởi sự hợp nhất của hạt nhân mục tiêu và hạt nhân, sau khi neutron bay hơi, sẽ di chuyển theo hướng của chùm ion. Lớp mục tiêu được chọn đủ mỏng để một nguyên tử giật nặng có thể bay ra khỏi nó và tiếp tục chuyển động đến máy dò đặt cách mục tiêu khoảng 4 m. Một dải phân cách chứa đầy khí được đặt giữa mục tiêu và máy dò , được thiết kế để triệt tiêu các hạt chùm tia và các sản phẩm phụ của phản ứng.
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị phân tách (Hình 5) dựa trên thực tế là các nguyên tử trong môi trường khí - trong trường hợp của chúng tôi là hydro, ở áp suất chỉ 10 -3 atm. - sẽ có điện tích ion khác nhau tùy thuộc vào tốc độ của chúng. Điều này cho phép chúng được tách ra trong từ trường "khi đang bay" trong 10 -6 giây. và gửi nó đến máy dò. Các nguyên tử đã đi qua thiết bị phân tách được cấy vào lớp nhạy cảm của máy dò bán dẫn, tạo ra tín hiệu về thời gian đến của nguyên tử giật lùi, năng lượng của nó và vị trí cấy (tức là tọa độ: X và tại trên bề mặt làm việc của máy dò). Với những mục đích này, máy dò có tổng diện tích khoảng 50 cm 2 được chế tạo dưới dạng 12 "dải" - các dải giống như các phím đàn piano - mỗi dải có độ nhạy dọc. Nếu hạt nhân của nguyên tử được cấy trải qua phân rã alpha, thì hạt alpha phát ra (với năng lượng dự kiến ​​khoảng 10 MeV) sẽ được máy dò đăng ký với tất cả các tham số đã liệt kê trước đó: thời gian, năng lượng và tọa độ. Nếu sau lần phân rã đầu tiên có lần thứ hai xảy ra tiếp theo, thì hạt alpha thứ hai sẽ thu được thông tin tương tự, v.v. cho đến khi xảy ra sự phân chia tự phát. Lần phân rã cuối cùng sẽ được ghi lại dưới dạng hai tín hiệu có biên độ cao trùng nhau về thời gian (Е 1 + Е 2 ~ 200 MeV). Để tăng hiệu quả đăng ký các hạt alpha và các mảnh phân hạch được ghép nối, máy dò phía trước được bao quanh bởi các máy dò bên, tạo thành một "hộp" với một bức tường mở ra từ phía của dải phân cách. Trước cụm máy dò, có hai máy dò thời gian bay mỏng đo tốc độ của hạt nhân giật lại (cái gọi là máy dò TOF, viết tắt của từ tiếng Anh - thời gian của chuyến bay). Do đó, tín hiệu đầu tiên phát sinh từ hạt nhân giật đi kèm với dấu hiệu của TOF. Các tín hiệu tiếp theo từ sự phân rã của hạt nhân không có tính năng này.
Tất nhiên, sự phân rã có thể kéo dài trong nhiều khoảng thời gian khác nhau, được đặc trưng bởi sự phát ra một hoặc nhiều hạt alpha với các năng lượng khác nhau. Nhưng nếu chúng thuộc cùng một hạt nhân và tạo thành một họ phóng xạ (hạt nhân mẹ - con gái - cháu gái, v.v.), thì tọa độ của tất cả các tín hiệu - từ hạt nhân giật lùi, hạt alpha và các mảnh phân hạch - phải trùng khớp với độ chính xác. của độ phân giải máy dò vị trí. Máy dò của chúng tôi, do Canberra Electronics sản xuất, đo năng lượng của các hạt alpha với độ chính xác ~ 0,5% và có độ phân giải vị trí khoảng 0,8 mm cho mỗi dải.

Hình 5
Sơ đồ lắp đặt để tách hạt nhân giật lùi trong thí nghiệm tổng hợp các nguyên tố nặng

Về mặt tinh thần, toàn bộ bề mặt của máy dò có thể được biểu diễn dưới dạng khoảng 500 ô (pixel) trong đó các phân rã được phát hiện. Xác suất để hai tín hiệu ngẫu nhiên rơi vào cùng một vị trí là 1/500, ba tín hiệu là 1/250000, v.v. Điều này cho phép lựa chọn, với độ tin cậy cao, từ một lượng lớn các sản phẩm phóng xạ, các sự kiện rất hiếm về sự phân rã liên tiếp liên quan đến di truyền của các hạt nhân siêu nặng, ngay cả khi chúng được hình thành với một lượng cực nhỏ (~ 1 nguyên tử/tháng).

5. Kết quả thực nghiệm

(kinh nghiệm vật chất)

Ví dụ, để hiển thị quá trình cài đặt “đang hoạt động”, chúng tôi sẽ mô tả chi tiết hơn các thí nghiệm tổng hợp nguyên tố 115 được hình thành trong phản ứng tổng hợp hạt nhân 243 Am (Z=95) + 48 Ca (Z=20 ) → 291 115 .
Sự tổng hợp hạt nhân Z-lẻ rất hấp dẫn vì sự có mặt của một proton lẻ hoặc neutron làm giảm đáng kể xác suất phân hạch tự phát và số chuyển tiếp alpha liên tiếp sẽ nhiều hơn (chuỗi dài) so với trường hợp phân rã của chẵn- hạt nhân chẵn. Để vượt qua rào cản Coulomb, 48 ion Ca phải có năng lượng E > 236 MeV. Mặt khác, nếu điều kiện này được đáp ứng, nếu năng lượng chùm tia được giới hạn ở E=248 MeV, thì năng lượng nhiệt của hợp chất hạt nhân 291 115 sẽ vào khoảng 39 MeV; sự nguội đi của nó sẽ xảy ra thông qua việc phát ra 3 neutron và tia gamma. Khi đó sản phẩm của phản ứng sẽ là đồng vị 115 của nguyên tố có số nơtron N=173. Sau khi bay ra khỏi lớp mục tiêu, một nguyên tử của nguyên tố mới sẽ đi qua một dải phân cách được điều chỉnh để vượt qua nó và đi vào máy dò. Các sự kiện tiếp theo phát triển như trong Hình 6. 80 micro giây sau khi lõi giật dừng lại trong máy dò phía trước, hệ thống thu thập dữ liệu sẽ nhận được tín hiệu về thời gian đến, năng lượng và tọa độ của nó (số dải và vị trí trong đó). Lưu ý rằng thông tin này có ký hiệu "TOF" (đến từ dấu phân cách). Nếu trong vòng 10 giây, tín hiệu thứ hai có năng lượng hơn 9,8 MeV phát ra từ cùng một vị trí trên bề mặt máy dò mà không có dấu hiệu "TOF" (tức là từ sự phân rã của nguyên tử được cấy ghép), chùm tia sẽ bị tắt và tất cả các phân rã tiếp theo được ghi lại trong điều kiện gần như hoàn toàn không có nền. Như có thể thấy trong biểu đồ phía trên của Hình 6, đằng sau hai tín hiệu đầu tiên - từ hạt nhân giật lùi và hạt alpha đầu tiên - trong khoảng thời gian khoảng 20 giây. sau khi chùm tia bị tắt, 4 tín hiệu khác theo sau, vị trí của chúng, với độ chính xác ± 0,5 mm, trùng với các tín hiệu trước đó. Trong 2,5 giờ tiếp theo, máy dò im lặng. Sự phân hạch tự phát trong cùng một dải và ở cùng một vị trí chỉ được ghi nhận vào ngày hôm sau, 28,7 giờ sau, dưới dạng hai tín hiệu từ các mảnh phân hạch có tổng năng lượng là 206 MeV.
Chuỗi như vậy đã được đăng ký ba lần. Chúng đều có dạng giống nhau (6 thế hệ hạt nhân trong họ phóng xạ) và phù hợp với nhau cả về năng lượng của hạt alpha và thời gian xuất hiện của chúng, có tính đến quy luật phân rã hạt nhân theo cấp số nhân. Nếu hiệu ứng quan sát được đề cập đến, như mong đợi, là sự phân rã của đồng vị của nguyên tố thứ 115 với khối lượng 288, được hình thành sau khi hợp chất bị bay hơi bởi hạt nhân của 3 neutron, thì với sự gia tăng năng lượng của 48Ca chùm ion chỉ bằng 5 MeV, nó sẽ giảm đi 5–6 lần. Thật vậy, ở E = 253 MeV, hiệu ứng này không có. Nhưng một chuỗi phân rã khác, ngắn hơn, đã được quan sát ở đây, bao gồm 4 hạt alpha (chúng tôi tin rằng cũng có 5 hạt trong số chúng, nhưng hạt alpha cuối cùng bay ra khỏi cửa sổ đang mở) với thời gian chỉ 0,4 giây. Một chuỗi phân rã mới kết thúc sau - 1,5 giờ với sự phân hạch tự phát. Rõ ràng, đây là sự phân rã của một hạt nhân khác, với xác suất cao là của một đồng vị lân cận của nguyên tố thứ 115 có khối lượng 287, được hình thành trong phản ứng nhiệt hạch với sự phát ra 4 neutron. Chuỗi phân rã liên tiếp của đồng vị lẻ-lẻ Z=115, N=173 được hiển thị trong biểu đồ bên dưới của Hình 6, trong đó chu kỳ bán rã tính toán của các hạt nhân siêu nặng với số lượng proton và neutron khác nhau được hiển thị ở dạng của một bản đồ đường viền. Nó cũng cho thấy sự phân rã của một đồng vị lẻ-lẻ khác, nhẹ hơn của nguyên tố thứ 111 với số neutron N = 161 được tổng hợp trong phản ứng 209 Bi + 64 Ni trong Phòng thí nghiệm của Đức - GSI (Darmstadt) và sau đó là ở Nhật Bản - RIKEN (Tokyo).

Hình 6
Thí nghiệm tổng hợp nguyên tố 115 trong phản ứng 48 Ca + 243 At.
Hình trên cho thấy thời gian xuất hiện tín hiệu sau khi cấy vào đầu dò hạt nhân giật lùi (R). Tín hiệu từ việc đăng ký các hạt alpha được đánh dấu màu đỏ, tín hiệu từ sự phân hạch tự phát được đánh dấu màu xanh lá cây. Ví dụ: đối với một trong ba sự kiện, tọa độ vị trí (tính bằng mm) của tất cả 7 tín hiệu từ chuỗi phân rã R →α 1 → α 2 → α 3 → α 4 → α 5 → SF ghi ở dải số 4. Hình bên dưới biểu diễn chuỗi phân rã của các hạt nhân có Z=111, N=161 và Z=115, N=173. Các đường đồng mức mô tả các vùng hạt nhân có chu kỳ bán rã khác nhau (độ che khuất khác nhau) là những dự đoán của lý thuyết vi mô.

Trước hết, cần lưu ý rằng chu kỳ bán rã của hạt nhân trong cả hai trường hợp đều phù hợp tốt với các dự đoán lý thuyết. Mặc dù thực tế là đồng vị 288 115 cách lớp vỏ neutron N=184 11 neutron, các đồng vị của nguyên tố 115 và 113 có thời gian tồn tại tương đối dài (T 1/2 ~ 0,1 giây và 0,5 giây tương ứng).
Sau năm lần phân rã alpha, đồng vị 105 của nguyên tố được hình thành - dubnium (Db) với N=163, độ ổn định của nó được xác định bởi một lớp vỏ kín khác N=162. Sức mạnh của lớp vỏ này được thể hiện qua sự khác biệt rất lớn về chu kỳ bán rã của hai đồng vị Db chỉ khác nhau 8 neutron. Một lần nữa chúng ta lưu ý rằng trong trường hợp không có cấu trúc (vỏ hạt nhân), tất cả các đồng vị của 105÷115 nguyên tố sẽ phải trải qua quá trình phân hạch tự phát trong khoảng thời gian ~ 10 -19 giây.

(kinh nghiệm hóa học)

Trong ví dụ được mô tả ở trên, các thuộc tính của đồng vị tồn tại lâu dài 268 Db, đóng chuỗi phân rã của nguyên tố thứ 115, là mối quan tâm độc lập.
Theo Định luật Tuần hoàn, phần tử thứ 105 nằm ở hàng thứ năm. Như có thể thấy trong Hình 7, nó là một chất tương đồng hóa học của niobi (Nb) và tantali (Ta) và khác về tính chất hóa học với tất cả các nguyên tố nhẹ hơn - actinide (Z = 90 ÷ 103) đại diện cho một nhóm riêng biệt trong Bảng D.I. Mendeleev. Do chu kỳ bán rã dài, đồng vị này của nguyên tố thứ 105 có thể được tách ra khỏi tất cả các sản phẩm phản ứng phương pháp phóng xạ với phép đo tiếp theo về sự phân rã của nó - sự phân hạch tự phát. Thí nghiệm này cho phép xác định độc lập số nguyên tử của hạt nhân cuối cùng (Z = 105) và tất cả các hạt nhân được hình thành trong các phân rã alpha liên tiếp của nguyên tố thứ 115.
Trong thí nghiệm hóa học không cần dùng bình tách giật. Việc tách các sản phẩm phản ứng theo số nguyên tử của chúng được thực hiện bằng các phương pháp dựa trên sự khác biệt về tính chất hóa học của chúng. Do đó, một phương pháp đơn giản hơn đã được sử dụng ở đây. Các sản phẩm phản ứng thoát ra khỏi mục tiêu được dẫn vào một bộ thu đồng nằm trên đường di chuyển của chúng đến độ sâu 3–4 micron. Sau 20-30 giờ chiếu xạ, bộ sưu tập được hòa tan. Một phần transactinide được phân lập từ dung dịch - các nguyên tố Z > 104 - a từ phần này, sau đó là các nguyên tố của hàng thứ 5 - Db, kèm theo các chất tương đồng hóa học của chúng là Nb và Ta. Loại thứ hai được thêm vào dưới dạng "chất đánh dấu" vào dung dịch trước khi tách hóa học. Một giọt dung dịch chứa Db được lắng đọng trên một đế mỏng, làm khô và sau đó được đặt giữa hai máy dò bán dẫn đã ghi nhận cả hai mảnh phân hạch tự phát. Toàn bộ tổ hợp lần lượt được đặt trong máy dò neutron, thiết bị này xác định số lượng neutron phát ra từ các mảnh vỡ trong quá trình phân hạch hạt nhân Db.
Vào tháng 6 năm 2004, 12 thí nghiệm giống hệt nhau đã được thực hiện (S. N. Dmitriev et al.), trong đó 15 sự kiện phân hạch tự phát của Db đã được đăng ký. Các mảnh phân hạch tự phát Db có động năng khoảng 235 MeV, trung bình mỗi sự kiện phân hạch phát ra khoảng 4 nơtron. Những đặc điểm như vậy vốn có trong sự phân hạch tự phát của một hạt nhân khá nặng. Nhớ lại rằng đối với 238 U, các giá trị này lần lượt là khoảng 170 MeV và 2 neutron.
Thí nghiệm hóa học xác nhận kết quả của thí nghiệm vật lý: hạt nhân của nguyên tố thứ 115 được hình thành trong phản ứng 243 Am + 48 Ca do năm phân rã alpha liên tiếp: Z = 115 → 113 → 111 → 109 → 107 → 105 thực sự dẫn đến sự hình thành một hạt nhân phân hạch tự phát tồn tại lâu dài với số nguyên tử 105. Trong các thí nghiệm này, với tư cách là sản phẩm con của phân rã alpha của nguyên tố thứ 115, một nguyên tố khác chưa biết trước đây có số nguyên tử 113 cũng được tổng hợp.

Hình 7
Thí nghiệm vật lý và hóa học về nghiên cứu tính chất phóng xạ của nguyên tố thứ 115.
Trong phản ứng 48 Ca + 243 At, sử dụng thiết lập vật lý, người ta thấy rằng năm liên tiếp
phân rã alpha của đồng vị 288 115 dẫn đến đồng vị tồn tại lâu dài của nguyên tố thứ 105 - 268 Db, trong đó
tự động tách thành hai mảnh. Trong một thí nghiệm hóa học, người ta xác định rằng một hạt nhân có số nguyên tử 105 trải qua quá trình phân hạch tự phát.

6. Bức tranh lớn và tương lai

Kết quả thu được trong phản ứng 243 Am+ 48 Ca không phải là trường hợp cá biệt. Trong quá trình tổng hợp các hạt nhân Z chẵn - đồng vị của các nguyên tố 112, 114 và 116 - chúng tôi cũng quan sát thấy các chuỗi phân rã dài kết thúc bằng sự phân hạch tự phát của các hạt nhân có Z = 104-110, thời gian tồn tại của chúng dao động từ vài giây đến vài giờ, tùy thuộc vào số hiệu nguyên tử và thành phần nơtron của hạt nhân. Đến nay, người ta đã thu được dữ liệu về đặc tính phân rã của 29 hạt nhân mới với Z = 104-118; chúng được thể hiện trên bản đồ các hạt nhân (Hình 8). Các tính chất của hạt nhân nặng nhất nằm trong vùng transactinide, kiểu phân rã, năng lượng và thời gian phân rã của chúng rất phù hợp với các dự đoán của lý thuyết hiện đại. Giả thuyết về sự tồn tại của các đảo ổn định của các hạt nhân siêu nặng, giúp mở rộng đáng kể thế giới các nguyên tố, dường như lần đầu tiên đã tìm thấy xác nhận thực nghiệm.

tương lai

Bây giờ nhiệm vụ là nghiên cứu chi tiết hơn cấu trúc hạt nhân và nguyên tử của các nguyên tố mới, điều này rất khó giải quyết, chủ yếu là do năng suất thấp của các sản phẩm phản ứng mong muốn. Để tăng số lượng nguyên tử của các nguyên tố siêu nặng, cần phải tăng cường độ chùm 48 ion Ca và tăng hiệu quả của các phương pháp vật lý. Hiện đại hóa máy gia tốc ion nặng, được lên kế hoạch trong những năm tới, sử dụng tất cả những thành tựu mới nhất trong công nghệ máy gia tốc, sẽ cho phép chúng tôi tăng cường độ của chùm ion lên khoảng 5 lần. Giải pháp của phần thứ hai đòi hỏi một sự thay đổi cơ bản trong việc thiết lập các thí nghiệm; nó có thể được tìm thấy trong việc tạo ra một kỹ thuật thí nghiệm mới dựa trên tính chất của các nguyên tố siêu nặng.

Hình 8
Bản đồ hạt nhân của các nguyên tố nặng và siêu nặng.
Đối với các hạt nhân bên trong hình bầu dục tương ứng với các phản ứng nhiệt hạch khác nhau (thể hiện trong hình), chu kỳ bán rã và năng lượng của các hạt alpha phát ra được thể hiện (hình vuông màu vàng). Dữ liệu được trình bày trên bản đồ đường viền của vùng phân tách theo sự đóng góp của ảnh hưởng của vỏ hạt nhân vào năng lượng liên kết của hạt nhân. Trong trường hợp không có cấu trúc hạt nhân, toàn bộ trường sẽ có màu trắng. Khi trời tối, hiệu ứng của vỏ tăng lên. Hai dải kề nhau chỉ chênh nhau 1 MeV. Tuy nhiên, điều này đủ để tăng đáng kể độ ổn định của hạt nhân đối với sự phân hạch tự phát, do đó các hạt nhân nằm gần số lượng proton và neutron "kỳ diệu" trải qua quá trình phân rã alpha chủ yếu. Mặt khác, trong các đồng vị của các nguyên tố thứ 110 và 112, sự gia tăng số lượng neutron thêm 8 đơn vị nguyên tử dẫn đến sự gia tăng các chu kỳ phân rã alpha của hạt nhân hơn 10 5 lần.

Nguyên tắc hoạt động của cài đặt vận hành - bộ phân tách động học của các hạt nhân giật lùi (Hình 5) dựa trên sự khác biệt về đặc tính động học của các loại phản ứng khác nhau. Các sản phẩm phản ứng nhiệt hạch của các hạt nhân mục tiêu và 48 Ca mà chúng ta quan tâm bay ra khỏi mục tiêu theo hướng thuận, theo một hình nón góc hẹp ± 3 0 với động năng khoảng 40 MeV. Bằng cách hạn chế quỹ đạo của các hạt nhân giật lùi có tính đến các tham số này, chúng tôi gần như tách hoàn toàn khỏi chùm ion, triệt tiêu nền của các sản phẩm phụ của phản ứng 10 4 ÷ 10 6 lần và đưa các nguyên tử của các nguyên tố mới đến máy dò với hiệu suất khoảng 40% trong 1 micro giây. Nói cách khác, sự phân tách các sản phẩm phản ứng xảy ra "nhanh chóng".

Hình 8 Cài đặt MASHA
Hình trên cho thấy sơ đồ tách và nguyên tắc hoạt động của nó. Các hạt nhân giật lại phát ra từ lớp mục tiêu dừng lại trong bộ thu than chì ở độ sâu vài micromet. Do nhiệt độ cao của bộ thu, chúng khuếch tán vào buồng của nguồn ion, bị hút ra khỏi plasma, được gia tốc bởi điện trường và được phân tích khối lượng bởi từ trường theo hướng của máy dò. Trong thiết kế này, khối lượng của một nguyên tử có thể được xác định với độ chính xác 1/3000. Hình dưới đây cho thấy một cái nhìn chung về cài đặt.

Nhưng để có được tính chọn lọc cao của quá trình cài đặt, điều quan trọng là phải bảo toàn, "không bôi nhọ" các thông số động học - góc lệch và năng lượng của hạt nhân giật lại. Do đó, cần sử dụng các lớp mục tiêu có độ dày không quá 0,3 micromet - ít hơn khoảng ba lần so với mức cần thiết để thu được năng suất hiệu quả của hạt nhân siêu nặng với khối lượng nhất định, hoặc ít hơn 5–6 lần khi nó đến sự tổng hợp của hai đồng vị của một nguyên tố nhất định liền kề nhau về khối lượng. Ngoài ra, để có được dữ liệu về số lượng khối lượng của các đồng vị của một nguyên tố siêu nặng, cần phải thực hiện một loạt thí nghiệm dài và tốn nhiều công sức - lặp lại các phép đo ở các năng lượng khác nhau của chùm ion 48 Ca.
Đồng thời, như sau từ các thí nghiệm của chúng tôi, các nguyên tử tổng hợp của các nguyên tố siêu nặng có chu kỳ bán rã vượt quá đáng kể tốc độ của thiết bị phân tách động học. Do đó, trong nhiều trường hợp, không cần thiết phải tách các sản phẩm phản ứng trong một thời gian ngắn như vậy. Sau đó, có thể thay đổi nguyên tắc hoạt động của quá trình cài đặt và tiến hành tách các sản phẩm phản ứng theo nhiều giai đoạn.
Sơ đồ cài đặt mới được hiển thị trong Hình.9. Sau khi cấy các hạt nhân giật lùi vào bộ thu được nung nóng đến nhiệt độ 2000 0 C, các nguyên tử khuếch tán vào plasma của nguồn ion, bị ion hóa trong plasma thành điện tích q = 1 + , bị kéo ra khỏi nguồn bởi một điện trường, được phân tách bằng khối lượng trong từ trường có biên dạng đặc biệt, và cuối cùng, được ghi lại (theo loại phân rã) bởi các máy dò nằm trong mặt phẳng tiêu cự. Theo ước tính, toàn bộ quy trình có thể mất từ ​​một phần mười giây đến vài giây, tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ và tính chất hóa lý của các nguyên tử được tách ra. Nhường tốc độ cho bộ tách động học, đơn vị mới là MASHA (viết tắt của tên đầy đủ Máy phân tích khối lượng nguyên tử siêu nặng) - sẽ tăng hiệu quả công việc lên khoảng 10 lần và sẽ cho phép đo trực tiếp khối lượng của các hạt nhân siêu nặng cùng với các đặc tính phân rã.
Nhờ một khoản trợ cấp được phân bổ bởi Thống đốc khu vực Moscow B.V. Để tạo ra cài đặt này, Gromov đã thiết kế và sản xuất nó trong một thời gian ngắn - trong 2 năm, nó đã được thử nghiệm và sẵn sàng hoạt động. Sau khi xây dựng lại máy gia tốc, với cài đặt MASHA. chúng tôi sẽ mở rộng đáng kể nghiên cứu của mình về tính chất của các hạt nhân mới và cố gắng đi xa hơn vào khu vực của các nguyên tố nặng hơn.

(tìm kiếm các nguyên tố siêu nặng trong tự nhiên)

Một khía cạnh khác của vấn đề về các nguyên tố siêu nặng có liên quan đến việc tạo ra các hạt nhân tồn tại lâu hơn. Trong các thí nghiệm được mô tả ở trên, chúng tôi chỉ tiếp cận rìa của “hòn đảo”, thấy có độ dốc lớn, nhưng vẫn còn cách xa đỉnh của nó, nơi các hạt nhân có thể sống hàng nghìn và thậm chí hàng triệu năm. Chúng ta không có đủ neutron trong hạt nhân tổng hợp để tiếp cận lớp vỏ N=184. Ngày nay, điều này là không thể đạt được - không có phản ứng nào có thể thu được các hạt nhân giàu neutron như vậy. Có lẽ, trong một tương lai xa, các nhà vật lý sẽ có thể sử dụng các chùm ion phóng xạ cực mạnh, với số nơtron lớn hơn số nơtron của hạt nhân 48 Ca. Những dự án như vậy hiện đang được thảo luận rộng rãi, cho đến nay vẫn chưa đề cập đến chi phí cần thiết để tạo ra những cỗ máy gia tốc khổng lồ như vậy.

Tuy nhiên, bạn có thể thử tiếp cận vấn đề này từ phía bên kia.

Nếu chúng ta giả định rằng các hạt nhân siêu nặng tồn tại lâu nhất có chu kỳ bán rã 10 5 ÷ 10 6 năm (không khác nhiều so với dự đoán của lý thuyết, lý thuyết cũng đưa ra ước tính của nó với độ chính xác nhất định), thì có thể là chúng có thể được phát hiện trong các tia vũ trụ - nhân chứng của các yếu tố hình thành trên các hành tinh trẻ hơn khác của Vũ trụ. Nếu chúng ta đưa ra một giả định mạnh mẽ hơn nữa rằng chu kỳ bán rã của "người trăm tuổi" có thể là hàng chục triệu năm hoặc hơn, thì chúng có thể có mặt trên Trái đất, tồn tại với số lượng rất nhỏ kể từ thời điểm các nguyên tố được hình thành trong hệ mặt trời cho đến ngày nay.
Trong số các ứng cử viên khả dĩ, chúng tôi thích các đồng vị của nguyên tố thứ 108 (Hs) có hạt nhân chứa khoảng 180 neutron. Các thí nghiệm hóa học được thực hiện với đồng vị tồn tại trong thời gian ngắn 269 Hs (T 1/2 ~ 9 s) cho thấy nguyên tố 108, đúng như dự đoán, theo Định luật Tuần hoàn, là chất đồng đẳng hóa học của nguyên tố 76 - osmium (Os).

Hình 10
Cài đặt để đăng ký một tia neutron từ sự phân hạch tự phát của các hạt nhân trong quá trình phân rã của nguyên tố 108. (Phòng thí nghiệm ngầm ở Modan, Pháp)

Sau đó, một mẫu osmium kim loại có thể chứa nguyên tố Eka(Os) với số lượng rất nhỏ. Sự hiện diện của Eka(Os) trong osmium có thể được xác định từ sự phân rã phóng xạ của nó. Có lẽ một gan dài siêu nặng sẽ trải qua quá trình phân hạch tự phát hoặc phân hạch tự phát sẽ xảy ra sau các phân rã alpha hoặc beta trước đó (một loại biến đổi phóng xạ trong đó một trong các neutron của hạt nhân biến thành proton) của con gái nhẹ hơn và có thời gian sống ngắn hơn hoặc hạt nhân cháu gái. Do đó, ở giai đoạn đầu tiên, có thể thiết lập một thí nghiệm để ghi lại các sự kiện phân hạch tự phát hiếm gặp của một mẫu osmium. Một thí nghiệm như vậy đang được chuẩn bị. Các phép đo sẽ bắt đầu vào cuối năm nay và sẽ kéo dài 1-1,5 năm. Sự phân rã của một hạt nhân siêu nặng sẽ được ghi lại bằng một tia neutron đi kèm với sự phân hạch tự phát. Để bảo vệ cơ sở khỏi nền neutron do các tia vũ trụ tạo ra, các phép đo sẽ được thực hiện trong một phòng thí nghiệm dưới lòng đất nằm dưới dãy núi Alps ở giữa đường hầm nối Pháp với Ý ở độ sâu tương ứng với 4000 mét nước. lớp tương đương.
Nếu trong năm đo, ít nhất một sự kiện phân hạch tự phát của hạt nhân siêu nặng được quan sát thấy, thì điều này sẽ tương ứng với nồng độ của nguyên tố 108 trong mẫu Os là khoảng 5 × 10 -15 g / g., Giả sử rằng chu kỳ bán rã của nó là 10 9 năm. Giá trị nhỏ như vậy chỉ bằng 10 -16 nồng độ urani trong vỏ trái đất.
Bất chấp độ nhạy cực cao của thí nghiệm, cơ hội phát hiện di vật, các hạt nhân siêu nặng là rất nhỏ. Nhưng bất kỳ tìm kiếm khoa học nào cũng luôn có một cơ hội nhỏ ... Không có tác dụng nào đưa ra giới hạn trên về thời gian bán hủy của gan dài ở mức T 1/2 ≤ 3× 10 7 tuổi. Không quá ấn tượng, nhưng quan trọng để hiểu các tính chất của hạt nhân trong vùng ổn định mới của các nguyên tố siêu nặng.