Die Arbeiten wurden am Laboratorium für Kernreaktionen (FLNR) durchgeführt, benannt nach G. N. Flerov am Dubna Joint Institute for Nuclear Research (JINR) erfolgreich. Die Eigenschaften des 117. und früher synthetisiert in den Dubna-Elementen 112-116 und 118 sind ein direkter Beweis für die Existenz der sogenannten "Insel der Stabilität". superschwere Elemente von Theoretikern bereits in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts vorhergesagt und die Grenzen des Periodensystems erheblich erweitert. Der Leiter des FLNR-Akademikers Yuri Oganesyan informierte die Izvestia-Redaktion bereits im März über das einzigartige Experiment, gab aber erst jetzt die Erlaubnis, es zu veröffentlichen. Der Autor der Entdeckung, Akademiemitglied Yuri Oganesyan, erzählte dem Beobachter Pjotr ​​Obraztsov über die Essenz des Experiments.

Izvestia: Was hat das Interesse der Wissenschaftler an der Synthese superschwerer Elemente geweckt, die nur eine vernachlässigbare Zeit existieren?

Yuri Oganesyan: Nach der Entdeckung der ersten künstlichen Elemente in den Jahren 1940-1941 - Neptunium und Plutonium - wurde die Frage nach den Grenzen der Existenz von Elementen für die Grundlagenwissenschaft der Struktur der Materie äußerst interessant. Bis zum Ende des letzten Jahrhunderts wurden 17 künstliche Elemente entdeckt und es wurde festgestellt, dass ihre Kernstabilität mit steigender Ordnungszahl stark abnimmt. Beim Übergang vom 92. Element - Uran - zum 102. Element - Nobelium verringert sich die Halbwertszeit des Kerns um 16 Größenordnungen: von 4,5 Milliarden Jahren auf mehrere Sekunden. Daher glaubte man, dass der Fortschritt in den Bereich noch schwererer Elemente zur Grenze ihrer Existenz führen würde, im Wesentlichen die Grenze der Existenz der materiellen Welt markieren würde. Mitte der 60er Jahre stellten Theoretiker jedoch unerwartet eine Hypothese über die mögliche Existenz superschwerer Atomkerne auf. Berechnungen zufolge sollte sich die Lebensdauer von Kernen mit den Ordnungszahlen 110-120 mit der Anzahl der Neutronen in ihnen deutlich erhöht haben. Nach den neuen Konzepten bilden sie eine ausgedehnte „Stabilitätsinsel“ aus superschweren Elementen, die die Grenzen der Elementtabelle deutlich erweitert.
und: Konnte dies experimentell bestätigt werden?

Oganesyan: 1975-1996 gelang es Physikern aus Dubna, Darmstadt (GSI, Deutschland), Tokio (RIKEN) und Berkeley (LBNL, USA), diese Reaktionen zu untersuchen und sechs neue Elemente zu synthetisieren. Die schwersten Elemente 109-112 wurden erstmals bei GSI produziert und bei RIKEN wiederholt. Aber die Halbwertszeiten der schwersten Kerne, die bei diesen Reaktionen erzeugt wurden, betrugen nur Zehntausendstel oder sogar Tausendstelsekunden. Die Hypothese der Existenz superschwerer Elemente wurde erstmals in Dubna experimentell bestätigt, in Studien, die von unserer Gruppe in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des National Laboratory durchgeführt wurden. Lawrence in Livermore (USA). Es ist uns gelungen, den Ansatz zur Synthese superschwerer Kerne radikal zu verändern, indem wir beispielsweise ein Ziel aus einem künstlichen Element des Berkeliums (N 97) mit einem Strahl eines Projektils aus einem extrem seltenen und teuren Calciumisotop (N 20 ) mit einer Masse von 48. Bei der Kernfusion entsteht das Element N 117 (97 + 20 = 117). Die Ergebnisse übertrafen selbst die optimistischsten Erwartungen. In den Jahren 2000-2004, praktisch innerhalb von fünf Jahren, wurden in solchen Reaktionen erstmals superschwere Elemente mit den Ordnungszahlen 114, 116 und 118 synthetisiert.

und: Welchen wissenschaftlichen Beitrag leisteten amerikanische Wissenschaftler?

Oganesyan: In einer Kernreaktion mit einem Kalziumstrahl kann das 117. Element nur mit einem Target aus einem künstlichen Element, Berkelium, gewonnen werden. Die Halbwertszeit dieses Isotops beträgt nur 320 Tage. Aufgrund der kurzen Lebensdauer muss die Produktion von Berkelium in der benötigten Menge (20-30 Milligramm) in einem Reaktor mit sehr hoher Neutronenflussdichte erfolgen. Nur der Isotopenreaktor des US National Laboratory in Oak Ridge kann eine solche Aufgabe bewältigen. In diesem Labor wurde übrigens erstmals Plutonium für die Amerikaner hergestellt Atombombe... Da ab dem Zeitpunkt der Produktion von Berkelium seine Menge in 320 Tagen um die Hälfte abnimmt, war es notwendig, alle Arbeiten mit hoher Geschwindigkeit auszuführen. Und das nicht nur in Labors, sondern auch in den offiziellen Strukturen Russlands und der Vereinigten Staaten, die mit der Zertifizierung von ungewöhnlichem Material, dem Transport eines hochradioaktiven Produkts auf dem Land- und Luftweg, der Sicherheitstechnik usw. verbunden sind.

und: Eine Abenteuergeschichte wert. Was als nächstes geschah?

Oganesyan: Anfang Juni 2009 ist der Container in Moskau angekommen. Aus dieser Substanz wurde am Forschungsinstitut für Atomreaktoren (Dimitrovgrad) ein Target in Form der dünnsten Berkeliumschicht (300 Nanometer) auf einer dünnen Titanfolie hergestellt; im Juli wurde das Ziel an Dubna geliefert. Zu diesem Zeitpunkt sind in FLNR alle Vorarbeit wurden abgeschlossen, und die kontinuierliche Bestrahlung des Targets mit einem intensiven Calciumstrahl begann. Bereits bei der ersten Bestrahlung des Ziels, die 70 Tage dauerte, hatten wir Glück: Fünfmal zeichneten die Detektoren das Bild von der Bildung und dem Zerfall von Kernen des 117. Elements auf. Wie erwartet verwandelten sich die Kerne dieses Elements in die Kerne des 115. Elements, das 115. Element wurde zum 113. und dann ging das 113. Element in das 111. über. Und das 111. Element zerfiel mit einer Halbwertszeit von 26 Sekunden. Im nuklearen Maßstab ist dies eine riesige Zeit! Jetzt wurde das Periodensystem mit einem der schwersten Elemente mit der Ordnungszahl 117 aufgefüllt.

und: Was unsere Leser natürlich interessiert praktischer Nutzen kann Ihre Entdeckung haben.

Oganesyan: Jetzt natürlich keine, denn es sind nur wenige Atome des Elements N 117 erhalten worden, und die Vorstellungen von unserer Welt sollten sich grundlegend grundlegend ändern. Wenn Elemente mit einer großen Halbwertszeit synthetisiert werden, ist es darüber hinaus möglich, dass sie in der Natur existieren und ab dem Zeitpunkt der Entstehung der Erde - 4,5 Milliarden Jahre - bis in unsere Zeit "überleben" könnten. Und wir führen Experimente durch, um sie zu finden, unsere Installation befindet sich in den Tiefen der Alpenberge.

und: Eine Frage aus einem anderen Flugzeug. Warum denken Sie die offensichtlichen Fortschritte in der Kernphysik für den letzten Jahren 20 Sie gewinnen immer noch keine Nobelpreise?

Oganesyan: Physik ist großartig. Anscheinend sind andere Bereiche dieser Wissenschaft für Mitglieder des Nobelkomitees interessanter. Und es gibt wirklich viele würdige Wissenschaftler. Übrigens muss ich die Teilnehmer an unserem Experiment nennen: National Laboratory in Oak Ridge (Prof. James Roberto), Universität. Vanderbilt (Prof. Joseph Hamilton), National Laboratory. Lawrence in Livermore (Dawn Shaughnessy), dem Forschungsinstitut für Atomreaktoren, Dimitrovgrad (Mikhail Ryabinin) und dem JINR Laboratory of Nuclear Reactions (unter der Leitung von Yuri Oganesyan).

Von der Redaktion. Vorübergehend wird Element Nr. 117 im Lateinischen "eins-eins-sieben" genannt, dh ununseptium. Die Gruppe des Akademiemitglieds Yuri Oganesyan - die Autoren der Entdeckung - hat das volle Recht, diesem Element sowie den von ihnen entdeckten Elementen Nr. 114-116 und 118 einen echten Namen zu geben 26 haben wir die Leser eingeladen, ihre Vorschläge zur Benennung "unserer" Elemente einzureichen. Bisher erscheint nur "kurchatovy" für eines dieser Elemente sinnvoll. Der Wettbewerb geht weiter.

Andere trennten sich und überlebten bis heute nicht. Uran zerfällt immer noch - es ist ein radioaktives Element.

Alle Elemente nach Uran sind schwerer als es. Sie entstanden einst im Prozess der Nukleosynthese (ein Prozess, bei dem die Kerne komplexer, schwerer chemischer Elemente aus einfacheren und leichteren Atomkernen gebildet werden), haben aber bis heute nicht überlebt. Heute sind sie nur noch auf künstlichem Wege erhältlich.

Die Entdeckung der ersten künstlichen Elemente, Neptunium und Plutonium in den Jahren 1940-1941, war der Beginn einer neuen Richtung in der Kernphysik und Chemie bei der Untersuchung von Eigenschaften transuranische Elemente und ihre Anwendung in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Als Ergebnis langjähriger intensiver Arbeit von Kernphysikern wurden mehrere neue Elemente synthetisiert.

Es gibt drei international anerkannte Forschungszentren für die Synthese schwerer Elemente: in Dubna (Russland), in Berkeley (USA) und in Darmstadt (Deutschland). Alle neuen Elemente ab 93 (Neptunium) wurden in diesen Labors gewonnen. Ein neues Element gilt erst dann als offen, wenn eine Forschergruppe zuverlässige Ergebnisse zur Untersuchung seiner Atome erhält und eine andere (unabhängige) Forschergruppe diese Ergebnisse bestätigt. Daher werden die entfernten Zellen des Periodensystems sehr langsam gefüllt.

1940 - 1953 synthetisierten Professor Glen Seaborg und seine Kollegen am National Radiation Laboratory (Berkeley, USA) künstliche Elemente mit Z = 93 - 100. Sie wurden bei den Reaktionen des sequentiellen Einfangens von Neutronen durch Kerne des Uranisotops erhalten - Kernreaktoren... Alle schwereren Kerne wurden an Beschleunigern für geladene Teilchen erhalten, in denen Kerne und auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigte Teilchen kollidieren. Durch Stöße entstehen Kerne superschwerer Elemente, die sehr eine kurze Zeit, und zerfallen dann wieder. Dank der Spuren dieses Zerfalls wird festgestellt, dass die Synthese des schweren Kerns erfolgreich war.

Elemente schwerer als Z = 100 wurden in Reaktionen mit beschleunigten Schwerionen synthetisiert, wenn ein Komplex aus Protonen und Neutronen in den Zielkern eingebracht wird. Seit den 1960er Jahren begann die Ära der Elementarteilchenbeschleuniger - Zyklotrone -, die Ära der Schwerionenbeschleunigung, als die Synthese neuer Elemente nur durch die Wechselwirkung zweier schwerer Kerne zustande kam. Mitte der 1970er Jahre war es jedoch fast unmöglich, die chemischen Eigenschaften von 104, 105, 106 und 107 Elementen zu untersuchen, da ihre Lebensdauer - Bruchteile einer Mikrosekunde - keine umfassende chemische Forschung ermöglichte. Alle wurden in kalten Fusionsreaktionen synthetisiert (kalte Fusion massiver Kerne wurde 1974 entdeckt; sie setzt ein oder zwei Neutronen mit relativ niedrigen Energien frei.)

Element 104 wurde erstmals 1964 in Dubna synthetisiert. Es wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern des Labors für Kernreaktionen unter der Leitung von Georgy Flerov empfangen. 1969 wurde das Element von einer Gruppe von Wissenschaftlern an der University of Berkeley, Kalifornien, gewonnen. 1997 erhielt das Element den Namen Rutherfordium, Symbol Rf.

Element 105 wurde 1970 von zwei unabhängigen Forschungsgruppen in Dubna (UdSSR) und Berkeley (USA) synthetisiert. Es erhielt den Namen Dubnium zu Ehren der Stadt Dubna, in der sich das Gemeinsame Institut für Kernforschung befindet, in dem mehrere chemische Elemente synthetisiert werden, das Symbol Db.

Zum ersten Mal wurde Element 106 in der UdSSR 1974 von Georgy Flerov und seinen Mitarbeitern erhalten, fast gleichzeitig wurde es in den USA von Glen Seaborg und Mitarbeitern synthetisiert. 1997 genehmigte die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) den Namen für Element 106, Seborgium (zu Ehren von Seaborg), Symbol Sg.

Kalte Fusionsreaktionen massiver Kerne wurden erfolgreich zur Synthese von sechs neuen Elementen, von 107 bis 112, am GSI National Nuclear Physics Center in Darmstadt, Deutschland, eingesetzt. Die ersten Experimente zur Gewinnung von 107 Elementen wurden 1976 in der UdSSR von Yuri Oganesyan und seinen Mitarbeitern durchgeführt. Die ersten zuverlässigen Informationen über die nuklearen Eigenschaften des Elements 107 wurden 1981 und 1989 in Deutschland gewonnen. 1997 genehmigte die IUPAC den Namen Bor für das Element 107 (zu Ehren von Niels Bohr), das Symbol Bh.

Die ersten Versuche zur Gewinnung von 108 Elementen wurden 1983 1984 in der UdSSR durchgeführt. Zuverlässige Daten über die nuklearen Eigenschaften des Elements 108 wurden in Deutschland in den Jahren 1984 und 1987 erhoben. 1997 genehmigte die IUPAC den Namen Hassia für das 108. Element (in Hessen, Deutschland), das Symbol Hs.

Element 109 wurde erstmals 1982 in Deutschland empfangen und 1984 bestätigt. 1994 genehmigte die IUPAC den Namen Meitnerium für Element 109 (nach Lisa Meitner), das Symbol für Mt.

Element 110 wurde 1994 am Zentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt (Deutschland) bei einem Experiment entdeckt, bei dem eine spezielle bleihaltige Legierung auf Platten gesputtert und mit Nickelisotopen beschossen wurde. Darmstadt wurde nach der Stadt Darmstadt (Deutschland) benannt, wo es entdeckt wurde. DS-Symbol.

Element 111 wurde auch in Deutschland entdeckt und zu Ehren des deutschen Wissenschaftlers Wilhelm-Konrad Roentgen Röntgen (chemisches Symbol Rg) genannt.

Element 112 hat den Arbeitsnamen "ununbiy" (Uub), abgeleitet von den lateinischen Ziffern "eins-eins-zwei". Es ist ein transuranisches Element, das durch Beschuss eines Blei-Targets mit Zinkkernen gewonnen wird. Seine Halbwertszeit beträgt etwa 34 Sekunden.

Ununbium wurde erstmals im Februar 1996 am Schwerionenbeschleuniger in Darmstadt gewonnen. Um die Atome des neuen Elements zu gewinnen, nutzte das Wissenschaftlerteam Zink-Ionen der Ordnungszahl 30, die in einem 120 Meter langen Beschleuniger auf sehr hohe Energien beschleunigt wurden und dann auf ein Ziel aus Blei mit der Ordnungszahl trafen ist 82. Bei der Verschmelzung von Zink- und Bleikernen erfolgte die Bildung eines neuen Elements, dessen Seriennummer gleich der Summe der Ordnungszahlen der ursprünglichen Bestandteile ist. Im Juni 2009 hat die IUPAC ihre Existenz offiziell anerkannt.

Schwerere Elemente - mit den Ordnungszahlen 112-116 und die schwersten auf dieser Moment Element 118 wurde von russischen Wissenschaftlern vom Joint Institute for Nuclear Research in Dubna in den Jahren 2000-2008 erhalten, wartet jedoch noch auf die offizielle Anerkennung durch die IUPAC.

Derzeit führen russische Physiker des Flerov-Labors des Gemeinsamen Instituts für Kernforschung in Dubna ein Experiment zur Synthese des 117. Elements durch, dessen Platz im Periodensystem zwischen dem zuvor erhaltenen 116. und 118. Element noch leer ist.

Zuerst ein Artikel darüber, was eine "Insel der Stabilität" ist.

Insel der Stabilität: Russische Nuklearwissenschaftler führen das Rennen an

Die Synthese superschwerer Elemente, die die sogenannte "Insel der Stabilität" bilden, ist eine ehrgeizige Aufgabe der modernen Physik, bei deren Lösung russische Wissenschaftler der ganzen Welt voraus sind.

Am 3. Juni 2011 wurde die Entdeckung des 114. Die Entdeckungspriorität wurde einer Gruppe von Physikern unter der Leitung des Akademiemitglieds der Russischen Akademie der Wissenschaften Yuri Oganesyan vom Joint Institute for Nuclear Research mit Unterstützung amerikanischer Kollegen des Livermore National Laboratory eingeräumt. Laurentius.

RAS-Akademiker Yuri Oganesyan, Leiter des Labors für Kernreaktionen am JINR

Die neuen Elemente wurden die schwersten derjenigen, die in das Periodensystem von Mendelejew aufgenommen wurden, und erhielten die vorläufigen Namen ununcvidia und ununexia, gebildet durch ihre Ordnungszahl in der Tabelle. Russische Physiker schlugen vor, die Elemente zu Ehren von Georgy Flerov, einem sowjetischen Kernphysiker, Experten auf dem Gebiet der Kernspaltung und der Synthese neuer Elemente, "Flerovium" und zu Ehren der Region Moskau "Moskau" zu nennen. Zusätzlich zum 114. und 116. Element hat JINR zuvor synthetisiert chemische Elemente mit den Seriennummern 104, 113, 115, 117 und 118. Und das 105. Element der Tabelle zu Ehren des Beitrags der Dubna-Physiker zur modernen Wissenschaft erhielt den Namen "Dubniy".

Elemente, die in der Natur nicht vorkommen

Derzeit besteht die gesamte Welt um uns herum aus 83 chemischen Elementen, von Wasserstoff (Z = 1, Z ist die Anzahl der Protonen im Kern) bis zu Uran (Z = 92), dessen Lebensdauer länger ist als die Lebensdauer der Sonne System (4,5 Milliarden Jahre) ... Die schwereren Elemente, die bei der Nukleosynthese kurz nach dem Urknall auftraten, sind bereits zerfallen und haben bis heute nicht überlebt. Uran, das eine Halbwertszeit von etwa 4,5 × 10 8 Jahren hat, zerfällt immer noch und ist radioaktiv. Mitte des letzten Jahrhunderts lernten Forscher jedoch, wie man Elemente erhält, die in der Natur nicht vorkommen. Ein Beispiel für ein solches Element ist das in Kernreaktoren produzierte Plutonium (Z = 94), das in Hunderten von Tonnen produziert wird und eine der stärksten Energiequellen ist. Die Halbwertszeit von Plutonium ist wesentlich kürzer als die Halbwertszeit von Uran, aber immer noch lang genug, um die Möglichkeit der Existenz schwererer chemischer Elemente zu vermuten. Das Konzept eines Atoms, das aus einem Kern besteht, der positive Ladung und die Hauptmasse und Elektronenorbitale legen die Möglichkeit der Existenz von Elementen mit einer Seriennummer bis Z = 170 nahe. Tatsächlich aber wird aufgrund der Instabilität der im Kern selbst ablaufenden Prozesse die Grenze der Existenz schwerer Elemente viel früher skizziert. In der Natur finden sich stabile Gebilde (Kerne von Elementen, die aus einer unterschiedlichen Anzahl von Protonen und Neutronen bestehen) nur bis zu Blei und Wismut, gefolgt von einer kleinen Halbinsel, die Thorium und Uran auf der Erde enthält. Aber sobald die Ordnungszahl eines Elements die des Urans überschreitet, nimmt seine Lebensdauer stark ab. Beispielsweise ist der Kern des Elements 100 20-mal weniger stabil als der Kern des Urans, und in Zukunft verstärkt sich diese Instabilität nur durch spontane Kernspaltung.

"Insel der Stabilität"

Der spontane Spaltungseffekt wurde von Niels Bohr erklärt. Nach seiner Theorie ist der Kern ein Tropfen geladener Flüssigkeit, also eine Materie, die keine eigene innere Struktur hat. Wie mehr menge Protonen im Kern, die stärkerer Einfluss Coulomb-Kräfte, unter deren Einwirkung der Tropfen verformt und in Teile zerlegt wird. Dieses Modell sagt die Möglichkeit der Existenz von Elementen bis zur 104. - 106. Folgenummer voraus. In den 60er Jahren wurden jedoch im Labor für Kernreaktionen des Gemeinsamen Instituts für Kernforschung eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um die Eigenschaften der Spaltung von Urankernen zu untersuchen, deren Ergebnisse mit der Bohrschen Theorie nicht erklärt werden konnten. Es stellte sich heraus, dass der Kern kein vollständiges Analogon eines Tröpfchens geladener Flüssigkeit ist, sondern eine interne

Struktur. Darüber hinaus wird der Einfluss dieser Struktur umso stärker, je schwerer der Kern ist, und das Bild des Zerfalls sieht ganz anders aus, als das Modell eines Flüssigkeitstropfens vorhersagt. So entstand eine Hypothese über die Existenz einer bestimmten Region stabiler superschwerer Kerne, weit entfernt von den heute bekannten Elementen. Das Gebiet wurde "Insel der Stabilität" genannt, und nach der Vorhersage seiner Existenz begannen die größten Labors in den USA, Frankreich und Deutschland eine Reihe von Experimenten, um die Theorie zu bestätigen. Ihre Versuche waren jedoch erfolglos. Und erst Experimente am Dubna-Zyklotron, die zur Entdeckung des 114. und 116. Elements führten, erlauben die Behauptung, dass der Stabilitätsbereich superschwerer Kerne wirklich existiert.

Die Abbildung unten zeigt eine Karte von schweren Nukliden. Die Halbwertszeiten der Kerne sind dargestellt verschiedene Farben(rechte Skala). Schwarze Quadrate sind Isotope stabiler Elemente, die in der Erdkruste vorkommen (Halbwertszeit über 10 9 Jahre). Die dunkelblaue Farbe ist das "Meer der Instabilität", in dem die Kerne weniger als 10 -6 Sekunden leben. "Inseln der Stabilität" neben der "Halbinsel" aus Thorium-, Uran- und Transuran-Elementen - Vorhersagen der mikroskopischen Kerntheorie. Zwei Kerne mit den Ordnungszahlen 112 und 116, die bei verschiedenen Kernreaktionen und deren sukzessivem Zerfall entstanden sind, zeigen, wie nahe man bei der künstlichen Synthese superschwerer Elemente an "Stabilitätsinseln" herankommen kann.

Schwere Nuklide Karte

Um einen stabilen schweren Kern zu synthetisieren, ist es notwendig, so viele Neutronen wie möglich einzuführen, da die Neutronen der "Klebstoff" sind, der die Nukleonen im Kern hält. Die erste Idee war, einiges Ausgangsmaterial mit einem Neutronenfluss aus einem Reaktor zu bestrahlen. Mit dieser Methode konnten Wissenschaftler jedoch nur Fermium synthetisieren, das Element mit der 100. Ordnungszahl. Außerdem wurden statt der benötigten 60 Neutronen nur 20 in den Kern eingebracht.Die Versuche amerikanischer Wissenschaftler, superschwere Elemente im Prozess einer Kernexplosion (und zwar in einem starken gepulsten Neutronenfluss) zu synthetisieren, blieben ebenfalls erfolglos Fermium-Isotop war das Ergebnis ihrer Experimente. Von diesem Moment an begann sich eine andere Synthesemethode zu entwickeln - die Kollision zweier schwerer Kerne in der Hoffnung, dass das Ergebnis ihrer Kollision ein Kern mit Gesamtmasse sein würde. Um das Experiment durchzuführen, muss einer der Kerne mit einem Schwerionenbeschleuniger auf eine Geschwindigkeit von etwa 0,1 der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Alle heute hergestellten schweren Kerne wurden auf diese Weise synthetisiert. Wie bereits erwähnt, liegt die Stabilitätsinsel im Bereich der neutronenreichen superschweren Kerne, daher müssen auch Target- und Strahlkerne einen Überschuss an Neutronen enthalten. Die Auswahl solcher Elemente ist ziemlich schwierig, da praktisch alle existierenden stabilen Nuklide ein genau definiertes Verhältnis der Anzahl von Protonen und Neutronen aufweisen.

Im Experiment zur Synthese des 114. Elements wurden das schwerste Isotop des Plutoniums mit einer Atommasse von 244, das im Reaktor des Livermore National Laboratory (USA) hergestellt wurde, und Calcium-48 als Projektil als Ziel verwendet. Calcium-48 ist ein stabiles Calciumisotop, von dem gewöhnliches Calcium nur 0,1% enthält. Die Experimentatoren hofften, dass eine solche Konfiguration es ermöglichen würde, den Effekt der Verlängerung der Lebensdauer superschwerer Elemente zu spüren. Zur Durchführung des Experiments war ein Beschleuniger mit einer Calcium-48-Strahlleistung erforderlich, die alle bekannten Beschleuniger um das Zehnfache übertraf. Innerhalb von fünf Jahren wurde in Dubna ein solcher Beschleuniger geschaffen, der es ermöglichte, ein Experiment mehrere hundert Mal genauer durchzuführen als Experimente in anderen Ländern in den letzten 25 Jahren.

Nachdem sie einen Calciumstrahl der erforderlichen Intensität erhalten haben, bestrahlen die Experimentatoren das Plutonium-Target. Wenn durch die Verschmelzung zweier Kerne Atome eines neuen Elements entstehen, müssen sie aus dem Target herausfliegen und sich zusammen mit dem Strahl weiter vorwärts bewegen. Sie müssen jedoch von Calciumionen und anderen Reaktionsprodukten getrennt werden. Diese Funktion übernimmt ein Trennzeichen.

MASHA (Mass Analyzer of Super Heavy Atoms) - Kerntrennanlage

Rückstoßkeime, die aus dem Zielschichtstopp in einem Graphitkollektor in einer Tiefe von mehreren Mikrometern ausgestoßen werden. Aufgrund der hohen Temperatur des Kollektors diffundieren sie in die Kammer der Ionenquelle, werden aus dem Plasma herausgezogen, durch das elektrische Feld beschleunigt und nach Masse analysiert. Magnetfelder in Bewegungsrichtung zum Melder. Bei dieser Konstruktion kann die Masse eines Atoms mit einer Genauigkeit von 1/3000 bestimmt werden. Die Aufgabe des Detektors besteht darin, festzustellen, ob ein schwerer Atomkern hineingefallen ist, seine Energie, Geschwindigkeit und den Ort seines Stoppens mit hoher Genauigkeit zu registrieren.

Betriebsdiagramm des Separators

Um die Theorie der Existenz einer "Insel der Stabilität" zu testen, beobachteten Wissenschaftler die Zerfallsprodukte des Kerns von Element 114. Wenn die Theorie stimmt, sollten die resultierenden Kerne des 114. Elements resistent gegen spontane Spaltung sein und alpha-radioaktiv sein, dh ein aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehendes Alpha-Teilchen emittieren. Bei einer Reaktion mit Beteiligung des 114. Elements sollte ein Übergang vom 114. zum 112. Element beobachtet werden. Dann durchlaufen auch die 112-Kerne einen Alpha-Zerfall und gehen in den 110-Kern über und so weiter. Darüber hinaus sollte die Lebensdauer eines neuen Elements um mehrere Größenordnungen länger sein als die Lebensdauer leichterer Kerne. Genau solche langlebigen Ereignisse, deren Existenz theoretisch vorhergesagt wurde, haben die Dubna-Physiker gesehen. Dies ist ein direkter Hinweis darauf, dass das 114. Element bereits die Wirkung von strukturellen Kräften erfährt, die die Stabilitätsinsel superschwerer Elemente bilden.

Beispiele für Zerfallsketten des 114. und 116. Elements

Bei dem Experiment zur Synthese des 116. Elements wurde eine einzigartige Substanz, Curium-248, die im leistungsstarken Reaktor des Forschungsinstituts für Atomreaktoren in Dimitrovgrad gewonnen wurde, als Ziel verwendet. Der Rest des Experiments wurde nach dem gleichen Schema wie die Suche nach dem 114. Element durchgeführt. Die Beobachtung der Zerfallskette des 116. Elements wurde ein weiterer Beweis für die Existenz des 114. Elements, diesmal als Ergebnis des Zerfalls eines schwereren "Elternteils". Auch beim Element 116 zeigten die experimentellen Daten eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer mit steigender Neutronenzahl im Kern. Also moderne Physik Die Synthese schwerer Elemente kam der Grenze zur "Insel der Stabilität" nahe. Darüber hinaus haben die durch den Zerfall des 116 und verifizieren experimentell die fundamentale Natur des Mendelejewschen Gesetzes bezüglich der Periodizität chemische Eigenschaften Artikel in der Tabelle. Bei den schweren Elementen kann davon ausgegangen werden, dass das 112. Element die Eigenschaften von Cadmium und Quecksilber besitzt und das 114. Element die Eigenschaften von Zinn, Blei etc. An der Spitze der Insel der Stabilität befinden sich wahrscheinlich superschwere Elemente mit einer Lebensdauer von Millionen von Jahren. Diese Zahl erreicht nicht das Alter der Erde, aber das Vorhandensein superschwerer Elemente in der Natur, in unserem Sonnensystem, oder in kosmischer Strahlung, also in anderen Systemen unserer Galaxis. Versuche zur Suche nach "natürlichen" superschweren Elementen waren bisher jedoch nicht von Erfolg gekrönt.

Derzeit bereitet das JINR ein Experiment zur Suche nach dem 119. Element des Periodensystems vor, und das Labor für Kernreaktionen ist weltweit führend auf dem Gebiet der Physik schwerer Ionen und der Synthese superschwerer Elemente.

Anna Maksimtschuk,
JINR-Forscher,
speziell für R & D.CNews.ru

Interessant natürlich. Es stellt sich heraus, dass noch viele weitere chemische Elemente entdeckt werden können, und sogar fast stabile.

Es stellt sich die Frage: Was ist die praktische Bedeutung all dieser ziemlich teuren Veranstaltungen für die Suche nach neuen, fast stabilen Elementen?

Es scheint, wenn ein Weg gefunden wird, diese Elemente zu produzieren, dann wird er gesehen.

Aber jetzt ist schon etwas sichtbar. Hat sich zum Beispiel jemand den Film "Predator" angeschaut, dann hat der Raubtier ein Selbstzerstörungsgerät im Armband am Arm und die Explosion ist ziemlich stark. Also. Diese neuen chemischen Elemente ähneln Uran-235, aber die kritische Masse kann in Gramm berechnet werden (und 1 Gramm dieser Substanz entspricht einer Explosion von 10 Tonnen TNT - eine gute Bombe von der Größe einer Fünf-Kopeken-Münze ).

Für Wissenschaftler ist es also schon sehr sinnvoll, hart zu arbeiten, und der Staat spart nicht an den Ausgaben.

GIBT ES EINE GRENZE
PERIODENSYSTEM
D.I. MENDELEVA?

ENTDECKEN SIE NEUE ELEMENTE

NS Das Problem der Systematisierung chemischer Elemente fand in Mitte XIX Jahrhundert, als klar wurde, dass die Vielfalt der uns umgebenden Substanzen das Ergebnis unterschiedlicher Kombinationen einer relativ kleinen Anzahl chemischer Elemente ist.

Im Chaos der Elemente und ihrer Verbindungen schaffte der große russische Chemiker D. I. Mendeleev als Erster Ordnung, indem er sein eigenes Periodensystem der Elemente schuf.

Der 1. März 1869 gilt als der Tag der Eröffnung des Periodengesetzes, als Mendelejew die wissenschaftliche Gemeinschaft darüber informierte. Die damals bekannten 63 Elemente ordnete der Wissenschaftler so in seine Tabelle ein, dass sich die Haupteigenschaften dieser Elemente und ihrer Verbindungen mit zunehmender Atommasse periodisch änderten. Die beobachteten Änderungen der Eigenschaften von Elementen in horizontaler und vertikaler Richtung der Tabelle folgten strengen Regeln. Zum Beispiel nimmt der metallische (grundlegende) Charakter, der in den Elementen der Gruppe Ia ausgeprägt ist, entlang der horizontalen Tafel ab und nimmt entlang der vertikalen mit zunehmender Atommasse zu.

Basierend auf dem offenen Gesetz sagte Mendelejew die Eigenschaften mehrerer noch nicht entdeckter Elemente und ihren Platz im Periodensystem voraus. Bereits 1875 wurde "Ekaaluminium" (Gallium) entdeckt, vier Jahre später - "Ekabor" (Scandium) und 1886 - "Ekasilicium" (Germanium). In den Folgejahren diente und dient das Periodensystem als Orientierungshilfe bei der Suche nach neuen Elementen und der Vorhersage ihrer Eigenschaften.

Weder Mendelejew selbst noch seine Zeitgenossen konnten jedoch die Frage beantworten, was die Gründe für die Periodizität der Eigenschaften von Elementen sind, ob und wo die Grenze liegt Periodensystem... Mendelejew ahnte, dass der Grund für die von ihm dargestellte Beziehung zwischen den Eigenschaften und der Atommasse der Elemente in der Komplexität der Atome selbst liegt.

Erst viele Jahre nach der Erstellung des Periodensystems der chemischen Elemente wurde die komplexe Struktur des Atoms in den Arbeiten von E. Rutherford, N. Bohr und anderen Wissenschaftlern nachgewiesen. Spätere Fortschritte in der Atomphysik ermöglichten es, viele obskure Probleme des Periodensystems der chemischen Elemente zu lösen. Zunächst stellte sich heraus, dass der Platz eines Elements im Periodensystem nicht durch die Atommasse, sondern durch die Ladung des Kerns bestimmt wird. Die Natur der Periodizität der chemischen Eigenschaften von Elementen und ihren Verbindungen ist klar geworden.

Das Atom wurde als ein System betrachtet, in dessen Zentrum sich ein positiv geladener Kern befindet und negativ geladene Elektronen um ihn kreisen. In diesem Fall gruppieren sich die Elektronen im kernnahen Raum und bewegen sich auf bestimmten Bahnen, die in den Elektronenhüllen enthalten sind.

Alle Elektronen eines Atoms werden normalerweise mit Zahlen und Buchstaben bezeichnet. Nach dieser Bezeichnung beziehen sich die Hauptquantenzahlen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 auf die Elektronenschalen und die Buchstaben S, P, D, F, g- zu Unterschalen (Bahnen) jeder Schale. Die erste Shell (vom Kernel aus gezählt) hat nur S-Elektronen, die zweite kann haben S- und P- Elektronen, dritte - S-, P- und D- Elektronen, die vierte - S-,
P-, D- und F- Elektronen usw.

Jede Schale kann eine ganz bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen: die erste - 2, die zweite - 8, die dritte - 18, die vierte und fünfte - je 32. Dies bestimmt die Anzahl der Elemente in den Perioden des Periodensystems. Die chemischen Eigenschaften der Elemente werden durch die Struktur der äußeren und voräußeren Elektronenhüllen der Atome bestimmt, d.h. wie viele Elektronen sie enthalten.

Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Teilchen - Protonen und elektrisch neutralen Teilchen - Neutronen, oft in einem Wort genannt - Nukleonen. Die Ordnungszahl eines Elements (sein Platz im Periodensystem) wird durch die Anzahl der Protonen im Atomkern eines bestimmten Elements bestimmt. Massenzahl EIN Atom eines Elements ist gleich der Summe der Protonenzahlen Z und Neutronen n im Kern: EIN = Z + n... Atome desselben Elements mit unterschiedlich vielen Neutronen im Kern sind seine Isotope.

Die chemischen Eigenschaften verschiedener Isotope desselben Elements unterscheiden sich nicht voneinander, und die nuklearen variieren in weiten Grenzen. Dies äußert sich vor allem in der Stabilität (bzw. Instabilität) der Isotope, die maßgeblich vom Verhältnis der Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern abhängt. Lichtstabile Isotope von Elementen sind normalerweise durch eine gleiche Anzahl von Protonen und Neutronen gekennzeichnet. Mit zunehmender Kernladung, d. h. der Ordnungszahl des Elementes in der Tabelle, ändert sich dieses Verhältnis. Stabile schwere Kerne haben fast eineinhalb Mal mehr Neutronen als Protonen.

Wie Atomelektronen bilden auch Nukleonen Schalen. Mit zunehmender Teilchenzahl im Kern werden nacheinander Protonen- und Neutronenschalen gefüllt. Vollständig gefüllte Kerne sind die stabilsten. Eine sehr stabile Kernstruktur zeichnet sich beispielsweise durch das Bleiisotop Pb-208 aus, das gefüllte Protonenschalen besitzt ( Z= 82) und Neutronen ( n = 126).

Solche gefüllten Kernschalen sind analog zu den gefüllten Elektronenschalen von Atomen Inertgase eine eigene Gruppe im Periodensystem darstellen. Stabile Atomkerne mit vollständig gefüllten Protonen- oder Neutronenschalen enthalten gewisse „magische“ Zahlen von Protonen oder Neutronen: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. Also auch die Atome der Elemente im Allgemeinen wie bei den chemischen Eigenschaften, auch die inhärente Periodizität und die Kerneigenschaften. Unter den verschiedenen Kombinationen der Anzahl von Protonen und Neutronen in den Kernen von Isotopen (gerade-gerade; gerade-ungerade; ungerade-gerade; ungerade-ungerade) sind es die Kerne, die eine gerade Anzahl von Protonen und eine gerade Anzahl von Neutronen enthalten die sind am stabilsten.

Die Natur der Kräfte, die Protonen und Neutronen im Kern halten, ist noch nicht klar genug. Es wird angenommen, dass zwischen den Nukleonen sehr große Anziehungskräfte wirken, die zu einer Erhöhung der Stabilität der Kerne beitragen.

ZU Mitte der dreißiger Jahre des letzten Jahrhunderts wurde das Periodensystem so entwickelt, dass es die Position von bereits 92 Elementen aufwies. Die Seriennummer 92 war Uran – das letzte der natürlichen schweren Elemente, das 1789 auf der Erde gefunden wurde. Von den 92 Elementen in der Tabelle wurden in den dreißiger Jahren nur Elemente mit den Seriennummern 43, 61, 85 und 87 nicht genau identifiziert. Sie wurden später entdeckt und untersucht. Ein Seltenerdelement mit der Ordnungszahl 61 - Promethium - wurde als Produkt des spontanen Zerfalls von Uran in geringen Mengen in Erzen gefunden. Die Analyse der Atomkerne der fehlenden Elemente zeigte, dass sie alle radioaktiv sind und aufgrund ihrer kurzen Halbwertszeiten nicht in nennenswerten Konzentrationen auf der Erde existieren können.

Aufgrund der Tatsache, dass das letzte auf der Erde gefundene schwere Element ein Element mit der Ordnungszahl 92 war, würde man annehmen, dass es die natürliche Grenze des Periodensystems ist. Die Errungenschaften der Atomphysik zeigten jedoch den Weg, auf dem es möglich war, die von der Natur vorgegebene Grenze des Periodensystems zu überschreiten.

Elemente mit b Ö Größere Ordnungszahlen als Uran werden als Transurane bezeichnet. Diese Elemente sind ihrem Ursprung nach künstlich (synthetisch). Sie werden durch Kernreaktionen der Umwandlung von in der Natur vorkommenden Elementen erhalten.

Der erste, wenn auch nicht ganz erfolgreiche Versuch, den transuranischen Bereich des Periodensystems zu entdecken, wurde von dem italienischen Physiker Enrico Fermi in Rom kurz nach dem Nachweis der Existenz von Neutronen unternommen. Aber erst 1940-1941. Erfolg bei der Entdeckung der ersten beiden transuranischen Elemente, nämlich Neptunium (Ordnungszahl 93) und Plutonium (Ordnungszahl 94), wurden von amerikanischen Wissenschaftlern der University of California in Berkeley erzielt.

Die Methoden zur Gewinnung transuranischer Elemente basieren auf mehreren Arten von Kernreaktionen.

Der erste Typ ist die Neutronenfusion. Bei diesem Verfahren wird in den Kernen von mit Neutronen bestrahlten Schweratomen eines der Neutronen in ein Proton umgewandelt. Die Reaktion wird begleitet vom sogenannten elektronischen Zerfall (- -Zerfall) - der Bildung und Emission eines negativ geladenen - -Teilchens (Elektron) aus dem Kern mit enormer kinetischer Energie. Die Reaktion ist mit einem Überschuss an Neutronen im Kern möglich.

Die entgegengesetzte Reaktion ist die Umwandlung eines Protons in ein Neutron unter Emission eines positiv geladenen + -Teilchens (Positron). Ein solcher Positronenzerfall (+ -Zerfall) wird bei Neutronenmangel in den Kernen beobachtet und führt zu einer Abnahme der Kernladung, d.h. um die Ordnungszahl eines Elements um eins zu verringern. Ein ähnlicher Effekt wird erreicht, wenn ein Proton in ein Neutron umgewandelt wird, indem das nächste Orbitalelektron eingefangen wird.

Neue Transuran-Elemente wurden zuerst aus Uran durch die Methode der Neutronensynthese in Kernreaktoren (als Produkte der Explosion von Atombomben) gewonnen und später mit Teilchenbeschleunigern - Zyklotronen - synthetisiert.

Die zweite Art sind Reaktionen zwischen den Atomkernen des ursprünglichen Elements („Ziel“) und den Atomkernen der leichten Elemente (Isotope von Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Sauerstoff und anderen), die als Beschussteilchen verwendet werden. Protonen in den Kernen des "Targets" und "Projektils" haben eine positive elektrische Ladung und erleben eine starke Abstoßung, wenn sie sich einander nähern. Um die abstoßenden Kräfte zu überwinden, um einen Verbundkern zu bilden, ist es notwendig, den Atomen des "Projektils" eine sehr hohe kinetische Energie zuzuführen. Mit dieser enormen Energie werden die beschießenden Teilchen in Zyklotronen gespeichert. Der resultierende intermediäre zusammengesetzte Kern hat einen ziemlich großen Energieüberschuss, der freigesetzt werden muss, um den neuen Kern zu stabilisieren. Bei schweren transuranischen Elementen wird diese überschüssige Energie ohne Kernspaltung durch die Emission von -Strahlen (hochenergetische elektromagnetische Strahlung) und das "Verdampfen" von Neutronen aus den angeregten Kernen gestreut. Die Atomkerne des neuen Elements sind radioaktiv. Sie streben nach mehr Resilienz durch Veränderung Interne Struktur durch radioaktiven elektronischen - -Zerfall oder -Zerfall und spontane Spaltung. Solche Kernreaktionen sind den schwersten Atomen von Elementen mit Ordnungszahlen höher als 98 inhärent.

Die Reaktion der spontanen, spontanen Spaltung der Atomkerne radioaktiver Elemente wurde von unserem Landsmann G. N. Flerov und dem Tschechen K. A. Petrzhak am Joint Institute for Nuclear Research (JINR, Dubna) in Experimenten mit Uran-238 entdeckt. Eine Erhöhung der Seriennummer führt zu einer schnellen Abnahme der Halbwertszeit der Atomkerne radioaktiver Elemente.

In diesem Zusammenhang hat der herausragende amerikanische Wissenschaftler G. T. Siborg, Preisträger Nobelpreis, der an der Entdeckung von neun transuranischen Elementen beteiligt war, glaubte, dass die Entdeckung neuer Elemente wahrscheinlich ungefähr beim Element mit der Ordnungszahl 110 (ähnliche Eigenschaften wie Platin) enden würde. Diese Vorstellung von der Grenze des Periodensystems wurde in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts mit der Maßgabe ausgedrückt: wenn nicht neue Methoden der Synthese von Elementen und die Existenz noch unbekannter Stabilitätsbereiche der schwersten Elemente entdeckt werden. Einige dieser Möglichkeiten wurden identifiziert.

Die dritte Art von Kernreaktionen zur Synthese neuer Elemente ist die Reaktion zwischen hochenergetischen Ionen mit mittlerer Atommasse (Calcium, Titan, Chrom, Nickel) als bombardierende Teilchen und Atomen stabiler Elemente (Blei, Wismut) als „ Ziel“ anstelle von schweren radioaktiven Isotopen. Diese Methode zur Gewinnung schwererer Elemente wurde 1973 von unserem Wissenschaftler Yu.Ts. Oganesyan vom JINR vorgeschlagen und in anderen Ländern erfolgreich eingesetzt. Der Hauptvorteil des vorgeschlagenen Syntheseverfahrens war die Bildung weniger "heißer" Verbindungskerne während der Verschmelzung der Kerne von "Projektil" und "Ziel". Die Freisetzung überschüssiger Energie der zusammengesetzten Kerne erfolgte in diesem Fall durch "Verdampfen" einer deutlich geringeren Anzahl von Neutronen (ein oder zwei statt vier oder fünf).

Eine ungewöhnliche Kernreaktion zwischen Ionen eines seltenen Isotops Ca-48, beschleunigt in einem Zyklotron
U-400 und Atome des aktinoiden Elements Curium Cm-248 unter Bildung von Element-114 ("ekasslead") wurde 1979 in Dubna entdeckt. Es wurde festgestellt, dass diese Reaktion einen "kalten" Kern bildet, der nicht "verdampft". „Ein einzelnes Neutron, und alle überschüssige Energie wird von einem Teilchen abtransportiert. Damit ist es auch für die Synthese neuer Elemente einsetzbar vierte Art Kernreaktionen zwischen beschleunigten Ionen von Atomen mit durchschnittlichen Massenzahlen und Atomen schwerer transuranischer Elemente.

V Bei der Entwicklung der Theorie des Periodensystems der chemischen Elemente spielte der Vergleich der chemischen Eigenschaften und der Struktur der Elektronenhüllen von Lanthaniden mit den Seriennummern 58–71 und Actiniden mit den Seriennummern 90–103 eine wichtige Rolle. Es wurde gezeigt, dass die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften von Lanthaniden und Actiniden auf die Ähnlichkeit ihrer elektronischen Strukturen zurückzuführen ist. Beide Elementgruppen sind ein Beispiel für eine interne Übergangsreihe mit sequentieller Füllung 4 F- oder 5 F-elektronische Schalen bzw. nach dem Befüllen der äußeren S- und R-elektronische Orbitale.

Elemente mit Seriennummern im Periodensystem von 110 und höher wurden als superschwer bezeichnet. Der Fortschritt bei der Entdeckung dieser Elemente wird immer schwieriger und zeitaufwendiger. es reicht nicht aus, ein neues Element zu synthetisieren, es ist notwendig, es zu identifizieren und zu beweisen, dass das neue Element nur seine inhärenten Eigenschaften hat. Die Schwierigkeiten werden dadurch verursacht, dass eine kleine Anzahl von Atomen zur Verfügung steht, um die Eigenschaften neuer Elemente zu studieren. Die Zeit, in der ein neues Element untersucht werden kann, bevor ein radioaktiver Zerfall eintritt, ist normalerweise sehr kurz. In diesen Fällen wird, selbst wenn nur ein Atom eines neuen Elements erhalten wurde, die Methode der radioaktiven Indikatoren verwendet, um es zu erkennen und einige seiner Eigenschaften vorab zu untersuchen.

Element-109 - Meitnerium ist das letzte Element im Periodensystem, das in den meisten Chemielehrbüchern zu finden ist. Element-110, das zur gleichen Gruppe des Periodensystems wie Platin gehört, wurde erstmals 1994 in Darmstadt (Deutschland) mit einem leistungsstarken Schwerionenbeschleuniger nach folgender Reaktion synthetisiert:

Die Halbwertszeit des erhaltenen Isotops ist extrem kurz. Im August 2003 genehmigten die 42. Generalversammlung der IUPAC und der Rat der IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) offiziell den Namen und das Symbol von Element-110: darmstadtium, Ds.

An gleicher Stelle, in Darmstadt, wurde 1994 zum ersten Mal das Element-111 durch Einwirkung eines Strahls von 64 28 Ni-Isotopen-Ionen auf 209 83 Bi-Atome als „Target“ erhalten. Mit ihrer Entscheidung im Jahr 2004 erkannte die IUPAC die Entdeckung an und genehmigte den Vorschlag, Element-111-Röntgen, Rg, zu Ehren des herausragenden deutschen Physikers V. K. Roentgen zu benennen, der entdeckte NS-Strahlen, denen er aufgrund der Ungewissheit ihrer Natur einen solchen Namen gab.

Nach Informationen von JINR im Labor für Kernreaktionen benannt nach G.N. Flerova synthetisierte Elemente mit den Seriennummern 110-118 (außer Element-117).

Als Ergebnis der Synthese durch Reaktion:

1996 wurden in Darmstadt mehrere Atome eines neuen Elements 112 gewonnen, das unter Freisetzung von -Teilchen zerfällt. Die Halbwertszeit dieses Isotops betrug nur 240 Mikrosekunden. Etwas später wurde am JINR eine Suche nach neuen Isotopen des Elements 112 durchgeführt, indem U-235-Atome mit Ca-48-Ionen bestrahlt wurden.

Im Februar 2004 in renommierten wissenschaftliche Zeitschriften es gab Berichte über die Entdeckung von zwei neuen Elementen mit den Nummern 115 und 113 durch unsere Wissenschaftler zusammen mit amerikanischen Forschern des Lawrence National Laboratory in Berkeley (USA) am JINR. Diese Gruppe von Wissenschaftlern führte im Juli – August 2003 an der U -400 Zyklotron mit gasgefülltem Separator, bei der Reaktion zwischen den Am-243-Atomen und den Ionen des Ca-48-Isotops, 1 Atom des Isotops von Element-115 mit einer Massenzahl von 287 und 3 Atomen mit einer Masse synthetisiert wurden 288. Alle vier Atome von Element-115 zerfielen schnell unter Freisetzung von -Teilchen und Bildung von Isotopen von Element-113 mit den Massenzahlen 282 und 284. Das stabilste Isotop 284 113 hatte eine Halbwertszeit von etwa 0,48 s. Es wurde unter Emission von -Teilchen zerstört und in ein Röntgenisotop 280 Rg umgewandelt.

Im September 2004 hat eine Gruppe japanischer Wissenschaftler des Physikochemischen Forschungsinstituts unter der Leitung von Kosuki Morita (Kosuke Morita) gaben an, dass sie Element-113 durch die Reaktion synthetisiert hatten:

Bei seinem Zerfall unter Freisetzung von -Teilchen wurde das Röntgenisotop 274 Rg erhalten. Da dies das erste künstliche Element ist, das japanische Wissenschaftler erhalten haben, fühlten sie sich berechtigt, einen Vorschlag zu unterbreiten, es "Japan" zu nennen.

Oben haben wir bereits die ungewöhnliche Synthese des Isotops des Elements 114 mit der Massenzahl 288 aus Curium bemerkt. 1999 erschien eine Nachricht über die Produktion des gleichen Isotops von Element-114 am JINR durch Beschuss von Plutoniumatomen mit einer Massenzahl von 244 mit Ca-48-Ionen.

Die Entdeckung von Elementen mit den Seriennummern 118 und 116 wurde auch als Ergebnis gemeinsamer Langzeitstudien von Kernreaktionen der Isotope Californium Cf-249 und Curium Cm-245 mit einem Schwerionenstrahl Ca-48 bekannt gegeben von russischen und amerikanischen Wissenschaftlern im Zeitraum 2002-2005. bei JINR. Element-118 schließt die 7. Periode des Periodensystems ab, durch seine Eigenschaften ist es ein Analogon des Edelgases Radon. Element-116 muss einige Eigenschaften mit Polonium gemein haben.

Nach der etablierten Tradition muss die Entdeckung neuer chemischer Elemente und deren Identifizierung durch die IUPAC-Entscheidung bestätigt werden, aber den Entdeckern steht das Recht zu, Namen für die Elemente vorzuschlagen. Wie eine Karte der Erde spiegelte das Periodensystem die Namen von Territorien, Ländern, Städten und wissenschaftliche Zentren, wo die Elemente und ihre Verbindungen entdeckt und untersucht wurden, verewigt die Namen berühmter Wissenschaftler, die einen großen Beitrag zur Entwicklung des Periodensystems der chemischen Elemente geleistet haben. Und es ist kein Zufall, dass Element-101 nach D. I. Mendeleev benannt wurde.

Um die Frage zu beantworten, wo die Grenze des Periodensystems verlaufen kann, wurden einmal die elektrostatischen Anziehungskräfte der inneren Elektronen von Atomen an einen positiv geladenen Kern abgeschätzt. Je höher die Ordnungszahl des Elements ist, desto stärker wird der elektronische "Mantel" um den Kern komprimiert, desto stärker werden die inneren Elektronen vom Kern angezogen. Es muss ein Moment kommen, in dem Elektronen vom Kern eingefangen werden. Durch einen solchen Einfang und eine Abnahme der Kernladung wird die Existenz sehr schwerer Elemente unmöglich. Eine ähnliche katastrophale Situation sollte eintreten, wenn die Seriennummer des Elements 170-180 beträgt.

Diese Hypothese wurde widerlegt und es wurde gezeigt, dass es keine Beschränkungen für die Existenz sehr schwerer Elemente aus Sicht der Vorstellungen über den Aufbau von Elektronenschalen gibt. Die Einschränkungen ergeben sich aus der Instabilität der Kerne selbst.

Allerdings muss man sagen, dass die Lebensdauer von Elementen mit steigender Ordnungszahl unregelmäßig abnimmt. Der nächste erwartete Stabilitätsbereich superschwerer Elemente durch das Auftreten geschlossener Neutronen- oder Protonenschalen des Kerns sollte in der Nähe eines doppelt magischen Kerns mit 164 Protonen und 308 Neutronen liegen. Die Möglichkeiten, solche Elemente zu entdecken, sind noch nicht klar.

Somit bleibt die Frage nach der Grenze des Periodensystems der Elemente bestehen. Basierend auf den Regeln zum Füllen elektronischer Schalen mit einer Erhöhung der Ordnungszahl eines Elements sollte die vorhergesagte 8. Periode des Periodensystems superactinoide Elemente enthalten. Der ihnen zugewiesene Platz im Periodensystem von D.I. Mendeleev entspricht III Gruppe von Elementen, ähnlich den bereits bekannten seltenen Erden und aktinoiden Transuranelementen.

Am Ende des zweiten Jahrtausends stellte der Akademiemitglied Vitaly Lazarevich Ginzburg eine Liste von dreißig Problemen der Physik und Astrophysik zusammen, die er für die wichtigsten und interessantesten hielt (siehe "Wissenschaft und Leben" Nr. 11, 1999). In dieser Liste ist unter Nr. 13 das Problem des Auffindens superschwerer Elemente angegeben. Dann, vor 12 Jahren, stellte der Akademiker mit Verdruss fest, dass "die Existenz langlebiger (wir sprechen von Millionen von Jahren) Transurankernen in der kosmischen Strahlung noch nicht bestätigt wurde". Heute wurden Spuren solcher Kerne gefunden. Dies gibt Hoffnung, endlich die Insel der Stabilität superschwerer Kerne zu öffnen, deren Existenz einst vom Kernphysiker Georgy Nikolaevich Flerov vorhergesagt wurde.

Die Frage ist, ob es Elemente gibt, die schwerer sind als Uran-92 (238 U ist sein stabiles Isotop), lange Zeit blieben offen, da sie in der Natur nicht beobachtet wurden. Es wurde angenommen, dass es keine stabilen Elemente mit einer Ordnungszahl größer als 180 gibt: Die starke positive Ladung des Kerns zerstört die inneren Ebenen der Elektronen des Schweratoms. Es wurde jedoch schnell klar, dass die Stabilität eines Elements durch die Stabilität seines Kerns und nicht durch die Hülle bestimmt wird. Kerne mit einer geraden Anzahl von Protonen Z und Neutronen N sind stabil, unter denen Kerne mit der sogenannten magischen Anzahl von Protonen oder Neutronen - 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 - hervorstechen, zum Beispiel Zinn , das Blei. Und die stabilsten sind "doppelt magische Kerne", in denen die Anzahl der Neutronen und Protonen magisch ist, sagen wir Helium und Kalzium. Dies ist das Isotop von Blei 208 Pb: Es hat Z = 82, N = 126. Die Stabilität eines Elements hängt stark vom Verhältnis der Anzahl der Protonen und Neutronen in seinem Kern ab. Blei zum Beispiel mit 126 Neutronen ist stabil, während sein anderes Isotop, in dessen Kern sich ein Neutron mehr befindet, in mehr als drei Stunden zerfällt. Aber, bemerkte VL Ginzburg, die Theorie sagt voraus, dass ein bestimmtes Element X mit der Anzahl der Protonen Z = 114 und Neutronen N = 184, dh mit der Massenordnungszahl A = Z + N = 298, etwa 100 Millionen leben sollte Jahre.

Heute wurden viele Elemente bis einschließlich 118 künstlich gewonnen - 254 Uuo. Es ist das schwerste Nichtmetall, vermutlich ein Edelgas; seine konventionellen Namen sind ununoctium (es wird aus den Wurzeln der lateinischen Ziffern gebildet - 1, 1, 8), Eka-Radon und Muscovy Mw. Alle künstlichen Elemente existierten einst auf der Erde, aber im Laufe der Zeit zerfielen sie. Plutonium-94 hat beispielsweise 16 Isotope und nur 244 Pu hat eine Halbwertszeit T ½ = 7,6 · 10 7 Jahre; Neptunium-93 hat 12 Isotope und 237 Np T ½ = 2,14 · 10 6 Jahre. Diese längsten Halbwertszeiten aller Isotope dieser Elemente sind viel geringer als das Alter der Erde - (4,5–5,5) · 10 9. Die unbedeutenden Spuren von Neptunium in Uranerzen sind Produkte von Kernreaktionen unter dem Einfluss von Neutronen aus kosmischer Strahlung und der spontanen Spaltung von Uran, und Plutonium ist eine Folge des Betazerfalls von Neptunium-239.

Elemente, die während der Existenz der Erde verschwunden sind, werden auf zwei Arten erhalten. Erstens kann ein zusätzliches Neutron in den Kern eines schweren Elements getrieben werden. Dort erfährt es einen Betazerfall, wobei ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino gebildet werden: n 0 → p + e - + v e. Die Kernladung wird um eins erhöht - ein neues Element wird erscheinen. So wurden künstliche Elemente bis Fermium-100 gewonnen (sein Isotop 257 Fm hat eine Halbwertszeit von 100 Jahren).

Noch schwerere Elemente werden in Beschleunigern erzeugt, die Kerne beschleunigen und kollidieren, wie zum Beispiel Gold (siehe Science and Life, Nr. 6, 1997). So wurden im Labor für Kernreaktionen des Joint Institute for Nuclear Research (JINR, Dubna) das 117. und 118. Element gewonnen. Darüber hinaus sagt die Theorie voraus, dass stabile superschwere Kerne weit über die derzeit bekannten schweren radioaktiven Elemente hinaus existieren sollten. Der russische Physiker G. N. Flerov hat das System der Elemente in Form eines symbolischen Archipels dargestellt, in dem stabile Elemente umgeben von einem Meer aus kurzlebigen Isotopen, die möglicherweise nie gefunden werden. Auf der Hauptinsel des Archipels erheben sich die Gipfel der stabilsten Elemente – Kalzium, Zinn und Blei –, hinter der Straße der Radioaktivität liegt die Insel der schweren Kerne mit Gipfeln von Uranus, Neptunium und Plutonium. Und noch weiter entfernt sollte die mysteriöse Insel der Stabilität superschwerer Elemente sein, ähnlich den bereits erwähnten - Kh-298.

Trotz aller Erfolge der experimentellen und theoretische Physik, bleibt die Frage: Gibt es superschwere Elemente in der Natur oder sind es rein künstliche, vom Menschen geschaffene Stoffe, ähnlich synthetischen Materialien - Nylon, Nylon, Lavsan - die von der Natur nie geschaffen wurden?

Es gibt Bedingungen für die Bildung solcher Elemente in der Natur. Sie entstehen im Darm von Pulsaren und bei Supernova-Explosionen. Neutronenflüsse in ihnen erreichen eine enorme Dichte - 10 38 n 0 / m 2 und können superschwere Kerne erzeugen. Sie zerstreuen sich in einem Strom intergalaktischer kosmischer Strahlung im Weltraum, aber ihr Anteil ist extrem klein - nur wenige Teilchen pro Quadratmeter und Jahr. Daher entstand die Idee, einen natürlichen kosmischen Strahlungsspeicher-Detektor zu verwenden, in dem superschwere Kerne eine bestimmte, leicht erkennbare Spur hinterlassen sollen. Meteoriten haben erfolgreich als solche Detektoren gedient.

Ein Meteorit - ein Stück Gestein, das durch eine kosmische Katastrophe aus seinem Mutterplaneten gerissen wurde - reist seit Hunderten von Millionen Jahren durch den Weltraum. Es wird ständig von kosmischer Strahlung "beschossen", die zu 90% aus Wasserstoffkernen (Protonen), 7% Heliumkernen (zwei Protonen) und 1% Elektronen besteht. Die restlichen 2% sind andere Partikel, unter denen sich superschwere Kerne befinden können.

Forscher des Physikalischen Instituts. PN Lebedev (FIAN) und das nach ihm benannte Institut für Geochemie und Analytische Chemie VI Vernadsky (GEOKHI RAS) untersuchen zwei Pallasite - Eisen-Nickel-Meteoriten, die mit Olivin durchsetzt sind (eine Gruppe durchscheinender Mineralien, in denen Mg 2, (Mg, Fe) 2 und (Mn, Fe) 2 dem Siliziumdioxid SiO 4 in verschiedenen Proportionen; transparentes Olivin wird Chrysolith genannt). Das Alter dieser Meteoriten beträgt 185 und 300 Millionen Jahre.

Schwere Kerne, die durch den Olivinkristall fliegen, beschädigen sein Gitter und hinterlassen ihre Spuren darin - Spuren. Sie werden nach chemischer Behandlung des Kristalls - Ätzen - sichtbar. Und da Olivin durchscheinend ist, können diese Spuren unter dem Mikroskop beobachtet und untersucht werden. Die Dicke der Spur, ihre Länge und Form kann verwendet werden, um die Ladung und Atommasse des Kerns zu beurteilen. Die Forschung wird dadurch erheblich erschwert, dass Olivinkristalle in der Größenordnung von mehreren Millimetern liegen und die Spur eines schweren Teilchens viel länger ist. Daher muss die Höhe seiner Ladung anhand indirekter Daten beurteilt werden – der Ätzrate, der Abnahme der Spurdicke usw.

Die Arbeit, Spuren superschwerer Teilchen von der Insel der Stabilität zu finden, wurde Projekt Olympia genannt. Im Rahmen dieses Projektes wurden Informationen über etwa sechstausend Kerne mit einer Ladung von mehr als 55 und drei ultraschwere Kerne gewonnen, deren Ladungen im Bereich von 105 bis 130 liegen. Alle Eigenschaften der Spuren dieser Kerne wurden von einem bei FIAN erstellten hochpräzisen Gerätekomplex gemessen. Der Komplex erkennt automatisch die Spuren, bestimmt ihre geometrischen Parameter und ermittelt aus den Messdaten die geschätzte Länge der Spur, bevor sie im Olivinmassiv stoppt (denken Sie daran, dass die tatsächliche Größe seines Kristalls mehrere Millimeter beträgt).

Die erhaltenen experimentellen Ergebnisse bestätigen die Realität der Existenz stabiler superschwerer Elemente in der Natur.