O trabalho foi realizado no Laboratório de Reações Nucleares (FLNR) em homenagem a V.I. G.N. Flerov do Dubna Joint Institute for Nuclear Research (JINR) com sucesso. As propriedades do 117º e previamente sintetizadas nos elementos Dubna N 112-116 e 118 são evidências diretas da existência da chamada "ilha de estabilidade" elementos superpesados, previsto por teóricos na década de 60 do século passado e ampliando significativamente os limites da tabela periódica. Os editores do Izvestiya foram informados sobre o experimento único em março pelo chefe da FLNR, o acadêmico Yuri Oganesyan, mas ele só deu permissão para publicação agora. O acadêmico Yury Oganesyan, autor da descoberta, contou ao observador Peter Obraztsov sobre a essência do experimento.

Izvestiya: O que causou o interesse dos cientistas na síntese de elementos superpesados, que existem por um tempo insignificantemente pequeno?

yuri oganesyan: Após a descoberta em 1940-1941 dos primeiros elementos artificiais - neptúnio e plutônio - a questão dos limites da existência de elementos tornou-se extremamente interessante para a ciência fundamental da estrutura da matéria. No final do século passado, 17 elementos artificiais foram descobertos e verificou-se que sua estabilidade nuclear diminui drasticamente com o aumento do número atômico. Na transição do 92º elemento - urânio - para o 102º elemento - nobélio, a meia-vida do núcleo diminui em 16 ordens de grandeza: de 4,5 bilhões de anos para vários segundos. Portanto, acreditava-se que o avanço na região de elementos ainda mais pesados ​​levaria ao limite de sua existência, em essência, marcaria o limite da existência do mundo material. No entanto, em meados da década de 1960, os teóricos inesperadamente apresentaram uma hipótese sobre a possível existência de núcleos atômicos superpesados. De acordo com os cálculos, o tempo de vida dos núcleos com números atômicos 110-120 deveria ter aumentado significativamente à medida que o número de nêutrons neles aumentasse. De acordo com novas ideias, eles formam uma vasta "ilha de estabilidade" de elementos superpesados, o que expande significativamente os limites da tabela de elementos.
P: Isso foi confirmado experimentalmente?

Oganesyan: Em 1975-1996, físicos de Dubna, Darmstadt (GSI, Alemanha), Tóquio (RIKEN) e Berkeley (LBNL, EUA) conseguiram investigar essas reações e sintetizar seis novos elementos. Os elementos mais pesados ​​109-112 foram obtidos pela primeira vez no GSI e repetidos no RIKEN. Mas as meias-vidas dos núcleos mais pesados ​​produzidos nessas reações eram de apenas dez milésimos ou mesmo milésimos de segundo. A hipótese da existência de elementos superpesados ​​foi confirmada experimentalmente pela primeira vez em Dubna, em pesquisa realizada por nosso grupo em colaboração com cientistas do Laboratório Nacional. Lawrence em Livermore (EUA). Conseguimos mudar radicalmente a abordagem da síntese de núcleos superpesados, por exemplo, bombardeando um alvo feito do elemento artificial berquélio (N 97) com um feixe de projétil de um isótopo de cálcio extremamente raro e caro (N 20) com um massa de 48. Quando os núcleos se fundem, o elemento N 117 (97 + 20 = 117). Os resultados superaram até as expectativas mais otimistas. Em 2000-2004, quase em cinco anos, foi nessas reações que os elementos superpesados ​​com números atômicos 114, 116 e 118 foram sintetizados pela primeira vez.

e: E que tipo de contribuição científica os cientistas americanos fizeram?

Oganesyan: Em uma reação nuclear com um feixe de cálcio, o 117º elemento só pode ser obtido usando um alvo feito do elemento artificial berquélio. A meia-vida deste isótopo é de apenas 320 dias. Devido ao curto tempo de vida, a produção de berquélio na quantidade necessária (20-30 miligramas) deve ser realizada em um reator com uma densidade de fluxo de nêutrons muito alta. Apenas o reator de isótopos do Laboratório Nacional dos EUA em Oak Ridge pode lidar com tal tarefa. A propósito, foi neste laboratório que o plutônio foi produzido pela primeira vez para o americano bomba atômica. Como a partir do momento da produção do berquélio sua quantidade diminui pela metade em 320 dias, foi necessário realizar todo o trabalho em ritmo acelerado. E não apenas em laboratórios, mas também nas estruturas oficiais da Rússia e dos Estados Unidos relacionadas à certificação de um material incomum, ao transporte de um produto altamente radioativo por terra e ar, segurança e assim por diante.

e: Digno de uma história de aventura. E o que aconteceu depois?

Oganesyan: No início de junho de 2009, o contêiner chegou a Moscou. Um alvo na forma da camada mais fina de berquélio (300 nanômetros) depositado em uma fina folha de titânio foi fabricado a partir desta substância no Instituto de Pesquisa de Reatores Atômicos (Dimitrovgrad); em julho o alvo foi entregue a Dubna. Por este momento em FLNR todos trabalho preparatório foram concluídos, e a irradiação contínua do alvo com um intenso feixe de cálcio começou. Já na primeira irradiação do alvo, com duração de 70 dias, tivemos sorte: os detectores registraram cinco vezes o padrão de formação e decaimento de núcleos do 117º elemento. Como esperado, os núcleos deste elemento se transformaram nos núcleos do 115º elemento, o 115º elemento se transformou no 113º, e então o 113º elemento se transformou no 111º. E o elemento 111 decaiu com uma meia-vida de 26 segundos. Em uma escala nuclear, este é um grande momento! Agora a tabela periódica foi reabastecida com mais um dos elementos mais pesados ​​com número atômico 117.

e: Naturalmente, nossos leitores estarão interessados ​​no que uso pratico pode ter a sua descoberta.

Oganesyan: Agora, claro, nenhum, porque apenas alguns átomos do elemento N 117 foram obtidos.De um ponto de vista fundamental, as idéias sobre nosso mundo devem agora mudar drasticamente. Além disso, se forem sintetizados elementos com uma meia-vida enorme, é possível que eles também existam na natureza e possam "sobreviver" até o nosso tempo desde a formação da Terra - 4,5 bilhões de anos. E estamos realizando experimentos para procurá-los, nossa instalação está localizada nas profundezas das montanhas alpinas.

e: Uma pergunta de outro plano. Por que você acha que o progresso óbvio na física nuclear está por trás anos recentes 20 nunca receberam Prêmios Nobel?

Oganesyan: A física é grande. Aparentemente, outras áreas dessa ciência são mais interessantes para os membros do Comitê Nobel. E há realmente muitos cientistas dignos. A propósito, devo citar os participantes de nosso experimento: Oak Ridge National Laboratory (Prof. James Roberto), University. Vanderbilt (Prof. Joseph Hamilton), Laboratório Nacional. Lawrence em Livermore (Dawn Shaughnessy), o Instituto de Pesquisa de Reatores Atômicos, Dimitrovgrad (Mikhail Ryabinin) e o Laboratório de Reações Nucleares do JINR (dirigido por Yuri Oganesyan).

Do editor. Temporariamente, o elemento N 117 será chamado "um-um-sete" em latim, ou seja, ununseptium. O grupo do acadêmico Yuri Oganesyan - os autores da descoberta - tem todo o direito de dar o nome real a este elemento, bem como aos elementos N 114-116 e 118 descobertos por eles. Na "Semana" de 26 de março, convidamos leitores submetam suas propostas para o nome de "nossos" elementos. Até agora, apenas "kurchatovy" para um desses elementos parece razoável. A competição continua.

Outros desmoronaram e não sobreviveram até hoje. O urânio ainda está em decomposição - é um elemento radioativo.

Todos os elementos depois do urânio são mais pesados ​​que ele. Eles foram formados em algum momento no processo de nucleossíntese (o processo no qual os núcleos de elementos químicos complexos e pesados ​​são formados a partir de núcleos atômicos mais simples e leves), mas não sobreviveram até hoje. Hoje eles só podem ser obtidos artificialmente.

A descoberta em 1940-1941 dos primeiros elementos artificiais, neptúnio e plutônio, foi o início de uma nova direção na física e química nuclear para estudar as propriedades de elementos transurânicos e sua aplicação em muitos campos da ciência e tecnologia. Como resultado de muitos anos de trabalho intensivo por físicos nucleares, vários novos elementos foram sintetizados.

Existem três centros de pesquisa internacionalmente reconhecidos para a síntese de elementos pesados: em Dubna (Rússia), em Berkeley (EUA) e em Darmstadt (Alemanha). Todos os novos elementos, a partir do 93º (neptúnio), foram obtidos nestes laboratórios. Um novo elemento não é considerado descoberto até que um grupo de pesquisadores tenha obtido resultados confiáveis ​​no estudo de seus átomos e até que outro grupo (independente) de cientistas confirme esses resultados. Portanto, as células distantes da Tabela Periódica são preenchidas muito lentamente.

Em 1940 - 1953, o professor Glen Seaborg e seus colegas do Radiation National Laboratory (Berkeley, EUA) sintetizaram elementos artificiais com Z = 93 - 100. reatores nucleares. Núcleos cada vez mais pesados ​​foram produzidos em aceleradores de partículas, nos quais núcleos e partículas acelerados a altas velocidades colidem. Como resultado das colisões, formam-se núcleos de elementos superpesados, que existem por muito tempo. pouco tempo e, em seguida, romper novamente. Graças aos vestígios desse decaimento, é determinado que a síntese do núcleo pesado foi bem-sucedida.

Elementos mais pesados ​​que Z=100 foram sintetizados em reações com íons pesados ​​acelerados, quando um complexo de prótons e nêutrons é introduzido no núcleo alvo. Desde a década de 1960, a era dos aceleradores de partículas elementares - ciclotrons, começou a era da aceleração de íons pesados, quando a síntese de novos elementos começou a ser realizada apenas pela interação de dois núcleos pesados. No entanto, em meados da década de 1970, era praticamente impossível estudar as propriedades químicas dos elementos 104, 105, 106 e 107, pois seu tempo de vida - frações de microssegundo - não permitia pesquisas químicas completas. Todos eles foram sintetizados em reações de fusão a frio (a fusão a frio de núcleos massivos foi descoberta em 1974; ela libera um ou dois nêutrons com energias relativamente baixas).

O elemento 104 foi sintetizado pela primeira vez em Dubna em 1964. Foi recebido por um grupo de cientistas do Laboratório de Reações Nucleares liderado por Georgy Flerov. Em 1969, o elemento foi obtido por um grupo de cientistas da Universidade de Berkeley, Califórnia. Em 1997, o elemento foi nomeado Rutherfordium, símbolo Rf.

O elemento 105 foi sintetizado em 1970 por dois grupos independentes de pesquisadores em Dubna (URSS) e Berkeley (EUA). Recebeu o nome de dubnium em homenagem à cidade de Dubna, onde está localizado o Instituto Conjunto de Pesquisas Nucleares, no qual são sintetizados diversos elementos químicos, símbolo Db.

O elemento 106 foi obtido pela primeira vez na URSS por Georgy Flerov e seus colaboradores em 1974, e foi sintetizado quase simultaneamente nos EUA por Glen Seaborg e colaboradores. Em 1997, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) aprovou para o elemento 106 o nome seaborgium (em homenagem a Seaborg), símbolo Sg.

Reações de fusão a frio de núcleos massivos foram usadas com sucesso para sintetizar seis novos elementos, de 107 a 112, no Centro Nacional de Física Nuclear GSI em Darmstadt (Alemanha). Os primeiros experimentos para obter o elemento 107 foram realizados na URSS por Yuri Oganesyan e seus colaboradores em 1976. A primeira informação confiável sobre as propriedades nucleares do elemento 107 foi obtida na Alemanha em 1981 e 1989. Em 1997, a IUPAC aprovou o nome bohrium para o elemento 107 (em homenagem a Niels Bohr), símbolo Bh.

Os primeiros experimentos para obter o elemento 108 foram realizados na URSS em 1983-1984. Dados confiáveis ​​sobre as propriedades nucleares do elemento 108 foram obtidos na Alemanha em 1984 e 1987. Em 1997, a IUPAC aprovou o nome Hassium para o elemento 108 (de acordo com a terra de Hesse, Alemanha), símbolo Hs.

O elemento 109 foi obtido pela primeira vez na Alemanha em 1982 e confirmado em 1984. Em 1994, a IUPAC aprovou o nome meitnerium para o elemento 109 (em homenagem a Lise Meitner), o símbolo do Monte.

O elemento 110 foi descoberto em 1994 no Centro de Pesquisa de Íons Pesados ​​em Darmstadt (Alemanha) durante um experimento de deposição de uma liga especial contendo chumbo em placas e bombardeando-o com isótopos de níquel. Darmstadtium é nomeado após a cidade de Darmstadt (Alemanha), onde foi descoberto. símbolo D.

O elemento 111 também foi descoberto na Alemanha e foi nomeado roentgenium (o símbolo químico Rg) em homenagem ao cientista alemão Wilhelm-Konrad Roentgen.

O elemento 112 tem o nome de trabalho "ununbium" (Uub), formado pelos numerais latinos "um-um-dois". É um elemento transurânio obtido bombardeando um alvo de chumbo com núcleos de zinco. Sua meia-vida é de cerca de 34 segundos.

O ununbium foi obtido pela primeira vez em fevereiro de 1996 no acelerador de íons pesados ​​em Darmstadt. Para obter átomos de um novo elemento, uma equipe de cientistas usou íons de zinco com número atômico 30, que foram acelerados a energias muito altas em um acelerador de 120 metros, após o que atingiram um alvo feito de chumbo, cujo número atômico é 82. Quando os núcleos de zinco e chumbo se fundem, ocorre a formação de núcleos de um novo elemento, cujo número de série é igual à soma dos números atômicos dos componentes originais. Em junho de 2009, a IUPAC reconheceu oficialmente sua existência.

Elementos mais pesados ​​- com números atômicos 112-116 e os mais pesados este momento O 118º elemento foi obtido por cientistas russos do Joint Institute for Nuclear Research em Dubna em 2000-2008, mas ainda está aguardando o reconhecimento oficial da IUPAC.

Atualmente, físicos russos do Laboratório Flerov do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear em Dubna estão realizando um experimento sobre a síntese do elemento 117, cujo lugar na tabela periódica entre os elementos 116 e 118 obtidos anteriormente ainda está vazio.

Primeiro, um artigo sobre o que é uma "ilha de estabilidade".

Ilha de estabilidade: cientistas nucleares russos lideram a corrida

A síntese dos elementos superpesados ​​que compõem a chamada "ilha de estabilidade" é uma tarefa ambiciosa da física moderna, na qual os cientistas russos estão à frente do resto do mundo.

Em 3 de junho de 2011, uma comissão de especialistas, que incluía especialistas das Uniões Internacionais de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e Física (IUPAP), reconheceu oficialmente a descoberta dos 114º e 116º elementos da tabela periódica. A prioridade da descoberta foi dada a um grupo de físicos liderados pelo acadêmico da Academia Russa de Ciências Yuri Oganesyan do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear com a ajuda de colegas americanos do Laboratório Nacional do Mar de Livero. Lourenço.

Acadêmico da Academia Russa de Ciências Yury Oganesyan, Chefe do Laboratório de Reações Nucleares do JINR

Os novos elementos tornaram-se os mais pesados ​​dos incluídos na tabela periódica de Mendeleev, e receberam os nomes temporários ununquidium e ununhexium, formados pelo número de série na tabela. Os físicos russos propuseram nomear os elementos "flerovium" em homenagem a Georgy Flerov, um físico nuclear soviético, especialista no campo da fissão nuclear e na síntese de novos elementos, e "moscovium" em homenagem à região de Moscou. Além dos 114º e 116º elementos, o JINR já havia sintetizado elementos químicos com números de série 104, 113, 115, 117 e 118. E o 105º elemento da tabela, em homenagem ao reconhecimento da contribuição dos físicos de Dubna à ciência moderna, recebeu o nome de "dubnium".

Elementos não encontrados na natureza

Atualmente, todo o mundo ao nosso redor consiste em 83 elementos químicos, do hidrogênio (Z=1, Z é o número de prótons no núcleo) ao urânio (Z=92), cuja vida útil é maior que a do sistema solar ( 4,5 bilhões de anos). Os elementos mais pesados ​​que apareceram durante a nucleossíntese logo após o Big Bang já haviam decaído e não sobreviveram até hoje. O urânio, que tem uma meia-vida de cerca de 4,5 × 10 8 anos, ainda decairá e será radioativo. No entanto, em meados do século passado, os pesquisadores aprenderam a obter elementos que não são encontrados na natureza. Um exemplo desse elemento é o plutônio produzido em reatores nucleares (Z = 94), que é produzido em centenas de toneladas e é uma das mais poderosas fontes de energia. A meia-vida do plutônio é substancialmente mais curta que a do urânio, mas ainda longa o suficiente para sugerir a possibilidade de elementos químicos mais pesados. O conceito de um átomo consistindo de um núcleo que transporta carga positiva e a massa principal, e orbitais eletrônicos, sugere a possibilidade da existência de elementos com número de série até Z=170. Mas, de fato, devido à instabilidade dos processos que ocorrem no próprio núcleo, o limite da existência de elementos pesados ​​é delineado muito antes. Na natureza, as formações estáveis ​​(núcleos de elementos constituídos por um número diferente de prótons e nêutrons) são encontradas apenas até chumbo e bismuto, seguido por uma pequena península, incluindo tório e urânio encontrados na Terra. Mas assim que o número ordinal de um elemento excede o número de urânio, seu tempo de vida diminui drasticamente. Por exemplo, o núcleo do 100º elemento é 20 vezes menos estável que o núcleo de urânio e, no futuro, essa instabilidade só aumenta devido à fissão nuclear espontânea.

"Ilha de Estabilidade"

O efeito de fissão espontânea foi explicado por Niels Bohr. Segundo sua teoria, o núcleo é uma gota de líquido carregado, ou seja, algum tipo de matéria que não possui estrutura interna própria. Quão mais quantidade prótons no núcleo influência mais forte Forças de Coulomb, sob a influência das quais a gota é deformada e dividida em partes. Tal modelo prevê a possibilidade da existência de elementos até o 104º - 106º número de série. No entanto, na década de 1960, vários experimentos foram realizados no Laboratório de Reações Nucleares do Instituto Conjunto de Pesquisas Nucleares para estudar as propriedades de fissão de núcleos de urânio, cujos resultados não podiam ser explicados pela teoria de Bohr. Descobriu-se que o núcleo não é um análogo completo de uma gota líquida carregada, mas tem uma

estrutura. Além disso, quanto mais pesado o núcleo, mais forte se torna a influência dessa estrutura, e o padrão de decaimento será completamente diferente do previsto pelo modelo de gota de líquido. Assim, surgiu uma hipótese sobre a existência de uma certa região de núcleos superpesados ​​estáveis, distantes dos elementos conhecidos hoje. A área foi chamada de "ilha de estabilidade", e depois de prever sua existência, os maiores laboratórios dos Estados Unidos, França e Alemanha iniciaram uma série de experimentos para confirmar a teoria. No entanto, suas tentativas não foram bem sucedidas. E somente experimentos no ciclotron de Dubna, que resultaram na descoberta dos 114º e 116º elementos, permitem afirmar que a região de estabilidade dos núcleos superpesados ​​realmente existe.

A figura abaixo mostra um mapa de nuclídeos pesados. As meias-vidas dos núcleos são apresentadas cor diferente(escala direita). Quadrados pretos são isótopos de elementos estáveis ​​encontrados na crosta terrestre (meia-vida superior a 109 anos). Azul escuro é o "mar de instabilidade", onde os núcleos vivem por menos de 10 −6 segundos. As "ilhas de estabilidade" que seguem a "península" de elementos de tório, urânio e transurânio são previsões da teoria microscópica do núcleo. Dois núcleos com números atômicos 112 e 116, obtidos em várias reações nucleares e seu subsequente decaimento, mostram o quão perto se pode chegar das "ilhas de estabilidade" na síntese artificial de elementos superpesados.

Mapa de nuclídeos pesados

Para sintetizar um núcleo pesado estável, é necessário introduzir nele o maior número possível de nêutrons, pois os nêutrons são a "cola" que mantém os núcleons no núcleo. A primeira ideia era irradiar um material fonte com um fluxo de nêutrons de um reator. Mas com esse método, os cientistas só conseguiram sintetizar o férmio, um elemento com número atômico 100. Além disso, em vez dos 60 nêutrons necessários, apenas 20 foram introduzidos no núcleo. As tentativas dos cientistas americanos de sintetizar elementos superpesados ​​no processo de uma explosão nuclear (na verdade, em um poderoso fluxo de nêutrons pulsado) também não foram bem sucedidas, o resultado de seus experimentos foi o mesmo isótopo de férmio. A partir desse momento, outro método de síntese começou a se desenvolver - colidir dois núcleos pesados ​​na esperança de que o resultado de sua colisão fosse o núcleo da massa total. Para realizar o experimento, um dos núcleos deve ser acelerado a uma velocidade de aproximadamente 0,1 da velocidade da luz usando um acelerador de íons pesados. Todos os núcleos pesados ​​obtidos hoje foram sintetizados desta forma. Como já observado, a ilha de estabilidade está localizada na região de núcleos superpesados ​​ricos em nêutrons; portanto, os núcleos alvo e feixe também devem conter um excesso de nêutrons. É bastante difícil selecionar tais elementos, já que quase todos os nuclídeos estáveis ​​existentes têm uma proporção estritamente definida do número de prótons e nêutrons.

No experimento de síntese do 114º elemento, o isótopo mais pesado do plutônio com massa atômica de 244, produzido no reator do Livermore National Laboratory (EUA), foi usado como alvo e o cálcio-48 como núcleo do projétil. O cálcio-48 é um isótopo estável de cálcio, que contém apenas 0,1% do cálcio comum. Os experimentadores esperavam que tal configuração possibilitasse sentir o efeito de aumentar a vida útil de elementos superpesados. Para realizar o experimento, foi necessário um acelerador com uma potência de feixe de cálcio-48 superior a todos os aceleradores conhecidos em dezenas de vezes. Em cinco anos, esse acelerador foi criado em Dubna, permitindo realizar um experimento várias centenas de vezes mais preciso do que experimentos em outros países nos últimos 25 anos.

Tendo recebido um feixe de cálcio da intensidade necessária, os experimentadores irradiam o alvo de plutônio. Se, como resultado da fusão de dois núcleos, são formados átomos de um novo elemento, eles devem voar para fora do alvo e, junto com o feixe, continuar a avançar. Mas eles devem ser separados de íons de cálcio e outros produtos de reação. Esta função é executada pelo separador.

MASHA (Mass Analyzer of Super Heavy Atoms) - planta para separação de núcleos

Os núcleos de recuo emitidos da camada alvo param no coletor de grafite a uma profundidade de vários micrômetros. Devido à alta temperatura do coletor, eles se difundem na câmara da fonte de íons, são retirados do plasma, acelerados pelo campo elétrico e analisados ​​em massa. Campos magnéticos ao longo do caminho para o detector. Neste projeto, a massa de um átomo pode ser determinada com uma precisão de 1/3000. A tarefa do detector é determinar que um núcleo pesado o atingiu, registrar sua energia, velocidade e local de sua parada com alta precisão.

Esquema de operação do separador

Para testar a teoria da existência de uma "ilha de estabilidade", os cientistas observaram os produtos de decaimento do núcleo do 114º elemento. Se a teoria estiver correta, então os núcleos resultantes do 114º elemento devem ser resistentes à fissão espontânea e ser alfa radioativo, ou seja, emitir uma partícula alfa composta por dois prótons e dois nêutrons. Para uma reação envolvendo o 114º elemento, uma transição do 114º para o 112º deve ser observada. Em seguida, os núcleos da 112ª também sofrem decaimento alfa e passam para os núcleos da 110ª, e assim por diante. Além disso, o tempo de vida de um novo elemento deve ser várias ordens de grandeza maior do que o tempo de vida de núcleos mais leves. São precisamente esses eventos de longa duração, cuja existência foi prevista teoricamente, que os físicos de Dubna viram. Esta é uma indicação direta de que o 114º elemento já está experimentando a ação de forças estruturais que formam a ilha de estabilidade dos elementos superpesados.

Exemplos de cadeias de decaimento dos 114º e 116º elementos

No experimento sobre a síntese do 116º elemento, uma substância única, cúrio-248, obtida em um poderoso reator do Instituto de Pesquisa de Reatores Atômicos em Dimitrovgrad, foi usada como alvo. Caso contrário, o experimento seguiu o mesmo esquema da busca pelo 114º elemento. A observação da cadeia de decaimento do elemento 116 foi mais uma prova da existência do elemento 114, desta vez foi obtido como resultado do decaimento de um pai mais pesado. No caso do 116º elemento, os dados experimentais também mostraram um aumento significativo no tempo de vida com o aumento do número de nêutrons no núcleo. Ou seja física moderna síntese de elementos pesados ​​chegou perto da fronteira da "ilha de estabilidade". Além disso, os elementos com números atômicos 108, 109 e 110 formados como resultado do decaimento do 116º elemento têm uma vida útil calculada em minutos, o que permitirá estudar as propriedades químicas dessas substâncias usando métodos radioquímicos modernos e experimentalmente verificar a natureza fundamental da lei de Mendeleev quanto à periodicidade. propriedades quimicas elementos da tabela. No que diz respeito aos elementos pesados, pode-se supor que o 112º elemento tem as propriedades de cádmio e mercúrio, e o 114º - de estanho, chumbo, etc. Provavelmente, no topo da ilha de estabilidade, existem elementos superpesados ​​com vida útil de milhões de anos. Esse número não atinge a idade da Terra, mas a presença de elementos superpesados ​​na natureza, em nosso sistema solar, ou em raios cósmicos, ou seja, em outros sistemas da nossa Galáxia. Mas até agora, experimentos para procurar elementos superpesados ​​"naturais" não foram bem sucedidos.

Atualmente, o JINR está preparando um experimento para buscar o 119º elemento da tabela periódica, e o Laboratório de Reações Nucleares é líder mundial na área de física de íons pesados ​​e na síntese de elementos superpesados.

Anna Maksimchuk,
Pesquisador, JINR,
especialmente para R&D.CNews.ru

Interessante, claro. Acontece que muitos outros elementos químicos e até quase estáveis ​​podem ser descobertos.

Surge a pergunta: qual é o significado prático de todo esse evento bastante caro para buscar novos elementos quase estáveis?

Parece que quando eles encontrarem uma maneira de produzir esses elementos, então isso será visto.

Mas algo já está sendo visto. Por exemplo, se alguém assistiu ao filme "Predador", o predador tem um dispositivo de autodestruição em uma pulseira no braço e a explosão é bastante poderosa. Então. Esses novos elementos químicos são semelhantes ao urânio-235, mas, ao mesmo tempo, a massa crítica pode ser calculada em gramas (neste caso, 1 grama dessa substância equivale à explosão de 10 toneladas de TNT - uma bomba tão boa do tamanho de apenas uma moeda de cinco copeques).

Então já faz muito sentido que os cientistas trabalhem duro, e o Estado não economize nas despesas.

EXISTE UM LIMITE
TABELA PERIÓDICA
D.I.MENDELEEV?

DESBLOQUEAR NOVOS ITENS

P O problema da sistematização dos elementos químicos tem atraído muita atenção em meados do século dezenove século, quando ficou claro que a variedade de substâncias ao nosso redor é o resultado de diferentes combinações de um número relativamente pequeno de elementos químicos.

No caos dos elementos e seus compostos, o grande químico russo D.I. Mendeleev foi o primeiro a colocar as coisas em ordem criando sua própria tabela periódica de elementos.

01 de março de 1869 é considerado o dia da descoberta da lei periódica, quando Mendeleev informou a comunidade científica sobre isso. O cientista colocou os 63 elementos conhecidos na época em sua tabela de tal forma que as principais propriedades desses elementos e seus compostos mudavam periodicamente à medida que sua massa atômica aumentava. As mudanças observadas nas propriedades dos elementos nas direções horizontal e vertical da tabela seguiram regras rígidas. Por exemplo, o caráter metálico (básico), pronunciado nos elementos do grupo Ia, diminuiu ao longo da horizontal da mesa e aumentou ao longo da vertical com o aumento da massa atômica.

Com base na lei aberta, Mendeleev previu as propriedades de vários elementos ainda não descobertos e seu lugar na tabela periódica. Já em 1875, "ekaaluminum" (gálio) foi descoberto, quatro anos depois - "ekabor" (escândio) e em 1886 - "ekasilicon" (germânio). Nos anos seguintes, a tabela periódica serviu e ainda serve de guia na busca de novos elementos e na previsão de suas propriedades.

No entanto, nem o próprio Mendeleev nem seus contemporâneos puderam responder à pergunta: quais são as razões para a periodicidade das propriedades dos elementos, se e onde a fronteira passa? sistema periódico. Mendeleev previu que a razão da relação que apresentou entre as propriedades e a massa atômica dos elementos está na complexidade dos próprios átomos.

Apenas muitos anos após a criação do sistema periódico de elementos químicos nas obras de E. Rutherford, N. Bohr e outros cientistas, a estrutura complexa do átomo foi comprovada. Conquistas subsequentes na física atômica tornaram possível resolver muitos problemas obscuros da tabela periódica dos elementos químicos. Em primeiro lugar, descobriu-se que o lugar de um elemento na tabela periódica é determinado não pela massa atômica, mas pela carga do núcleo. A natureza da periodicidade das propriedades químicas dos elementos e seus compostos ficou clara.

O átomo começou a ser considerado como um sistema no centro do qual existe um núcleo carregado positivamente, e os elétrons carregados negativamente giram em torno dele. Neste caso, os elétrons são agrupados no espaço circumnuclear e se movem ao longo de certas órbitas incluídas nas camadas eletrônicas.

Todos os elétrons de um átomo são geralmente denotados por números e letras. De acordo com essa designação, os principais números quânticos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 referem-se a camadas eletrônicas e as letras s, p, d, f, g– para subcamadas (órbitas) de cada casca. O primeiro shell (contando a partir do kernel) tem apenas s-elétrons, o segundo pode ter s- e p- elétrons, o terceiro - s-, p- e d- elétrons, o quarto - s-,
p-, d- e f- elétrons, etc.

Cada camada pode acomodar um certo número de elétrons: o primeiro - 2, o segundo - 8, o terceiro - 18, o quarto e o quinto - 32. Isso determina o número de elementos nos períodos da tabela periódica. As propriedades químicas dos elementos são determinadas pela estrutura das camadas eletrônicas externas e pré-externas dos átomos, ou seja, quantos elétrons eles contêm.

O núcleo de um átomo consiste em partículas carregadas positivamente - prótons e partículas eletricamente neutras - nêutrons, muitas vezes referidos em uma palavra - nucleons. O número ordinal de um elemento (seu lugar na tabela periódica) é determinado pelo número de prótons no núcleo de um átomo de um determinado elemento. Número de massa MAS elemento átomo é igual à soma do número de prótons Z e nêutrons N no núcleo: UMA = Z + N. Átomos do mesmo elemento com um número diferente de nêutrons no núcleo são seus isótopos.

As propriedades químicas de diferentes isótopos do mesmo elemento não diferem entre si, enquanto as propriedades nucleares variam amplamente. Isso se manifesta principalmente na estabilidade (ou instabilidade) dos isótopos, que depende essencialmente da proporção do número de prótons e nêutrons no núcleo. Isótopos de elementos estáveis ​​à luz geralmente têm um número igual de prótons e nêutrons. Com o aumento da carga do núcleo, ou seja, o número ordinal do elemento na tabela, essa proporção muda. Os núcleos pesados ​​estáveis ​​têm quase uma vez e meia mais nêutrons do que prótons.

Assim como os elétrons atômicos, os nucleons também formam conchas. Com o aumento do número de partículas no núcleo, as camadas de prótons e nêutrons são preenchidas sucessivamente. Núcleos com conchas completamente preenchidas são os mais estáveis. Por exemplo, o isótopo de chumbo Pb-208 é caracterizado por uma estrutura nuclear muito estável, que possui conchas de prótons preenchidas ( Z= 82) e nêutrons ( N = 126).

Camadas nucleares preenchidas semelhantes são semelhantes às camadas de elétrons preenchidas de átomos gases inertes, representando um grupo particular na tabela periódica. Núcleos estáveis ​​de átomos com camadas de prótons ou nêutrons completamente preenchidas contêm certos números "mágicos" de prótons ou nêutrons: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. propriedades, a periodicidade das propriedades nucleares também é inerente . Entre as diferentes combinações do número de prótons e nêutrons nos núcleos de isótopos (par-par; par-ímpar; ímpar-par; ímpar-ímpar), são os núcleos contendo um número par de prótons e um número par de nêutrons que são mais estáveis.

A natureza das forças que mantêm prótons e nêutrons no núcleo ainda não é suficientemente clara. Acredita-se que forças gravitacionais de atração muito grandes atuam entre os núcleos, o que contribui para um aumento na estabilidade dos núcleos.

Para em meados dos anos trinta do século passado, a tabela periódica estava tão desenvolvida que já mostrava a posição de 92 elementos. Sob o número de série 92 estava o urânio - o último dos elementos naturais pesados ​​encontrados na Terra em 1789. Dos 92 elementos da tabela, apenas os elementos com números de série 43, 61, 85 e 87 não foram identificados com precisão na década de trinta. Eles foram descobertos e estudados mais tarde. Um elemento de terras raras com número atômico 61, o promécio, foi encontrado em pequenas quantidades em minérios como produto do decaimento espontâneo do urânio. Uma análise dos núcleos atômicos dos elementos ausentes mostrou que todos eles são radioativos e, por causa de suas meias-vidas curtas, não podem existir na Terra em concentrações apreciáveis.

Devido ao fato de que o último elemento pesado encontrado na Terra foi o elemento com número atômico 92, pode-se supor que seja o limite natural da tabela periódica de Mendeleev. No entanto, as conquistas da física atômica indicaram o caminho ao longo do qual se tornou possível ultrapassar os limites da tabela periódica estabelecida pela natureza.

Elementos com b cerca de Números atômicos maiores que o urânio são chamados de transurânio. Por sua origem, esses elementos são artificiais (sintéticos). Eles são obtidos por reações de transformação nuclear de elementos encontrados na natureza.

A primeira tentativa, embora não totalmente bem sucedida, de descobrir a região transurânica da tabela periódica foi feita pelo físico italiano Enrico Fermi em Roma logo após a comprovação da existência de nêutrons. Mas apenas em 1940-1941. O sucesso na descoberta dos dois primeiros elementos transurânicos, ou seja, neptúnio (número atômico 93) e plutônio (número atômico 94), foi alcançado por cientistas americanos da Universidade da Califórnia em Berkeley.

Vários tipos de reações nucleares fundamentam os métodos de obtenção de elementos transurânicos.

O primeiro tipo é a fusão de nêutrons. Nesse método, nos núcleos de átomos pesados ​​irradiados com nêutrons, um dos nêutrons é convertido em próton. A reação é acompanhada pelo chamado decaimento eletrônico (--decaimento) - a formação e ejeção do núcleo com uma enorme energia cinética de uma partícula (elétron) carregada negativamente. A reação é possível com um excesso de nêutrons no núcleo.

A reação oposta é a transformação de um próton em um nêutron com a emissão de uma partícula + - carregada positivamente (pósitron). Um decaimento de pósitrons semelhante (+ -decaimento) é observado quando há uma escassez de nêutrons nos núcleos e leva a uma diminuição na carga nuclear, ou seja, para diminuir o número atômico de um elemento em um. Um efeito semelhante é alcançado quando um próton é convertido em um nêutron capturando um elétron orbital próximo.

Novos elementos de transurânio foram obtidos pela primeira vez a partir do urânio por fusão de nêutrons em reatores nucleares (como produtos de explosões de bombas nucleares) e posteriormente sintetizados usando aceleradores de partículas - ciclotrons.

O segundo tipo são as reações entre os núcleos dos átomos do elemento inicial (“alvo”) e os núcleos dos átomos dos elementos leves (isótopos de hidrogênio, hélio, nitrogênio, oxigênio e outros) usados ​​como partículas bombardeadoras. Os prótons nos núcleos do "alvo" e do "projétil" têm um efeito positivo carga elétrica e experimentam forte repulsa ao se aproximarem. Para vencer as forças repulsivas, para formar um núcleo composto, é necessário fornecer aos átomos do "projétil" uma energia cinética muito grande. Essa enorme energia de partículas bombardeadas é armazenada em ciclotrons. O núcleo composto intermediário resultante tem um excesso de energia bastante grande, que deve ser liberado para estabilizar o novo núcleo. No caso de elementos transurânicos pesados, esse excesso de energia, quando não ocorre fissão nuclear, é dissipado pela emissão de raios γ (radiação eletromagnética de alta energia) e "evaporação" de nêutrons dos núcleos excitados. Os núcleos atômicos do novo elemento são radioativos. Eles buscam alcançar maior sustentabilidade mudando estrutura interna por meio eletrônico radioativo - - decaimento ou - decaimento e fissão espontânea. Tais reações nucleares são inerentes aos átomos mais pesados ​​de elementos com números de série acima de 98.

A reação de fissão espontânea e espontânea dos núcleos de átomos de elementos radioativos foi descoberta por nosso compatriota G.N. Flerov e tcheco K.A. Petrzhak no Joint Institute for Nuclear Research (JINR, Dubna) em experimentos com urânio-238. Um aumento no número de série leva a uma rápida diminuição da meia-vida dos núcleos dos átomos de elementos radioativos.

Em conexão com este fato, o notável cientista americano G.T. Seaborg, laureado premio Nobel, que participou da descoberta de nove elementos transurânicos, acreditava que a descoberta de novos elementos provavelmente terminaria aproximadamente no elemento com número de série 110 (semelhante em propriedades à platina). Essa ideia sobre o limite da tabela periódica foi expressa na década de 60 do século passado com uma ressalva: a menos que sejam descobertos novos métodos para a síntese de elementos e a existência de regiões ainda desconhecidas de estabilidade dos elementos mais pesados. Algumas dessas possibilidades foram identificadas.

O terceiro tipo de reações nucleares para a síntese de novos elementos é a reação entre íons de alta energia com massa atômica média (cálcio, titânio, cromo, níquel) como partículas de bombardeio e átomos de elementos estáveis ​​(chumbo, bismuto) como um " alvo" em vez de isótopos radioativos pesados. Esta forma de obtenção de elementos mais pesados ​​foi proposta em 1973 pelo nosso cientista Yu.Ts. Oganesyan do JINR e utilizada com sucesso em outros países. A principal vantagem do método de síntese proposto foi a formação de núcleos compostos menos "quentes" durante a fusão dos núcleos "projétil" e "alvo". A liberação de excesso de energia de núcleos compostos neste caso ocorreu como resultado da "evaporação" de um número significativamente menor de nêutrons (um ou dois em vez de quatro ou cinco).

Uma reação nuclear incomum entre íons do raro isótopo Ca-48 acelerado em um ciclotron
U-400, e átomos do elemento actinóide cúrio Cm-248 com a formação do elemento-114 (“ekaslead”) foi descoberto em Dubna em 1979. Verificou-se que esta reação produz um núcleo “frio” que não “evapora” ” um único nêutron, e todo o excesso de energia é levado por uma partícula. Isso significa que para a síntese de novos elementos, pode-se também implementar quarto tipo reações nucleares entre íons acelerados de átomos com números de massa médios e átomos de elementos transurânicos pesados.

NO O desenvolvimento da teoria do sistema periódico de elementos químicos desempenhou um papel importante na comparação das propriedades químicas e estrutura das camadas eletrônicas de lantanídeos com números de série 58-71 e actinídeos com números de série 90-103. Foi demonstrado que a semelhança das propriedades químicas de lantanídeos e actinídeos se deve à semelhança de suas estruturas eletrônicas. Ambos os grupos de elementos são um exemplo de uma série de transição interna com preenchimento sequencial 4 f- ou 5 f-conchas de elétrons, respectivamente, após o preenchimento da camada externa s- e R-orbitais eletrônicos.

Elementos com números atômicos na tabela periódica de 110 e acima foram chamados superpesados. O progresso para a descoberta desses elementos torna-se cada vez mais difícil e longo, porque. não basta sintetizar um novo elemento, é preciso identificá-lo e comprovar que o novo elemento possui apenas suas propriedades inerentes. As dificuldades são causadas pelo fato de que um pequeno número de átomos está disponível para estudar as propriedades de novos elementos. O tempo durante o qual um novo elemento pode ser estudado antes que ocorra o decaimento radioativo é geralmente muito curto. Nesses casos, mesmo quando apenas um átomo de um novo elemento foi obtido, o método de traçadores radioativos é utilizado para detectá-lo e estudar preliminarmente algumas de suas características.

O elemento-109, meitnério, é o último elemento da tabela periódica encontrado na maioria dos livros de química. O elemento-110, que pertence ao mesmo grupo da tabela periódica que a platina, foi sintetizado pela primeira vez em Darmstadt (Alemanha) em 1994 usando um poderoso acelerador de íons pesados ​​de acordo com a reação:

A meia-vida do isótopo resultante é extremamente curta. Em agosto de 2003, a 42ª Assembléia Geral da IUPAC e o Conselho da IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) aprovaram oficialmente o nome e o símbolo do elemento-110: darmstadtium, Ds.

No mesmo local, em Darmstadt, em 1994, o elemento 111 foi obtido pela primeira vez pela ação de um feixe de 64 íons isótopos de 28 Ni sobre 209 83 átomos de Bi como “alvo”. Por sua decisão em 2004, a IUPAC reconheceu a descoberta e aprovou a proposta de nomear o elemento-111 roentgenium, Rg, em homenagem ao notável físico alemão W.K. Roentgen, que descobriu X-raios, aos quais ele deu esse nome por causa da incerteza de sua natureza.

Segundo informações recebidas do JINR, no Laboratório de Reações Nucleares. G.N. Flerova sintetizou elementos com números de série 110–118 (com exceção do elemento-117).

Como resultado da síntese de acordo com a reação:

em Darmstadt em 1996, foram obtidos vários átomos do novo elemento-112, que decai com a liberação de partículas. A meia-vida desse isótopo foi de apenas 240 microssegundos. Um pouco mais tarde, no JINR, a busca por novos isótopos do elemento-112 foi realizada irradiando átomos de U-235 com íons Ca-48.

Em fevereiro de 2004 na prestigiosa revistas científicas houve relatos da descoberta no JINR por nossos cientistas juntamente com pesquisadores americanos do Lawrence Berkeley National Laboratory (EUA) de dois novos elementos com números 115 e 113. Este grupo de cientistas em experimentos realizados em julho-agosto de 2003 na U. -400 cíclotron com separador preenchido com gás, na reação entre átomos de Am-243 e íons do isótopo Ca-48, 1 átomo do isótopo do elemento-115 com número de massa de 287 e 3 átomos com número de massa de Foram sintetizados 288. Todos os quatro átomos do elemento 115 decaíram rapidamente com a liberação de partículas e a formação de isótopos do elemento 113 com números de massa 282 e 284. O isótopo mais estável 284 113 teve uma meia-vida de cerca de 0,48 s . Ele entrou em colapso com a emissão de -partículas e se transformou no isótopo de raios X 280 Rg.

Em setembro de 2004, um grupo de cientistas japoneses do Physicochemical Research Institute, liderado por Kosuki Morita (Kosuke Morita) afirmaram que sintetizaram o elemento-113 pela reação:

Durante seu decaimento com a liberação de -partículas, obteve-se o isótopo de raios X 274 Rg. Como este é o primeiro elemento artificial obtido pelos cientistas japoneses, eles sentiram que tinham o direito de fazer uma proposta para chamá-lo de "Japão".

A síntese incomum do isótopo elemento-114 com um número de massa de 288 do cúrio já foi observada acima. Em 1999, apareceu um relatório sobre a produção no JINR do mesmo isótopo do elemento-114 bombardeando átomos de plutônio com um número de massa de 244 com íons Ca-48.

A descoberta de elementos com números de série 118 e 116 também foi anunciada como resultado de estudos conjuntos de longo prazo de reações nucleares dos isótopos de califórnio Cf-249 e cúrio Cm-245 com um feixe de íons pesados ​​de Ca-48, realizados por russos e Cientistas americanos no período 2002-2005. no JINR. O elemento-118 fecha o 7º período da tabela periódica, em suas propriedades é um análogo do gás nobre radônio. O elemento-116 deve ter algumas propriedades em comum com o polônio.

De acordo com a tradição estabelecida, a descoberta de novos elementos químicos e sua identificação devem ser confirmadas por decisão da IUPAC, mas o direito de propor nomes para os elementos é concedido aos descobridores. Como um mapa da Terra, a tabela periódica refletia os nomes dos territórios, países, cidades e centros científicos, onde os elementos e seus compostos foram descobertos e estudados, imortalizou os nomes de cientistas famosos que deram uma grande contribuição para o desenvolvimento do sistema periódico de elementos químicos. E não é coincidência que o elemento 101 tenha o nome de D.I. Mendeleev.

Para responder à questão de onde a fronteira da tabela periódica pode passar, uma vez foi feita uma avaliação das forças eletrostáticas de atração dos elétrons internos dos átomos para um núcleo carregado positivamente. Quanto maior o número de série do elemento, mais forte o "casaco de pele" de elétrons ao redor do núcleo é comprimido, mais fortes os elétrons internos são atraídos para o núcleo. Deve chegar um momento em que os elétrons começam a ser capturados pelo núcleo. Como resultado de tal captura e diminuição da carga do núcleo, torna-se impossível a existência de elementos muito pesados. Uma situação catastrófica semelhante deve surgir quando o número ordinal do elemento é 170-180.

Esta hipótese foi refutada e mostrou-se que não há restrições para a existência de elementos muito pesados ​​em termos de ideias sobre a estrutura das camadas eletrônicas. As limitações surgem como resultado da instabilidade dos próprios núcleos.

No entanto, deve-se dizer que o tempo de vida dos elementos diminui irregularmente com o aumento do número atômico. A próxima região esperada de estabilidade de elementos superpesados, devido ao aparecimento de conchas fechadas de nêutrons ou prótons do núcleo, deve estar na vizinhança de um núcleo duplamente mágico com 164 prótons e 308 nêutrons. A possibilidade de abrir tais elementos ainda não está clara.

Assim, a questão do limite da tabela periódica dos elementos ainda permanece. Com base nas regras para preencher as camadas eletrônicas com um aumento no número atômico de um elemento, o 8º período previsto da tabela periódica deve conter elementos superactinóides. O lugar atribuído a eles na tabela periódica de D.I. Mendeleev corresponde a III grupo de elementos, semelhante aos já conhecidos elementos de transurânio de terras raras e actinoides.

No final do segundo milênio, o acadêmico Vitaly Lazarevich Ginzburg compilou uma lista de trinta problemas de física e astrofísica que considerava os mais importantes e interessantes (ver "Ciência e Vida" nº 11, 1999). Nesta lista, no número 13, é indicado o problema de encontrar elementos superpesados. Então, 12 anos atrás, o acadêmico observou com desgosto que "ainda não foi confirmada a existência de núcleos transurânicos de longa duração (estamos falando de milhões de anos) em raios cósmicos". Hoje, vestígios de tais núcleos foram descobertos. Isso dá esperança de finalmente descobrir a Ilha de Estabilidade de núcleos superpesados, cuja existência já foi prevista pelo físico nuclear Georgy Nikolaevich Flerov.

A questão é se existem elementos mais pesados ​​que o urânio-92 (238 U é seu isótopo estável), muito tempo permaneceram abertos, uma vez que não foram observados na natureza. Acreditava-se que não havia elementos estáveis ​​com número atômico maior que 180: uma poderosa carga positiva do núcleo destruiria os níveis internos dos elétrons de um átomo pesado. No entanto, logo ficou claro que a estabilidade de um elemento é determinada pela estabilidade de seu núcleo, não de sua casca. Os núcleos com um número par de prótons Z e nêutrons N são estáveis, entre os quais os núcleos com o chamado número mágico de prótons ou nêutrons - 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 - são, por exemplo, estanho, conduzir. E os mais estáveis ​​são os "núcleos mágicos duplos", nos quais o número de nêutrons e prótons é mágico, digamos, hélio e cálcio. Tal é o isótopo de chumbo 208 Pb: tem Z = 82, N = 126. A estabilidade de um elemento depende extremamente fortemente da razão entre o número de prótons e nêutrons em seu núcleo. Por exemplo, o chumbo com 126 nêutrons é estável, enquanto seu outro isótopo, que tem um nêutron a mais no núcleo, decai em mais de três horas. Mas, observou V. L. Ginzburg, a teoria prevê que um certo elemento X com o número de prótons Z = 114 e nêutrons N = 184, ou seja, com um número atômico de massa A = Z + N = 298, deve viver por cerca de 100 milhões anos.

Hoje, muitos elementos foram obtidos artificialmente até o 118º inclusive - 254 Uuo. É o não metal mais pesado, presumivelmente um gás inerte; seus nomes condicionais são ununoctia (é formado a partir das raízes dos numerais latinos - 1, 1, 8), eka-radon e moscovium Mw. Todos os elementos artificiais já existiram na Terra, mas se desintegraram com o tempo. Por exemplo, plutônio-94 tem 16 isótopos, e apenas 244 Pu tem meia-vida T ½ = 7,6 10 7 anos; neptúnio-93 tem 12 isótopos e 237 Np tem T ½ = 2,14 10 6 anos. Essas meias-vidas mais longas entre todos os isótopos desses elementos são muito menores que a idade da Terra - (4,5–5,5)·10 9 . Traços insignificantes de neptúnio, que são encontrados em minérios de urânio, são produtos de reações nucleares sob a ação de nêutrons de radiação cósmica e fissão espontânea do urânio, e o plutônio é uma consequência do decaimento beta do neptúnio-239.

Os elementos que desapareceram durante a existência da Terra são obtidos de duas maneiras. Primeiro, um nêutron extra pode ser conduzido para o núcleo de um elemento pesado. Lá sofre decaimento beta, formando um próton, um elétron e um elétron antineutrino: n 0 → p + e - + v e . A carga do núcleo aumentará em um - um novo elemento aparecerá. Foi assim que os elementos artificiais foram obtidos até o férmio-100 (seu isótopo 257 Fm tem uma meia-vida de 100 anos).

Elementos ainda mais pesados ​​são criados em aceleradores que aceleram e colidem núcleos, por exemplo, o ouro (ver "Ciência e Vida" nº 6, 1997). Foi exatamente assim que os 117º e 118º elementos foram obtidos no Laboratório de Reações Nucleares do Instituto Conjunto de Pesquisas Nucleares (JINR, Dubna). Além disso, a teoria prevê que núcleos superpesados ​​estáveis ​​devem existir muito além dos elementos radioativos pesados ​​atualmente conhecidos. O físico russo G. N. Flerov descreveu o sistema de elementos na forma de um arquipélago simbólico, onde elementos estáveis cercado por um mar de isótopos de vida curta que podem nunca ser descobertos. Na ilha principal do arquipélago erguem-se os picos dos elementos mais estáveis ​​- Cálcio, Estanho e Chumbo, além do Estreito de Radioactividade encontra-se a ilha dos núcleos Pesados ​​com os picos de Urano, Neptúnio e Plutónio. E ainda mais longe deve haver uma misteriosa ilha de estabilidade de elementos superpesados, semelhante ao já mencionado - X-298.

Apesar de todos os sucessos de experimentos e física Teórica, a questão permanece em aberto: elementos superpesados ​​existem na natureza, ou são substâncias puramente artificiais, feitas pelo homem, semelhantes a materiais sintéticos - nylon, nylon, lavsan - nunca criados pela natureza?

Existem condições para a formação de tais elementos na natureza. Eles são criados nas profundezas dos pulsares e nas explosões de supernovas. Os fluxos de nêutrons neles atingem uma densidade enorme - 10 38 n 0 /m 2 e são capazes de gerar núcleos superpesados. Eles se espalham no espaço em um fluxo de raios cósmicos intergalácticos, mas sua proporção é extremamente pequena - apenas algumas partículas por metro quadrado por ano. Assim, surgiu a ideia de utilizar um detector-acumulador natural de radiação cósmica, no qual núcleos superpesados ​​deveriam deixar um rastro específico e facilmente reconhecível. Os meteoritos serviram com sucesso como tais detectores.

Um meteorito - um pedaço de rocha arrancado do planeta mãe por algum tipo de catástrofe cósmica - viaja no espaço há centenas de milhões de anos. Ele é continuamente "encapado" por raios cósmicos, que são 90% de núcleos de hidrogênio (prótons), 7% de núcleos de hélio (dois prótons) e 1% de elétrons. Os 2% restantes são outras partículas, entre as quais pode haver núcleos superpesados.

Pesquisadores do Instituto de Física. P. N. Lebedev (FIAN) e o Instituto de Geoquímica e Química Analítica. V. I. Vernadsky (GEOKHI RAS) estuda dois pallasite - meteoritos de ferro-níquel intercalados com olivina (um grupo de minerais translúcidos nos quais Mg 2, (Mg, Fe) 2 e (Mn, Fe) 2 estão ligados ao dióxido de silício SiO 4 em diferentes proporções; a olivina transparente é chamada de crisólito). A idade desses meteoritos é de 185 e 300 milhões de anos.

Núcleos pesados, voando através de um cristal de olivina, danificam sua rede, deixando seus rastros nela - rastros. Eles se tornam visíveis após o tratamento químico do cristal - gravura. E como a olivina é translúcida, esses rastros podem ser observados e estudados ao microscópio. A espessura da trilha, seu comprimento e forma podem ser usados ​​para julgar a carga e a massa atômica do núcleo. A pesquisa é muito complicada pelo fato de que os cristais de olivina têm dimensões da ordem de vários milímetros, e o rastro de uma partícula pesada é muito mais longo. Portanto, a magnitude de sua carga deve ser julgada a partir de dados indiretos - a taxa de gravação, uma diminuição na espessura da trilha, etc.

O trabalho para encontrar vestígios de partículas superpesadas da ilha de estabilidade foi chamado de "Projeto Olympia". No âmbito deste projeto, foram obtidas informações sobre cerca de seis mil núcleos com carga superior a 55 e três núcleos ultrapesados, cujas cargas se situam na faixa de 105 a 130. Todas as características das trilhas desses os núcleos foram medidos por um complexo de equipamentos de alta precisão criado na FIAN. O complexo reconhece automaticamente as trilhas, determina seus parâmetros geométricos e, extrapolando os dados de medição, encontra o comprimento estimado da trilha antes que ela pare na massa de olivina (lembre-se de que o tamanho real de seu cristal é de vários milímetros).

Os resultados experimentais obtidos confirmam a realidade da existência de elementos superpesados ​​estáveis ​​na natureza.