Tulong sa Tele2, mga taripa, mga tanong

Mayroon ding mga paghihigpit sa pagkakaroon ng atomic nuclei mula sa gilid ng superheavy elements. Ang mga elementong may Z > 92 ay hindi natagpuan sa ilalim ng mga natural na kondisyon. Ang mga kalkulasyon batay sa liquid-drop model ay hinuhulaan ang pagkawala ng fission barrier para sa nuclei na may Z2/A ≈ 46 (tungkol sa elemento 112). Sa problema ng synthesis ng superheavy nuclei, dalawang lupon ng mga tanong ang dapat itangi.

1. Anong mga katangian ang dapat magkaroon ng superheavy nuclei? Magkakaroon ba ng mga magic number sa rehiyong ito Z at N. Ano ang mga pangunahing channel ng pagkabulok at kalahating buhay ng superheavy nuclei?
2. Anong mga reaksyon ang dapat gamitin para sa synthesis ng superheavy nuclei, mga uri ng bombarding nuclei, inaasahang mga cross section, inaasahang compound-nucleus excitation energies, at de-excitation channels?

Dahil ang pagbuo ng superheavy nuclei ay nangyayari bilang resulta ng kumpletong pagsasanib ng target na nucleus at ng incident particle, kinakailangan na lumikha ng mga teoretikal na modelo na naglalarawan sa dinamika ng proseso ng pagsasanib ng dalawang nagbabanggaan na nuclei sa isang tambalang nucleus.
Ang problema sa pag-synthesize ng mga superheavy na elemento ay malapit na nauugnay sa katotohanan na ang nuclei na may Z,N = 8, 20, 28, 50, 82, N = 126 (magic number) ay nadagdagan ang katatagan na may kinalaman sa iba't ibang mga mode ng radioactive decay. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ipinaliwanag sa loob ng balangkas ng modelo ng shell - ang mga magic number ay tumutugma sa mga punong shell. Naturally, ang tanong ay bumangon tungkol sa pagkakaroon ng mga sumusunod na magic number sa Z at N. Kung sila ay umiiral sa rehiyon ng N-Z diagram ng atomic nuclei N > 150, Z > 101, ang superheavy nuclei ay dapat obserbahan na may tumaas na kalahating buhay, i.e. dapat may Island of Stability. Batay sa mga kalkulasyon na isinagawa gamit ang potensyal ng Woods-Saxon na may allowance para sa interaksyon ng spin-orbit, ipinakita sa trabaho na ang pagtaas sa katatagan ng nuclei ay dapat asahan para sa isang nucleus na may Z = 114, iyon ay, ang susunod na punong proton. Ang shell ay tumutugma sa Z = 114, ang napuno na neutron shell ay tumutugma sa bilang N ~ 184. Ang mga saradong shell ay maaaring makabuluhang tumaas ang taas ng fission barrier at, nang naaayon, tumaas ang buhay ng nucleus. Kaya, sa rehiyong ito ng nuclei (Z = 114, N ~ 184) ay dapat hanapin ang Isla ng Katatagan. Ang parehong resulta ay malayang nakuha sa .
Ang nuclei na may Z = 101–109 ay natuklasan bago ang 1986 at pinangalanang: 101 - Md (Menelevium), 102 - Hindi (Nobelium), 103 - Lr (Lawrencium), 104 - Rf (Rutherfordium, 106 - Sg (Seaborgium), 107 - Ns (Nielsborium), 108 - Hs (Hassium), 109 - Mt (Meitnerium). isang malaking bilang isotopes ng mabibigat na elemento (102-105), noong 1997, sa pamamagitan ng desisyon ng General Assembly of Pure and Applied Chemistry, ang elementong may Z = 105 ay binigyan ng pangalang Dubnium (Db). Ang elementong ito ay dating tinatawag na Ha (Hannium).

kanin. 12.3. Ang mga nabubulok na chain ng isotopes Ds (Z = 110), Rg (Z = 111), Cn (Z = 112).

Ang isang bagong yugto sa pag-aaral ng superheavy nuclei ay nagsimula noong 1994, nang ang kahusayan sa pagtuklas ay tumaas nang malaki at ang pamamaraan para sa pag-obserba ng superheavy nuclei ay napabuti. Bilang resulta, ang mga isotopes Ds (Z = 110), Rg (Z = 111) at Cn (Z = 112) ay nakita.
Ang superheavy nuclei ay nakuha gamit ang pinabilis na mga beam ng 50 Ti, 51 V, 58 Fe, 62 Ni, 64 Ni, 70 Zn, at 82 Se. Ang 208Pb at 209Bi isotopes ay ginamit bilang mga target. Ang iba't ibang isotopes ng elemento 110 ay na-synthesize sa Laboratory of Nuclear Reactions. G.N. Flerov gamit ang 244 Pu(34 S,5n) 272 110 reaksyon at sa GSI (Darmstadt) sa 208 Pb(62 Ni, n) 269 110 reaksyon. (Fig. 12.3).
Ang isang mahalagang papel sa paggawa ng mga superheavy na elemento ay nilalaro ng mga teoretikal na modelo, sa tulong kung saan ang mga inaasahang katangian ng mga elemento ng kemikal at ang mga reaksyon kung saan maaari silang mabuo ay kinakalkula.
Sa batayan ng iba't ibang mga teoretikal na modelo, ang mga katangian ng pagkabulok ng superheavy nuclei ay kinakalkula. Ang mga resulta ng isa sa mga kalkulasyong ito ay ipinapakita sa Fig. 12.4. Ang kalahating buhay ng kahit na superheavy nuclei na may kinalaman sa kusang fission (a), α-decay (b), β-decay (c), at para sa lahat ng posibleng proseso ng pagkabulok (d) ay ibinibigay. Ang pinaka-matatag na nucleus na may kinalaman sa spontaneous fission (Fig. 12.4a) ay ang nucleus na may Z = 114 at N = 184. Para dito, ang kalahating buhay na may kinalaman sa spontaneous fission ay ~10 16 taon. Para sa isotopes ng ika-114 na elemento, na naiiba sa pinaka-matatag sa pamamagitan ng 6-8 neutrons, ang kalahating buhay ay bumababa ng
10-15 orders. Ang kalahating buhay na may paggalang sa α-pagkabulok ay ipinapakita sa fig. 12.5b. Ang pinaka-matatag na core ay matatagpuan sa lugar Z = 114 at N = 184 (T 1/2 = 10 15 taon).
Ang nuclei stable na may paggalang sa β-decay ay ipinapakita sa Fig. 12.4c madilim na tuldok. Sa fig. Ipinapakita ng Figure 12.4d ang kabuuang kalahating buhay, na para sa kahit na nuclei na matatagpuan sa loob ng gitnang tabas ay ~ 10 5 taon. Kaya, pagkatapos isaalang-alang ang lahat ng uri ng pagkabulok, lumalabas na ang nuclei sa paligid ng Z = 110 at N = 184 ay bumubuo ng isang "isla ng katatagan". Ang 294 110 nucleus ay may kalahating buhay na humigit-kumulang 10 9 taon. Ang pagkakaiba sa pagitan ng halaga ng Z at ang magic number 114 na hinulaang ng shell model ay dahil sa kumpetisyon sa pagitan ng fission (na may kinalaman sa kung saan ang nucleus na may Z = 114 ay pinaka-stable) at α-decay (na may kinalaman sa kung aling nuclei ang may mas maliit na Z ay matatag). Ang odd-even at even-odd na nuclei ay may kalahating buhay na may kinalaman sa
Ang α-decay at spontaneous fission ay tumaas, at bumaba nang may paggalang sa β-decay. Dapat tandaan na ang mga pagtatantya sa itaas ay lubos na nakadepende sa mga parameter na ginamit sa mga kalkulasyon at maaari lamang ituring na mga indikasyon ng posibilidad ng pagkakaroon ng superheavy nuclei na may sapat na haba ng buhay para sa kanilang eksperimentong pagtuklas.

kanin. 12.4. Kinakalkula ang kalahating buhay para sa kahit na napakabigat na nuclei (ang mga numero ay nagpapahiwatig ng kalahating buhay sa mga taon):
a - kaugnay sa spontaneous fission, b - α-decay, c - e-capture at β-decay, d - para sa lahat ng proseso ng pagkabulok

Ang mga resulta ng isa pang pagkalkula ng equilibrium na hugis ng superheavy nuclei at ang kanilang kalahating buhay ay ipinapakita sa Fig. 12.5, 12.6. Sa fig. Ipinapakita ng 12.5 ang pag-asa ng equilibrium deformation energy sa bilang ng mga neutron at proton para sa nuclei na may Z = 104-120. Ang strain energy ay tinukoy bilang ang pagkakaiba sa pagitan ng mga energies ng nuclei sa equilibrium at spherical form. Makikita mula sa mga datos na ito na ang mga rehiyong Z = 114 at N = 184 ay dapat maglaman ng nuclei na may spherical na hugis sa ground state. Ang lahat ng superheavy nuclei na natuklasan sa ngayon (sila ay ipinapakita sa Fig. 12.5 sa pamamagitan ng maitim na diamante) ay deformed. Ang mga magaan na diamante ay nagpapakita ng mga nuclei na stable na may kinalaman sa β-decay. Ang mga nuclei na ito ay dapat mabulok bilang resulta ng α-decay o fission. Ang pangunahing channel ng decay ay dapat na α-decay.

Ang mga kalahating buhay para sa kahit na β-stable na isotopes ay ipinapakita sa fig. 12.6. Ayon sa mga hulang ito, para sa karamihan ng mga nuclei, ang kalahating buhay ay inaasahang mas mahaba kaysa sa mga naobserbahan para sa natuklasan na superheavy nuclei (0.1–1 ms). Halimbawa, ang buhay ng ~51 taon ay hinuhulaan para sa 292 Ds nucleus.
Kaya, ayon sa modernong mikroskopikong mga kalkulasyon, ang katatagan ng superheavy nuclei ay tumataas nang husto habang lumalapit ang neutron magic number N = 184. Hanggang kamakailan lamang, ang tanging isotope ng elementong Z = 112Cn (copernicium) ay ang 277Cn isotope, na may kalahating kalahati. -buhay ng 0.24 ms. Ang mas mabibigat na isotope 283 Cn ay na-synthesize sa cold fusion reaction 48 Ca + 238 U. Oras ng pag-iilaw 25 araw. Ang kabuuang bilang ng 48 Ca ion sa target ay 3.5 10 18 . Dalawang kaso ang nairehistro, na binibigyang kahulugan bilang kusang fission ng nabuong 283 Cn isotope. Ang kalahating buhay ng bagong isotope na ito ay tinatayang T 1/2 = 81 s. Kaya, makikita na ang pagtaas ng bilang ng mga neutron sa 283 Cn isotope kumpara sa 277 Cn isotope ng 6 na yunit ay nagpapataas ng buhay ng 5 order ng magnitude.
Sa fig. 12.7, na kinuha mula sa trabaho, ang mga eksperimento na sinusukat na mga panahon ng α-pagkabulok ay inihambing sa mga resulta ng mga teoretikal na kalkulasyon batay sa modelo ng pagbagsak ng likido nang hindi isinasaalang-alang ang istraktura ng shell ng nuclei. Makikita na para sa lahat ng mabibigat na nuclei, maliban sa mga magaan na isotopes ng uranium, ang mga epekto ng shell ay nagpapataas ng kalahating buhay ng 2-5 order ng magnitude para sa karamihan ng nuclei. Ang istraktura ng shell ng nucleus ay may mas malakas na impluwensya sa kalahating buhay na may kaugnayan sa spontaneous fission. Ang pagtaas sa kalahating buhay para sa Pu isotopes ay ilang mga order ng magnitude at pagtaas para sa 260 Sg isotope.

kanin. 12.7. Eksperimental na sinusukat (● exp) at theoretically nakalkula (○ Y) kalahating buhay ng mga elemento ng transuranium batay sa liquid drop model nang hindi isinasaalang-alang ang shell structure ng nucleus. Ang itaas na figure ay nagpapakita ng kalahating buhay para sa α-decay, ang mas mababang figure ay nagpapakita ng kalahating buhay para sa kusang fission.

Sa fig. Ipinapakita ng Figure 12.8 ang nasusukat na buhay ng Sg (Z = 106) seaborgium isotopes kumpara sa mga hula mula sa iba't ibang teoretikal na modelo. Kapansin-pansin na ang buhay ng isotope na may N = 164 ay bumababa ng halos isang order ng magnitude kumpara sa buhay ng isotope na may N = 162.
Ang pinakamalapit na diskarte sa isla ng katatagan ay maaaring makamit sa reaksyon 76 Ge + 208 Pb. Ang isang napakabigat na halos spherical nucleus ay maaaring mabuo sa isang fusion reaction na sinusundan ng paglabas ng γ-quanta o isang neutron. Ayon sa mga pagtatantya, ang nagreresultang nucleus 284 114 ay dapat mabulok kasama ng paglabas ng mga α-particle na may kalahating buhay na ~ 1 ms. Karagdagang impormasyon ang occupancy ng shell sa rehiyon N = 162 ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-aaral ng α-decays ng 271 Hs at 267 Sg nuclei. Ang kalahating buhay ng 1 min ay hinuhulaan para sa mga nuclei na ito. at 1 oras. Para sa nuclei 263 Sg, 262 Bh, 205 Hs, 271,273 Ds, inaasahan ang isomerism, ang sanhi nito ay ang pagpuno ng mga subshell na may j = 1/2 at j = 13/2 sa rehiyon N = 162 para sa nuclei na deformed sa estado ng lupa.

Sa fig. Ipinapakita ng Figure 12.9 ang mga eksperimento na sinusukat na mga function ng paggulo para sa pagbuo ng mga elementong Rf (Z = 104) at Hs (Z = 108) para sa mga reaksyon ng pagsasanib ng insidente 50 Ti at 56 Fe ions na may target na nucleus 208 Pb.
Ang resultang compound nucleus ay pinalamig sa pamamagitan ng paglabas ng isa o dalawang neutron. Ang impormasyon tungkol sa mga function ng paggulo ng mga reaksyon ng heavy ion fusion ay lalong mahalaga para sa pagkuha ng superheavy nuclei. Sa reaksyon ng pagsasanib ng mga mabibigat na ion, kinakailangan na tumpak na balansehin ang pagkilos ng mga puwersa ng Coulomb at ang mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw. Kung ang enerhiya ng insidente ion ay hindi sapat na malaki, kung gayon ang pinakamababang distansya ng diskarte ay hindi magiging sapat para sa pagsasama ng binary nuclear system. Kung ang enerhiya ng particle ng insidente ay masyadong mataas, kung gayon ang resultang sistema ay magkakaroon ng mataas na enerhiya ng paggulo at, na may mataas na posibilidad, ito ay mabibiyak sa mga fragment. Ang pagsasama ay epektibong nagaganap sa isang medyo makitid na hanay ng enerhiya ng nagbabanggaan na mga particle.

Fig.12.10. Scheme ng mga potensyal sa panahon ng pagsasanib ng 64 Ni at 208 Pb.

Ang mga reaksyon ng pagsasanib na may paglabas ng pinakamababang bilang ng mga neutron (1–2) ay partikular na interes, dahil sa synthesized superheavy nuclei, ito ay kanais-nais na magkaroon ng pinakamalaking N/Z ratio. Sa fig. Ipinapakita ng 12.10 ang potensyal ng pagsasanib para sa nuclei sa reaksyon 64 Ni + 208 Pb → 272 Ds. Ang pinakasimpleng mga pagtatantya ay nagpapakita na ang posibilidad ng isang tunnel effect para sa nuclear fusion ay ~10-21, na mas mababa kaysa sa naobserbahang cross section. Ito ay maaaring ipaliwanag tulad ng sumusunod. Sa layong 14 fm sa pagitan ng mga sentro ng nuclei, ang paunang kinetic energy na 236.2 MeV ay ganap na nabayaran ng potensyal ng Coulomb. Sa distansyang ito, tanging ang mga nucleon na matatagpuan sa ibabaw ng nucleus ang nakikipag-ugnayan. Ang enerhiya ng mga nucleon na ito ay maliit. Samakatuwid, may mataas na posibilidad na ang mga nucleon o pares ng mga nucleon ay umalis sa mga orbit sa isang nucleus at lumipat sa mga libreng estado ng kasosyong nucleus. Ang paglipat ng mga nucleon mula sa projectile nucleus patungo sa target na nucleus ay lalong kaakit-akit kapag ang dobleng magic lead isotope 208 Pb ay ginamit bilang target. Sa 208 Pb, ang h 11/2 proton subshell at ang h 9/2 at i 13/2 neutron subshell ay napuno. Sa una, ang paglipat ng mga proton ay pinasigla ng mga pwersang pang-akit ng proton-proton, at pagkatapos punan ang h 9/2 subshell, ng mga puwersa ng pang-akit ng proton-neutron. Katulad nito, ang mga neutron ay lumipat sa libreng subshell i 11/2 , na naaakit ng mga neutron mula sa napuno na subshell i 13/2 . Dahil sa enerhiya ng pagpapares at malaking momentum ng orbital, ang paglipat ng isang pares ng mga nucleon ay mas malamang kaysa sa paglipat ng isang solong nucleon. Matapos ang paglipat ng dalawang proton mula sa 64 Ni 208 Pb, ang Coulomb barrier ay bumababa ng 14 MeV, na nagtataguyod ng mas malapit na pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga nakikipag-ugnay na ion at ang pagpapatuloy ng proseso ng paglipat ng nucleon.
Sa mga gawa [V.V. Volkov. Mga reaksyong nuklear ng malalim na inelastic na paglipat. M. Energoizdat, 1982; V.V. Volkov. Izv. AN SSSR series fiz., 1986 v. 50 p. 1879] pinag-aralan ang mekanismo ng reaksyon ng pagsasanib nang detalyado. Ipinakita na nasa yugto na ng pagkuha, nabuo ang isang binary nuclear system pagkatapos ng kumpletong pagwawaldas ng kinetic energy ng particle ng insidente, at ang mga nucleon ng isa sa mga nuclei ay unti-unting inililipat, shell sa shell, sa isa pang nucleus. Iyon ay, ang istraktura ng shell ng nuclei ay may mahalagang papel sa pagbuo ng compound nucleus. Sa batayan ng modelong ito, posible na sapat na ilarawan ang enerhiya ng paggulo ng compound nuclei at ang cross section para sa pagbuo ng mga elemento Z = 102-112 sa mga malamig na reaksyon ng pagsasanib.
Kaya, ang pag-unlad sa synthesis ng mga elemento ng transuranium Z = 107-112 ay nauugnay sa "pagtuklas" ng mga reaksyon ng malamig na pagsasanib, kung saan ang mga magic isotopes 208Pb at 209Bi ay na-irradiated ng mga ion na may Z = 22-30. Ang nucleus na nabuo sa reaksyon ng malamig na pagsasanib ay pinainit nang mahina at lumalamig bilang resulta ng paglabas ng isang neutron. Kaya, ang mga isotopes ng mga elemento ng kemikal na may Z = 107-112 ay nakuha sa unang pagkakataon. Ang mga ito mga elemento ng kemikal ay nakuha sa panahon ng 1978–1998. sa Germany sa isang purpose-built accelerator sa GSI Research Center sa Darmstadt. Gayunpaman, ang karagdagang pag-unlad - sa mas mabibigat na nuclei - sa pamamaraang ito ay nagiging mahirap dahil sa paglaki ng potensyal na hadlang sa pagitan ng nagbabanggaan na nuclei. Samakatuwid, ang isa pang paraan para sa pagkuha ng superheavy nuclei ay ipinatupad sa Dubna. Ang pinakamabigat na isotopes ng artipisyal na nakuhang mga elemento ng kemikal na plutonium Pu (Z = 94), americium Am (Z = 95), curium Cm (Z = 96), berkelium Bk (Z = 97) at californium Cf (Z = 98) ay ginamit bilang mga target. . Ang calcium isotope 48Ca (Z = 20) ay pinili bilang pinabilis na mga ion. Ang isang schematic view ng separator at detector ng recoil nuclei ay ipinapakita sa fig. 12.11.

kanin. 12.11. Schematic view ng isang recoil separator na ginagamit para sa mga eksperimento sa synthesis ng mga superheavy na elemento sa Dubna.

Binabawasan ng magnetic separator ng recoil nuclei ang background ng mga by-product ng reaksyon sa pamamagitan ng factor na 105–107. Ang pagpaparehistro ng mga produkto ng reaksyon ay isinagawa gamit ang isang detektor ng silikon na sensitibo sa posisyon. Ang enerhiya, mga coordinate, at oras ng paglipad ng recoil nuclei ay sinusukat. Pagkatapos ng paghinto, ang lahat ng kasunod na mga senyales mula sa natukoy na mga particle ng pagkabulok ay dapat magmula sa stop point ng implanted nucleus. Ang binuo na pamamaraan ay naging posible, na may mataas na antas ng pagiging maaasahan (≈ 100%), upang magtatag ng isang koneksyon sa pagitan ng isang napakabigat na nucleus na huminto sa detektor at mga produkto ng pagkabulok nito. Gamit ang diskarteng ito, ang mga superheavy na elemento na may
Z = 110–118 (Talahanayan 12.2).
Ipinapakita ng talahanayan 12.2 ang mga katangian ng napakabigat na elemento ng kemikal na may Z = 110–118: mass number A, m ay ang pagkakaroon ng isomeric state sa isang isotope na may mass number A, spin-parity J P , nuclear binding energy Eb, specific binding energy ε , enerhiya ng paghihiwalay ng neutron B n at proton B p , kalahating buhay T 1/2 at mga pangunahing channel ng pagkabulok.
Ang mga elemento ng kemikal Z > 112 ay wala pang mga pangalan at ibinibigay sa mga tinatanggap na internasyonal na pagtatalaga.

Talahanayan 12.2

Mga katangian ng napakabigat na elemento ng kemikal Z = 110–118

XX-A-m	JP	Timbang core, MeV	E sv, MeV	ε, MeV	B n , MeV	B p , MeV	T 1/2	Mga uso sa pagkabulok
Z = 110 − darmstadt
Ds-267		248787.19	1934.5	7.2		0.7	2.8 ac	α ≈100%
Ds-268	0 +	249718.08	1943.2	7.3	8.7	1.3	100 ac	α ≈
Ds-269		250650.86	1950.0	7.2	6.8	1.3	179 ac	α 100%
Ds-270	0 +	251581.97	1958.4	7.3	8.5		0.10 ms	α ≈100%, SF< 0.20%
Ds-270-m		251583.07	1957.3	7.2			6.0 ms	α >70%, IT ≤ 30%
Ds-271		252514.72	1965.2	7.3	6.8	2.2	1.63 ms	α ≈100%
Ds-271-m		252514.72	1965.2	7.3			69 ms	IT?, α >0%
Ds-272	0 +	253446.46	1973.1	7.3	7.8	2.5	1 s	SF
Ds-273		254380.32	1978.8	7.2	5.7	2.5	0.17 ms	α ≈100%
Ds-274	0 +	255312.45	1986.2	7.2	7.4	3.0	2 s	α?, SF?
Ds-275		256246.44	1991.8	7.2	5.6	2.9	2 s	α?
Ds-276	0 +	257178.73	1999.1	7.2	7.3	3.2	5 s	SF?, α?
Ds-277		258112.63	2004.7	7.2	5.7	3.1	5 s	α?
Ds-278	0 +	259044.92	2012.0	7.2	7.3		10 s	SF?, α?
Ds-279		259978.62	2017.9	7.2	5.9		0.18 s	SF ≈90%, α ≈10%
Ds-281		261844.60	2031.0	7.2			9.6 s	SF ≈100%
Z \u003d 111 - roentgen
Rg-272		253452.75	1965.5	7.2		0.2	3.8ms	α ≈100%
Rg-273		254384.34	1973.5	7.2	8.0	0.4	5 ms	α?
Rg-274		255317.74	1979.6	7.2	6.2	0.9	6.4 ms	α ≈100%
Rg-275		256249.53	1987.4	7.2	7.8	1.2	10 ms	α?
Rg-276		257183.22	1993.3	7.2	5.9	1.5	100ms	SF?, α?
Rg-277		258115.72	2000.4	7.2	7.1	1.3	1 s	α?, SF?
Rg-278		259049.11	2006.5	7.2	6.2	1.8	4.2ms	α ≈100%, SF
Rg-279		259981.41	2013.8	7.2	7.3	1.8	0.17 s	α ≈100%
Rg-280		260914.80	2020.0	7.2	6.2	2.1	3.6 s	α ≈100%
Rg-281		261847.09	2027.2	7.2	7.3		1m	α?, SF?
Rg-282		262780.59	2033.3	7.2	6.1	2.3	4 m	SF?, α?
Rg-283		263712.98	2040.5	7.2	7.2		10 m	SF?, α?
Z = 112 − Copernicus
cn-277		258119.32	1995.5	7.2		2.2	0.69 ms	α ≈100%
cn-278	0 +	259051.20	2003.1	7.2	7.7	2.8	10 ms	SF?, α?
cn-279		259984.69	2009.2	7.2	6.1	2.7	0.1 s	SF?, α?
cn-280	0 +	260916.69	2016.8	7.2	7.6	3.0	1 s	α?, SF?
cn-282	0 +	262782.18	2030.4	7.2		3.2	0.50 ms	SF ≈100%
cn-283		263715.57	2036.6	7.2	6.2	3.3	4.0 s	α ≥90%, SF ≤10%
cn-284	0 +	264647.66	2044.1	7.2	7.5	3.6	101 ms	SF ≈100%
cn-285		265580.76	2050.5	7.2	6.5		34 s	α ≈100%
Z = 113
Uut-278							0.24 ms	α 100%
Uut-283		263719.46	2031.4	7.2		1.0	100ms	α 100%
Uut-284		264652.45	2038.0	7.2	6.6	1.4	0.48 s	α ≈100%
Uut-285		265584.55	2045.5	7.2	7.5	1.4	2 m	α?, SF?
Uut-286		266517.64	2051.9	7.2	6.5	1.4	5 m	α?, SF?
Uut-287		267449.64	2059.5	7.2	7.6		20 m	α?, SF?
Z = 114
Uuq-286	0 +	266520.33	2048.0	7.2		2.5	0.16 s	SF ≈60%, α ≈40%
Uuq-287		267453.42	2054.4	7.2	6.5	2.5	0.51 s	α ≈100%
Uuq-288	0 +	268385.02	2062.4	7.2	8.0	2.9	0.80 s	α ≈100%
Uuq-289		269317.91	2069.1	7.2	6.7		2.7 s	α ≈100%
Z = 115
Uup-287		267458.11	2048.4	7.1		0.5	32ms	α 100%
Uup-288		268390.81	2055.3	7.1	6.9	0.9	87 ms	α 100%
Uup-289		269322.50	2063.2	7.1	7.9	0.8	10 s	SF?, α?
Uup-290		270255.30	2070.0	7.1	6.8	0.9	10 s	SF?, α?
Uup-291		271187.09	2077.7	7.1	7.8		1m	α?, SF?
Z = 116
Uuh-290	0 +	270258.98	2065.0	7.1		1.8	15 ms	α ≈100%
Uuh-291		271191.78	2071.7	7.1	6.8	1.8	6.3ms	α 100%
Uuh-292	0 +	272123.07	2080.0	7.1	8.3	2.3	18ms	α ≈100%
Uuh-293							53ms	α ≈100%
Z = 117
Uus-291		271197.37	2064.9	7.1		-0.1	10 ms	SF?, α?
Uus-292		272129.76	2072.0	7.1	7.2	0.3	50ms	SF?, α?
Z = 118
Uuo-294	0 +						1.8ms	α ≈100%

Sa fig. Ipinapakita ng 12.12 ang lahat ng kilalang pinakamabibigat na isotopes na may Z = 110–118, na nakuha sa mga reaksyon ng pagsasanib, na nagpapahiwatig ng nasusukat na kalahating buhay sa eksperimento. Ang teoretikal na hinulaang posisyon ng isla ng katatagan (Z = 114, N = 184) ay ipinapakita din dito.

kanin. 12.12. N-Z diagram ng mga elemento Z = 110–118.

Ang mga resulta na nakuha ay hindi malinaw na nagpapahiwatig ng pagtaas sa katatagan ng mga isotopes kapag papalapit sa isang dobleng magic nucleus (Z = 114, N = 184). Ang pagdaragdag ng 7–8 neutron sa nuclei na may Z = 110 at 112 ay nagpapataas ng kalahating buhay mula 2.8 bilang (Ds-267) hanggang ≈ 10 s (Ds-168, Ds 271). Ang kalahating buhay na T 1/2 (272 Rg, 273 Rg) ≈ 4–5 ms ay tumataas sa T 1/2 (283 Rg) ≈ 10 min. Ang pinakamabigat na isotopes ng mga elementong Z = 110–112 ay naglalaman ng ≈ 170 neutron, na malayo pa rin sa magic number na N = 184. Ang lahat ng pinakamabigat na isotopes na may Z > 111 at N > 172 ay nabubulok na pangunahin bilang resulta ng
Ang α-decay, ang spontaneous fission ay isang mas bihirang pagkabulok. Ang mga resultang ito ay nasa mabuting pagsang-ayon sa mga teoretikal na hula.
sa Laboratory of Nuclear Reactions. G.N. Na-synthesize ang Flerov (Dubna), isang elemento na may Z = 114. Ginamit ang reaksyon

Ang pagkakakilanlan ng 289 114 nucleus ay isinagawa sa pamamagitan ng isang chain ng α-decays. Pang-eksperimentong pagtatantya ng kalahating buhay ng isotope 289 114 ~30 s. Ang resulta na nakuha ay mahusay na kasunduan sa mga nakaraang kalkulasyon.
Sa panahon ng synthesis ng elemento 114 sa reaksyon 48 Cu + 244 Pu, ang pinakamataas na ani ng isotopes na may Z = 114 ay naobserbahan sa isang channel na may pagsingaw ng tatlong neutron. Sa kasong ito, ang enerhiya ng paggulo ng compound nucleus 289 114 ay 35 MeV.
Ang theoretically predicted sequence of decays na nagaganap sa 296 116 nucleus, na nabuo sa reaksyon na 248 Cm + 48 Ca → 296 116, ay ipinapakita sa Fig. 12.13

kanin. 12.13. Scheme ng pagkabulok ng nucleus 296 116.

Ang isotope 296 116 ay lumalamig bilang resulta ng paglabas ng apat na neutron at nagiging isotope 292 116, na pagkatapos ay may 5% na posibilidad, bilang resulta ng dalawang magkasunod na e-capture, ay nagiging isotope 292 114. Bilang resulta ng α-decay (T 1/2 = 85 araw ) ang 292 114 isotope ay na-convert sa 288 112 isotope. Ang pagbuo ng 288 112 isotope ay nangyayari rin sa pamamagitan ng channel

Ang huling nucleus 288 112, na nabuo bilang isang resulta ng parehong mga kadena, ay may kalahating buhay na humigit-kumulang 1 oras at nabubulok bilang resulta ng kusang fission. Sa humigit-kumulang 10% na posibilidad, bilang resulta ng α-decay ng 288 114 isotope, ang 284 112 isotope ay maaaring mabuo. Ang mga panahon ng pagkabulok sa itaas at mga channel ay nakuha sa pamamagitan ng pagkalkula.
Sa fig. Ang 12.14 ay nagpapakita ng isang chain ng sunud-sunod na α-decays ng isotope 288 115, na sinusukat sa mga eksperimento sa Dubna. Ang ER ay ang enerhiya ng isang recoil nucleus na itinanim sa isang detektor ng silikon na sensitibo sa posisyon. Ang isang mahusay na kasunduan ay maaaring mapansin sa kalahating buhay at enerhiya ng α-decays sa tatlong mga eksperimento, na nagpapahiwatig ng pagiging maaasahan ng pamamaraan para sa pagtukoy ng mga superheavy na elemento gamit ang mga sukat ng spectra ng α-particle.

kanin. 12.14. Isang chain ng sunud-sunod na α-decays ng isotope 288 115, na sinusukat sa mga eksperimento sa Dubna.

Ang pinakamabigat na elementong ginawa ng laboratoryo na may Z = 118 ay na-synthesize sa reaksyon

48Ca + 249Cf → 294 118 + 3n.

Sa isang enerhiya ng ion malapit sa hadlang ng Coulomb, tatlong kaso ng pagbuo ng elemento 118 ang naobserbahan. Ang 294 118 nuclei ay itinanim sa isang silicon detector at isang kadena ng sunud-sunod na pagkabulok ng α ay naobserbahan. Ang cross section para sa paggawa ng elemento 118 ay ~2 picobarns. Ang kalahating buhay ng 293 118 isotope ay 120 ms.
Sa fig. Ipinapakita ng 12.15 ang theoretically kalkuladong chain ng sunud-sunod na α-decays ng 293 118 isotope at ipinapakita ang kalahating buhay ng nuclei ng anak na babae na nabuo bilang resulta ng α-decays.

kanin. 12.15. Isang chain ng sunud-sunod na α-decays ng isotope 293 118.
Ang ibig sabihin ng mga tagal ng buhay ng nuclei ng anak na babae na ginawa bilang resulta ng α-decays ay ibinibigay.

Kapag sinusuri ang iba't ibang mga posibilidad para sa pagbuo ng mga superheavy na elemento sa mga reaksyon na may mabibigat na ion, ang mga sumusunod na pangyayari ay dapat isaalang-alang.

1. Kinakailangang lumikha ng isang nucleus na may sapat na malaking ratio ng bilang ng mga neutron sa bilang ng mga proton. Samakatuwid, ang mga mabibigat na ion na may malaking N/Z ay dapat piliin bilang particle ng insidente.
2. Kinakailangan na ang nagreresultang compound nucleus ay may mababang enerhiya ng paggulo at isang maliit na halaga ng angular momentum, dahil kung hindi ay bababa ang epektibong taas ng fission barrier.
3. Kinakailangan na ang resultang nucleus ay may hugis na malapit sa spherical, dahil kahit na isang bahagyang pagpapapangit ay hahantong sa mabilis na fission ng superheavy nucleus.

Ang isang napaka-promising na paraan para sa pagkuha ng superheavy nuclei ay ang mga reaksyon ng uri 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es. Sa fig. Ipinapakita ng 12.16 ang tinantyang mga cross section para sa pagbuo ng mga elemento ng transuranium sa pag-iilaw ng mga target mula 248 Cm, 249 Cf at 254 Es na may pinabilis na 238 U ion. Sa mga reaksyong ito, nakuha na ang mga unang resulta sa mga cross section para sa pagbuo ng mga elemento na may Z > 100. Upang mapataas ang mga ani ng mga pinag-aralan na reaksyon, pinili ang mga kapal ng mga target sa paraang nanatili ang mga produkto ng reaksyon. sa target. Pagkatapos ng pag-iilaw, ang mga indibidwal na elemento ng kemikal ay pinaghiwalay mula sa target. Sa mga sample na nakuha, ang mga produkto ng α-decay at fission fragment ay nakarehistro sa loob ng ilang buwan. Ang data na nakuha gamit ang pinabilis na mga uranium ions ay malinaw na nagpapahiwatig ng pagtaas sa ani ng mabibigat na elemento ng transuranium kumpara sa mas magaan na mga bombarding ions. Ang katotohanang ito ay lubhang mahalaga para sa paglutas ng problema ng synthesis ng superheavy nuclei. Sa kabila ng mga kahirapan sa pagtatrabaho sa kaukulang mga target, ang mga pagtataya para sa paglipat patungo sa malaking Z ay mukhang optimistiko.

kanin. 12.16. Mga pagtatantya ng mga cross section para sa pagbuo ng mga elemento ng transuranium sa mga reaksyon ng 238 U na may 248 Cm, 249 Cf, at 254 Es

Umunlad sa rehiyon ng superheavy nuclei in mga nakaraang taon naging stunningly impressive. Gayunpaman, ang lahat ng mga pagtatangka upang matuklasan ang Isla ng Katatagan ay hanggang ngayon ay hindi matagumpay. Ang paghahanap sa kanya ay patuloy na masinsinan.
Ang istraktura ng shell ng atomic nuclei ay gumaganap mahalagang papel sa pagtaas ng katatagan ng superheavy nuclei. Ang mga magic number na Z ≈ 114 at N ≈ 184, kung talagang umiiral ang mga ito, ay maaaring humantong sa isang makabuluhang pagtaas sa katatagan ng atomic nuclei. Mahalaga rin na ang pagkabulok ng superheavy nuclei ay magaganap bilang resulta ng α-decay, na mahalaga para sa pagbuo ng mga eksperimentong pamamaraan para sa pag-detect at pagtukoy ng bagong superheavy nuclei.

Sa pagtatapos ng ikalawang milenyo, ang Academician na si Vitaly Lazarevich Ginzburg ay nagtipon ng isang listahan ng tatlumpung problema sa physics at astrophysics na itinuturing niyang pinakamahalaga at kawili-wili (tingnan ang "Science and Life" No. 11, 1999). Sa listahang ito, sa ilalim ng numero 13, ang problema sa paghahanap ng mga superheavy na elemento ay ipinahiwatig. Pagkatapos, 12 taon na ang nakalilipas, nabanggit ng akademya na may kalungkutan na "ang pagkakaroon ng mahabang buhay (pinag-uusapan natin ang tungkol sa milyun-milyong taon) transuranium nuclei sa cosmic ray ay hindi pa nakumpirma." Ngayon, ang mga bakas ng naturang nuclei ay natuklasan. Nagbibigay ito ng pag-asa na sa wakas ay matuklasan ang Isla ng Katatagan ng napakabigat na nuclei, ang pagkakaroon nito ay minsang hinulaang ng nuclear physicist na si Georgy Nikolaevich Flerov.

Ang tanong ay kung may mga elementong mas mabigat kaysa sa uranium-92 (238 U ang matatag na isotope nito), sa mahabang panahon nanatiling bukas, dahil hindi sila naobserbahan sa kalikasan. Ito ay pinaniniwalaan na matatag na elemento na may atomic number na higit sa 180 no: malakas positibong singil sisirain ng nuclei ang mga panloob na antas ng mga electron ng mabigat na atom. Gayunpaman, sa lalong madaling panahon naging malinaw na ang katatagan ng isang elemento ay tinutukoy ng katatagan ng core nito, hindi ang shell nito. Ang mga nuclei na may pantay na bilang ng mga proton Z at mga neutron N ay matatag, kung saan ang mga nuclei na may tinatawag na magic number ng mga proton o neutrons - 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 - ay, halimbawa, lata, nangunguna. At ang pinaka-matatag ay ang "double magic nuclei", kung saan ang bilang ng parehong mga neutron at proton ay magic, halimbawa, helium at calcium. Ganito ang lead isotope 208 Pb: mayroon itong Z = 82, N = 126. Ang katatagan ng isang elemento ay lubos na nakadepende sa ratio ng bilang ng mga proton at neutron sa nucleus nito. Halimbawa, ang tingga na may 126 neutron ay matatag, habang ang isa pang isotope nito, na may isa pang neutron sa nucleus, ay nabubulok sa loob ng higit sa tatlong oras. Ngunit, nabanggit ni V. L. Ginzburg, hinuhulaan ng teorya na ang isang tiyak na elemento X na may bilang ng mga proton Z = 114 at neutrons N = 184, iyon ay, na may mass atomic number na A = Z + N = 298, ay dapat mabuhay ng halos 100 milyon. taon.

Ngayon, maraming elemento ang artipisyal na nakuha hanggang sa ika-118 kasama - 254 Uuo. Ito ang pinakamabigat na di-metal, marahil ay isang hindi gumagalaw na gas; ang mga kondisyonal na pangalan nito ay ununoctia (ito ay nabuo mula sa mga ugat ng Latin numeral - 1, 1, 8), eka-radon at moscovium Mw. Ang lahat ng mga artipisyal na elemento ay dating umiral sa Earth, ngunit nagkawatak-watak sa paglipas ng panahon. Halimbawa, ang plutonium-94 ay may 16 isotopes, at 244 Pu lamang ang may kalahating buhay T ½ = 7.6 10 7 taon; Ang neptunium-93 ay may 12 isotopes at 237 Np ay may T ½ = 2.14 10 6 na taon. Ang pinakamahabang kalahating buhay na ito sa lahat ng isotopes ng mga elementong ito ay mas mababa kaysa sa edad ng Earth - (4.5–5.5)·10 9 . Ang hindi gaanong mga bakas ng neptunium, na matatagpuan sa uranium ores, ay mga produkto ng nuclear reactions sa ilalim ng pagkilos ng cosmic radiation neutrons at spontaneous fission ng uranium, at ang plutonium ay bunga ng beta decay ng neptunium-239.

Ang mga elemento na nawala sa panahon ng pagkakaroon ng Earth ay nakuha sa dalawang paraan. Una, ang isang dagdag na neutron ay maaaring itaboy sa nucleus ng isang mabigat na elemento. Doon ito sumasailalim sa beta decay, na bumubuo ng isang proton, isang electron at isang electron antineutrino: n 0 → p + e - + v e . Ang singil ng nucleus ay tataas ng isa - isang bagong elemento ang lilitaw. Ito ay kung paano nakuha ang mga artipisyal na elemento hanggang sa fermium-100 (ang isotope nito 257 Fm ay may kalahating buhay na 100 taon).

Kahit na ang mas mabibigat na elemento ay nilikha sa mga accelerator na nagpapabilis at nagbabangga sa nuclei, halimbawa, ginto (tingnan ang "Science and Life" No. 6, 1997). Ito ay eksakto kung paano nakuha ang ika-117 at ika-118 na elemento sa Laboratory of Nuclear Reactions ng Joint Institute for Nuclear Research (JINR, Dubna). Bukod dito, hinuhulaan ng teorya na ang matatag na superheavy nuclei ay dapat umiral nang higit pa sa kasalukuyang kilalang mabibigat na radioactive na elemento. Inilarawan ng pisikong Ruso na si G. N. Flerov ang sistema ng mga elemento bilang isang simbolikong kapuluan, kung saan ang mga matatag na elemento ay napapaligiran ng isang dagat ng mga panandaliang isotopes na maaaring hindi kailanman matuklasan. Sa pangunahing isla ng kapuluan tumaas ang mga taluktok ng mga pinaka-matatag na elemento - Calcium, Tin at Lead, sa kabila ng Strait of Radioactivity ay matatagpuan ang isla ng Heavy nuclei na may mga taluktok ng Uranus, Neptunium at Plutonium. At kahit na mas malayo ay dapat na matatagpuan Mahiwagang Isla Ang katatagan ng mga superheavy na elemento, tulad ng nabanggit na - X-298.

Sa kabila ng lahat ng tagumpay ng eksperimental at teoretikal na pisika, ang tanong ay nananatiling bukas: umiiral ba ang mga superheavy na elemento sa kalikasan, o ang mga ito ay puro artipisyal, gawa ng tao na mga sangkap, katulad ng mga sintetikong materyales - nylon, nylon, lavsan - hindi kailanman nilikha ng kalikasan?

May mga kondisyon para sa pagbuo ng mga naturang elemento sa kalikasan. Nilikha ang mga ito sa kalaliman ng mga pulsar at sa mga pagsabog ng supernovae. Ang mga flux ng neutron sa kanila ay umaabot sa isang malaking density - 10 38 n 0 /m 2 at may kakayahang makabuo ng superheavy nuclei. Nagkalat sila sa espasyo sa isang stream ng intergalactic cosmic rays, ngunit ang kanilang proporsyon ay napakaliit - ilang mga particle lamang bawat metro kuwadrado bawat taon. Samakatuwid, lumitaw ang ideya na gumamit ng isang natural na detector-accumulator ng cosmic radiation, kung saan ang napakabigat na nuclei ay dapat mag-iwan ng isang tiyak, madaling makikilalang bakas. Ang mga meteorite ay matagumpay na nagsilbi bilang mga naturang detector.

Isang meteorite - isang piraso ng bato na napunit mula sa inang planeta ng isang uri ng kosmikong sakuna - ay naglalakbay sa kalawakan sa daan-daang milyong taon. Ito ay patuloy na "kinabibilangan" ng mga cosmic ray, na 90% hydrogen nuclei (protons), 7% helium nuclei (dalawang proton) at 1% electron. Ang natitirang 2% ay iba pang mga particle, kung saan maaaring mayroong superheavy nuclei.

Mga mananaliksik mula sa Physics Institute. P. N. Lebedev (FIAN) at ang Institute of Geochemistry at Analytical Chemistry. Ang V. I. Vernadsky (GEOKHI RAS) ay nag-aaral ng dalawang pallasite - iron-nickel meteorites interspersed with olivine (isang grupo ng translucent minerals kung saan ang Mg 2, (Mg, Fe) 2 at (Mn, Fe) 2 ay nakakabit sa silicon dioxide SiO 4 sa magkaibang proporsyon; ang transparent na olivine ay tinatawag na chrysolite). Ang edad ng mga meteorite na ito ay 185 at 300 milyong taon.

Ang mabigat na nuclei, na lumilipad sa isang olivine na kristal, ay nakakasira sa sala-sala nito, na iniiwan ang kanilang mga bakas dito - mga track. Sila ay makikita pagkatapos ng kemikal na paggamot ng kristal - pag-ukit. At dahil ang olivine ay translucent, ang mga track na ito ay maaaring obserbahan at pag-aralan sa ilalim ng mikroskopyo. Ang kapal ng track, ang haba at hugis nito ay maaaring gamitin upang hatulan ang singil at atomic mass ng nucleus. Ang pananaliksik ay lubos na kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga olivine na kristal ay may mga sukat ng pagkakasunud-sunod ng ilang milimetro, at ang track ng isang mabigat na butil ay mas mahaba. Samakatuwid, ang magnitude ng singil nito ay kailangang hatulan mula sa hindi direktang data - ang rate ng pag-ukit, pagbaba sa kapal ng track, atbp.

Ang trabaho upang makahanap ng mga bakas ng napakabigat na particle mula sa isla ng katatagan ay tinawag na "Project Olympia". Sa loob ng balangkas ng proyektong ito, nakuha ang impormasyon sa humigit-kumulang anim na libong nuclei na may singil na higit sa 55 at tatlong ultra-heavy nuclei, na ang mga singil ay nasa saklaw mula 105 hanggang 130. Lahat ng mga katangian ng mga track ng mga nuclei na ito ay sinusukat sa pamamagitan ng isang complex ng high-precision na kagamitan na ginawa sa FIAN. Awtomatikong kinikilala ng complex ang mga track, tinutukoy ang kanilang mga geometric na parameter at, sa pag-extrapolate sa data ng pagsukat, hinahanap ang tinantyang haba ng track bago ito huminto sa olivine mass (tandaan na ang tunay na sukat ng kristal nito ay ilang milimetro).

Kinukumpirma ng nakuhang mga resultang pang-eksperimento ang katotohanan ng pagkakaroon ng mga matatag na superheavy na elemento sa kalikasan.

Isinagawa ang gawain sa Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR) na pinangalanang V.I. G.N. Flerov ng Dubna Joint Institute for Nuclear Research (JINR) na matagumpay. Ang mga katangian ng ika-117 at dati nang na-synthesize na elemento N 112-116 at 118 sa Dubna ay direktang katibayan ng pagkakaroon ng tinatawag na "isla ng katatagan" ng mga napakabigat na elemento, na hinulaan ng mga teorista noong 60s ng huling siglo at makabuluhang pagpapalawak ng mga limitasyon ng periodic table. Ang mga editor ng Izvestiya ay ipinaalam tungkol sa natatanging eksperimento noong Marso ng pinuno ng FLNR, Academician Yuri Oganesyan, ngunit nagbigay lamang siya ng pahintulot para sa paglalathala ngayon. Ang akademikong si Yury Oganesyan, ang may-akda ng pagtuklas, ay nagsabi sa tagamasid na si Petr Obraztsov tungkol sa kakanyahan ng eksperimento.

Izvestiya: Ano ang naging sanhi ng interes ng mga siyentipiko sa synthesis ng mga superheavy na elemento, na umiiral sa isang maliit na panahon?

yuri oganesyan: Matapos ang pagtuklas noong 1940-1941 ng mga unang artipisyal na elemento - neptunium at plutonium - ang tanong ng mga limitasyon ng pagkakaroon ng mga elemento ay naging lubhang kawili-wili para sa pangunahing agham ng istraktura ng bagay. Sa pagtatapos ng huling siglo, 17 artipisyal na elemento ang natuklasan at napag-alaman na ang kanilang nuclear stability ay bumababa nang husto sa pagtaas ng atomic number. Sa paglipat mula sa ika-92 na elemento - uranium - hanggang sa ika-102 na elemento - nobelium, ang kalahating buhay ng nucleus ay bumababa ng 16 na order ng magnitude: mula 4.5 bilyong taon hanggang ilang segundo. Samakatuwid, pinaniniwalaan na ang pagsulong sa rehiyon ng mas mabibigat na elemento ay hahantong sa limitasyon ng kanilang pag-iral, sa esensya, ay markahan ang limitasyon ng pagkakaroon ng materyal na mundo. Gayunpaman, noong kalagitnaan ng 1960s, ang mga teorista ay hindi inaasahang naglagay ng hypothesis tungkol sa posibleng pagkakaroon ng superheavy atomic nuclei. Ayon sa mga kalkulasyon, ang buhay ng nuclei na may mga atomic number na 110-120 ay dapat na tumaas nang malaki habang ang bilang ng mga neutron sa mga ito ay tumaas. Ayon sa mga bagong ideya, bumubuo sila ng isang malawak na "isla ng katatagan" ng mga napakabigat na elemento, na makabuluhang nagpapalawak ng mga hangganan ng talahanayan ng mga elemento.
Q: Nakumpirma na ba ito sa eksperimentong paraan?

Oganesyan: Noong 1975-1996, nagawang imbestigahan ng mga physicist mula sa Dubna, Darmstadt (GSI, Germany), Tokyo (RIKEN) at Berkeley (LBNL, USA) ang mga reaksyong ito at nag-synthesize ng anim na bagong elemento. Ang pinakamabigat na elemento 109-112 ay nakuha sa unang pagkakataon sa GSI at naulit sa RIKEN. Ngunit ang kalahating buhay ng pinakamabibigat na nuclei na ginawa sa mga reaksyong ito ay sampu-sa-libo o kahit na ikasalibo ng isang segundo. Ang hypothesis ng pagkakaroon ng mga superheavy na elemento ay unang nakumpirma sa eksperimento sa Dubna, sa pananaliksik na isinagawa ng aming grupo sa pakikipagtulungan ng mga siyentipiko mula sa National Laboratory. Lawrence sa Livermore (USA). Nagtagumpay kami sa radikal na pagbabago ng diskarte sa synthesis ng superheavy nuclei, halimbawa, sa pamamagitan ng pagbomba sa isang target na gawa sa artificial element berkelium (N 97) na may projectile beam mula sa isang napakabihirang at mahal na isotope ng calcium (N 20) na may isang mass ng 48. Kapag ang nuclei ay pinagsama, ang elementong N 117 (97 + 20 = 117). Ang mga resulta ay lumampas kahit na ang pinaka-maaasahan na mga inaasahan. Noong 2000-2004, halos sa loob ng limang taon, ito ay sa gayong mga reaksyon na ang mga superheavy na elemento na may mga atomic number na 114, 116 at 118 ay unang na-synthesize.

at: At anong uri ng siyentipikong kontribusyon ang ginawa ng mga siyentipikong Amerikano?

Oganesyan: Sa isang nuclear reaction na may calcium beam, ang ika-117 na elemento ay maaari lamang makuha gamit ang isang target na gawa sa artificial element berkelium. Ang kalahating buhay ng isotope na ito ay 320 araw lamang. Dahil sa maikling buhay, ang produksyon ng berkelium sa kinakailangang halaga (20-30 milligrams) ay dapat isagawa sa isang reaktor na may napakataas na neutron flux density. Tanging ang isotope reactor sa US National Laboratory sa Oak Ridge ang makakahawak ng ganoong gawain. Sa pamamagitan ng paraan, ito ay sa laboratoryo na ang plutonium ay unang ginawa para sa mga Amerikano bomba atomika. Dahil mula sa sandali ng paggawa ng berkelium ang dami nito ay bumababa ng kalahati sa 320 araw, kinakailangan na isagawa ang lahat ng gawain sa isang mataas na bilis. At hindi lamang sa mga laboratoryo, kundi pati na rin sa mga opisyal na istruktura ng Russia at Estados Unidos na may kaugnayan sa sertipikasyon ng isang hindi pangkaraniwang materyal, ang transportasyon ng isang mataas na radioactive na produkto sa pamamagitan ng lupa at hangin, kaligtasan, at iba pa.

at: Karapat-dapat sa isang kuwento ng pakikipagsapalaran. At ano ang sumunod na nangyari?

Oganesyan: Sa simula ng Hunyo 2009, dumating ang lalagyan sa Moscow. Ang isang target sa anyo ng thinnest layer ng berkelium (300 nanometer) na idineposito sa isang manipis na titanium foil ay gawa mula sa sangkap na ito sa Research Institute of Atomic Reactors (Dimitrovgrad); noong Hulyo ang target ay naihatid sa Dubna. Sa sandaling ito sa FLNR lahat gawaing paghahanda ay nakumpleto, at ang tuluy-tuloy na pag-iilaw ng target na may matinding calcium beam ay nagsimula. Nasa unang pag-iilaw ng target, na tumatagal ng 70 araw, kami ay mapalad: ang mga detektor ay nakarehistro sa pattern ng pagbuo at pagkabulok ng nuclei ng ika-117 na elemento ng limang beses. Gaya ng inaasahan, ang nuclei ng elementong ito ay nagbago sa nuclei ng ika-115 na elemento, ang ika-115 na elemento ay naging ika-113, at pagkatapos ay ang ika-113 na elemento ay naging ika-111. At ang elemento 111 ay nabulok na may kalahating buhay na 26 segundo. Sa isang nuclear scale, ito ay isang malaking oras! Ngayon ang periodic table ay napunan na ng isa pa sa pinakamabibigat na elemento na may atomic number na 117.

at: Natural, ang aming mga mambabasa ay magiging interesado sa kung ano praktikal na gamit maaaring magkaroon ng iyong natuklasan.

Oganesyan: Ngayon, siyempre, wala, dahil iilan lamang ang mga atomo ng elementong N 117. Mula sa isang pundamental na pananaw, ang mga ideya tungkol sa ating mundo ay dapat na ngayong magbago nang malaki. Bukod dito, kung ang mga elemento na may malaking kalahating buhay ay na-synthesize, kung gayon posible na mayroon din sila sa kalikasan at maaaring "mabuhay" hanggang sa ating panahon mula noong nabuo ang Earth - 4.5 bilyong taon. At nagsasagawa kami ng mga eksperimento upang hanapin ang mga ito, ang aming pag-install ay matatagpuan sa kailaliman ng mga bundok ng Alpine.

at: Isang tanong mula sa ibang eroplano. Sa iyong palagay, bakit hindi napansin ang halatang pag-unlad sa nuclear physics sa nakalipas na 20 taon Mga Premyong Nobel?

Oganesyan: Malaki ang Physics. Tila, ang iba pang mga lugar ng agham na ito ay mas kawili-wili para sa mga miyembro ng Komite ng Nobel. At mayroon talagang maraming karapat-dapat na mga siyentipiko. Siyanga pala, dapat kong pangalanan ang mga kalahok sa aming eksperimento: Oak Ridge National Laboratory (Prof. James Roberto), Unibersidad. Vanderbilt (Prof. Joseph Hamilton), National Laboratory. Lawrence sa Livermore (Dawn Shaughnessy), Research Institute of Atomic Reactors, Dimitrovgrad (Mikhail Ryabinin) at ang Laboratory of Nuclear Reactions ng JINR (pinununahan ni Yuri Oganesyan).

Mula sa editor. Pansamantala, ang elementong N 117 ay tatawaging "one-one-seven" sa Latin, iyon ay, ununseptium. Ang grupo ng akademya na si Yuri Oganesyan - ang mga may-akda ng pagtuklas - ay may karapatan na ibigay ang tunay na pangalan sa elementong ito, gayundin sa mga elementong N 114-116 at 118 na natuklasan nila. Sa "Linggo" ng Marso 26, inanyayahan namin mga mambabasa na magsumite ng kanilang mga panukala para sa pangalan ng "aming" mga elemento. Sa ngayon, ang "kurchatovy" lamang para sa isa sa mga elementong ito ay tila makatwiran. Patuloy ang kompetisyon.

Una, isang artikulo tungkol sa kung ano ang "isla ng katatagan".

Isla ng katatagan: Ang mga siyentipikong nukleyar ng Russia ay nangunguna sa karera

Ang synthesis ng mga superheavy na elemento na bumubuo sa tinatawag na "isla ng katatagan" ay isang ambisyosong gawain ng modernong pisika, kung saan ang mga siyentipikong Ruso ay nangunguna sa iba pang bahagi ng mundo.

Noong Hunyo 3, 2011, opisyal na kinilala ng isang ekspertong komisyon, na kinabibilangan ng mga espesyalista mula sa International Unions of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) and Physics (IUPAP), ang pagtuklas ng ika-114 at ika-116 na elemento ng periodic table. Ang priority sa pagtuklas ay ibinigay sa isang grupo ng mga physicist na pinamumunuan ng Academician ng Russian Academy of Sciences na si Yuri Oganesyan mula sa Joint Institute for Nuclear Research sa tulong ng mga kasamahan sa Amerika mula sa Livero Sea National Laboratory. Lawrence.

Academician ng Russian Academy of Sciences Yury Oganesyan, Pinuno ng Laboratory of Nuclear Reactions sa JINR

Ang mga bagong elemento ay ang pinakamabigat sa mga kasama sa periodic table Mendeleev, at natanggap ang pansamantalang mga pangalan ng ununquidia at unungexia, na nabuo ayon sa serial number sa talahanayan. Iminungkahi ng mga physicist ng Russia na pangalanan ang mga elemento bilang "flerovium" bilang parangal kay Georgy Flerov, isang nuclear physicist ng Sobyet, isang espesyalista sa larangan ng nuclear fission at ang synthesis ng mga bagong elemento, at "moscovium" bilang parangal sa rehiyon ng Moscow. Bilang karagdagan sa ika-114 at ika-116 na elemento, ang mga elemento ng kemikal na may mga serial number na 104, 113, 115, 117 at 118 ay dati nang na-synthesize sa JINR. At ang ika-105 na elemento ng talahanayan bilang parangal sa pagkilala sa kontribusyon ng mga physicist ng Dubna sa modernong agham binigyan ng pangalang "dubny".

Mga elementong hindi matatagpuan sa kalikasan

Sa kasalukuyan, ang buong mundo sa paligid natin ay binubuo ng 83 elemento ng kemikal, mula sa hydrogen (Z=1, Z ang bilang ng mga proton sa nucleus) hanggang sa uranium (Z=92), na ang buhay ay mas mahaba kaysa sa buhay ng solar system. (4.5 bilyong taon) . Ang mas mabibigat na elemento na lumitaw sa panahon ng nucleosynthesis sa ilang sandali pagkatapos ng Big Bang ay nabulok na at hindi nakaligtas hanggang sa araw na ito. Ang uranium, na may kalahating buhay na humigit-kumulang 4.5×10 8 taon, ay mabubulok pa rin at magiging radioactive. Gayunpaman, sa kalagitnaan ng huling siglo, natutunan ng mga mananaliksik kung paano makakuha ng mga elemento na hindi matatagpuan sa kalikasan. Ang isang halimbawa ng naturang elemento ay ang ginawa sa mga nuclear reactor plutonium (Z=94), na ginawa sa daan-daang tonelada at isa sa pinakamakapangyarihang pinagmumulan ng enerhiya. Ang kalahating buhay ng plutonium ay higit na maikli kaysa sa uranium, ngunit sapat pa rin upang magmungkahi ng posibilidad ng mas mabibigat na elemento ng kemikal. Ang konsepto ng isang atom, na binubuo ng isang nucleus na nagdadala ng positibong singil at ang pangunahing masa, at mga orbital ng elektron, ay nagmumungkahi ng posibilidad ng pagkakaroon ng mga elemento na may serial number hanggang Z=170. Ngunit sa katunayan, dahil sa kawalang-tatag ng mga prosesong nagaganap sa core mismo, ang hangganan ng pagkakaroon ng mabibigat na elemento ay nakabalangkas nang mas maaga. Sa kalikasan, ang mga matatag na pormasyon (nuclei ng mga elemento na binubuo ng ibang bilang ng mga proton at neutron) ay matatagpuan lamang hanggang sa lead at bismuth, na sinusundan ng isang maliit na peninsula, kabilang ang thorium at uranium na matatagpuan sa Earth. Ngunit sa sandaling ang ordinal na bilang ng isang elemento ay lumampas sa bilang ng uranium, ang buhay nito ay bumababa nang husto. Halimbawa, ang nucleus ng ika-100 elemento ay 20 beses na hindi gaanong matatag kaysa sa nucleus ng uranium, at sa hinaharap ang kawalang-tatag na ito ay tataas lamang dahil sa kusang nuclear fission.

"Isla ng Katatagan"

Ang spontaneous fission effect ay ipinaliwanag ni Niels Bohr. Ayon sa kanyang teorya, ang nucleus ay isang patak ng sisingilin na likido, iyon ay, isang uri ng bagay na walang sariling panloob na istraktura. Paano mas dami mga proton sa nucleus mas malakas na impluwensya Ang mga puwersa ng Coulomb, sa ilalim ng impluwensya kung saan ang pagbagsak ay deformed at nahahati sa mga bahagi. Ang ganitong modelo ay hinuhulaan ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga elemento hanggang sa ika-104 - ika-106 na serial number. Gayunpaman, noong 1960s, maraming mga eksperimento ang isinagawa sa Laboratory of Nuclear Reactions ng Joint Institute for Nuclear Research upang pag-aralan ang mga katangian ng fission ng uranium nuclei, ang mga resulta nito ay hindi maipaliwanag gamit ang teorya ni Bohr. Ito ay lumabas na ang nucleus ay hindi isang kumpletong analogue ng isang sisingilin na drop ng likido, ngunit may panloob

istraktura. Bukod dito, kapag mas mabigat ang nucleus, mas lumalakas ang impluwensya ng istrukturang ito, at ang pattern ng pagkabulok ay magiging ganap na naiiba mula sa hinulaang ng liquid drop model. Kaya, lumitaw ang isang hypothesis tungkol sa pagkakaroon ng isang tiyak na rehiyon ng matatag na superheavy nuclei, malayo sa mga elementong kilala ngayon. Ang lugar ay tinawag na "isla ng katatagan", at pagkatapos mahulaan ang pagkakaroon nito, ang pinakamalaking mga laboratoryo sa Estados Unidos, France at Germany ay nagsimula ng isang serye ng mga eksperimento upang kumpirmahin ang teorya. Gayunpaman, ang kanilang mga pagtatangka ay hindi nagtagumpay. At tanging ang mga eksperimento sa Dubna cyclotron, na nagresulta sa pagkatuklas ng ika-114 at ika-116 na elemento, ay ginagawang posible na igiit na ang rehiyon ng katatagan ng superheavy nuclei ay talagang umiiral.

Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng mapa ng mabibigat na nuclides. Ang kalahating buhay ng nuclei ay ipinakita magkaibang kulay(kanang sukat). Ang mga itim na parisukat ay isotopes ng mga matatag na elemento na matatagpuan sa crust ng lupa (kalahating buhay higit sa 109 taon). Ang madilim na asul ay ang "dagat ng katatagan", kung saan ang nuclei ay nabubuhay nang wala pang 10 −6 segundo. Ang "mga isla ng katatagan" kasunod ng "peninsula" ng thorium, uranium at transuranium na mga elemento ay mga hula ng mikroskopikong teorya ng nucleus. Dalawang nuclei na may mga atomic number na 112 at 116, na nakuha sa iba't ibang mga reaksyong nuklear at ang kanilang kasunod na pagkabulok, ay nagpapakita kung gaano kalapit ang isa sa "mga isla ng katatagan" sa artipisyal na synthesis ng mga superheavy na elemento.

Mapa ng mabibigat na nuclides

Upang ma-synthesize ang isang matatag na mabigat na nucleus, kinakailangan na magpasok ng maraming neutron hangga't maaari dito, dahil ang mga neutron ay ang "glue" na nagpapanatili ng mga nucleon sa nucleus. Ang unang ideya ay ang pag-irradiate ng pinagmulang materyal na may neutron flux mula sa isang reaktor. Ngunit sa pamamaraang ito, ang mga siyentipiko ay nakapag-synthesize lamang ng fermium, isang elemento na may atomic number na 100. Bukod dito, sa halip na 60 neutron ang kailangan, 20 lamang ang ipinasok sa nucleus. Ang mga pagtatangka ng mga Amerikanong siyentipiko na mag-synthesize ng mga superheavy na elemento sa proseso ng isang nuclear explosion (sa katunayan, sa isang malakas na pulsed neutron flux) ay hindi rin matagumpay, ang resulta ng kanilang mga eksperimento ay ang parehong fermium isotope. Mula sa sandaling iyon, nagsimulang bumuo ng isa pang paraan ng synthesis - upang banggain ang dalawang mabibigat na nuclei sa pag-asang ang resulta ng kanilang banggaan ay ang nucleus ng kabuuang masa. Upang maisagawa ang eksperimento, ang isa sa mga nuclei ay dapat na pabilisin sa bilis na humigit-kumulang 0.1 ng bilis ng liwanag gamit ang isang mabigat na ion accelerator. Ang lahat ng mabibigat na nuclei na nakuha ngayon ay na-synthesize sa ganitong paraan. Tulad ng nabanggit na, ang isla ng katatagan ay matatagpuan sa rehiyon ng superheavy nuclei na mayaman sa neutron; samakatuwid, ang target at beam nuclei ay dapat ding maglaman ng labis na mga neutron. Sa halip mahirap piliin ang mga naturang elemento, dahil halos lahat ng umiiral na matatag na nuclides ay may mahigpit na tinukoy na ratio ng bilang ng mga proton at neutron.

Sa eksperimento sa synthesis ng ika-114 na elemento, ang pinakamabigat na isotope ng plutonium na may atomic mass na 244, na ginawa sa reactor ng Livermore National Laboratory (USA), ay ginamit bilang target at calcium-48 bilang isang projectile nucleus. Ang Calcium-48 ay isang matatag na isotope ng calcium, na naglalaman lamang ng 0.1% ng ordinaryong calcium. Inaasahan ng mga eksperimento na ang ganitong pagsasaayos ay gagawing posible na madama ang epekto ng pagtaas ng buhay ng mga superheavy na elemento. Upang maisagawa ang eksperimento, kinakailangan ang isang accelerator na may calcium-48 beam power na higit sa lahat ng kilalang accelerator nang sampu-sampung beses. Sa loob ng limang taon, ang naturang accelerator ay nilikha sa Dubna, ginawa nitong posible na magsagawa ng eksperimento nang ilang daang beses na mas tumpak kaysa sa mga eksperimento sa ibang mga bansa sa nakalipas na 25 taon.

Ang pagkakaroon ng nakatanggap ng isang sinag ng calcium ng kinakailangang intensity, ang mga eksperimento ay nag-iilaw sa plutonium target. Kung, bilang isang resulta ng pagsasanib ng dalawang nuclei, ang mga atomo ng isang bagong elemento ay nabuo, pagkatapos ay dapat silang lumipad palabas ng target at, kasama ang sinag, patuloy na sumulong. Ngunit dapat silang ihiwalay sa mga calcium ions at iba pang mga produkto ng reaksyon. Ang function na ito ay ginagawa ng separator.

MASHA (Mass Analyzer of Super Heavy Atoms) - halaman para sa paghihiwalay ng nuclei

Ang recoil nuclei na ibinubuga mula sa target na layer ay huminto sa graphite collector sa lalim na ilang micrometers. Dahil sa mataas na temperatura ng kolektor, nagkakalat sila sa silid ng pinagmulan ng ion, ay inilabas sa plasma, pinabilis ng electric field, at sinusuri ng masa. mga magnetic field sa daan patungo sa detector. Sa disenyong ito, maaaring matukoy ang masa ng isang atom na may katumpakan na 1/3000. Ang gawain ng detektor ay upang matukoy na ang isang mabigat na nucleus ay tumama dito, upang irehistro ang enerhiya, bilis at lugar ng paghinto nito nang may mataas na katumpakan.

Skema ng pagpapatakbo ng separator

Upang subukan ang teorya ng pagkakaroon ng isang "isla ng katatagan," napagmasdan ng mga siyentipiko ang mga produkto ng pagkabulok ng nucleus ng ika-114 na elemento. Kung tama ang teorya, ang resultang nuclei ng ika-114 na elemento ay dapat na lumalaban sa kusang fission, at maging alpha radioactive, iyon ay, naglalabas ng alpha particle na binubuo ng dalawang proton at dalawang neutron. Para sa isang reaksyong kinasasangkutan ng ika-114 na elemento, dapat na obserbahan ang isang paglipat ng ika-114 hanggang ika-112. Pagkatapos ang nuclei ng ika-112 ay sumasailalim din sa pagkabulok ng alpha at pumasa sa nuclei ng ika-110, at iba pa. Bukod dito, ang buhay ng isang bagong elemento ay dapat na ilang mga order ng magnitude na mas mahaba kaysa sa buhay ng mas magaan na nuclei. Ito ay tiyak na tulad ng mahabang-buhay na mga kaganapan, ang pagkakaroon ng kung saan ay hinulaang theoretically, na nakita ng mga physicist ng Dubna. Ito ay isang direktang indikasyon na ang ika-114 na elemento ay nakararanas na ng pagkilos ng mga pwersang istruktura na bumubuo sa isla ng katatagan ng mga superheavy na elemento.

Mga halimbawa ng decay chain ng ika-114 at ika-116 na elemento

Sa eksperimento sa synthesis ng ika-116 na elemento, isang natatanging sangkap, curium-248, na nakuha sa isang malakas na reaktor ng Research Institute of Atomic Reactors sa lungsod ng Dimitrovgrad, ay ginamit bilang isang target. Kung hindi, sinundan ng eksperimento ang parehong pamamaraan tulad ng paghahanap para sa ika-114 na elemento. Ang pagmamasid sa kadena ng pagkabulok ng elemento 116 ay isa pang patunay ng pagkakaroon ng elemento 114, sa pagkakataong ito ay nakuha ito bilang resulta ng pagkabulok ng isang mas mabigat na magulang. Sa kaso ng ika-116 na elemento, ang pang-eksperimentong data ay nagpakita rin ng isang makabuluhang pagtaas sa buhay na may pagtaas sa bilang ng mga neutron sa nucleus. Yan ay modernong pisika Ang synthesis ng mabibigat na elemento ay malapit na sa hangganan ng "isla ng katatagan". Bilang karagdagan, ang mga elemento na may mga atomic na numero 108, 109 at 110 na nabuo bilang isang resulta ng pagkabulok ng ika-116 na elemento ay may habambuhay na kinakalkula sa ilang minuto, na gagawing posible ang pag-aaral. Mga katangian ng kemikal ang mga sangkap na ito sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng modernong radiochemistry at eksperimental na patunayan ang pangunahing katangian ng batas ni Mendeleev tungkol sa periodicity ng mga kemikal na katangian ng mga elemento sa talahanayan. Inilapat sa mabibigat na elemento maaaring ipagpalagay na ang ika-112 na elemento ay may mga katangian ng cadmium at mercury, at ang ika-114 - ng lata, tingga, atbp. Marahil, sa tuktok ng isla ng katatagan, may mga napakabigat na elemento na may buhay na milyun-milyong taon. Ang figure na ito ay hindi umabot sa edad ng Earth, ngunit ang pagkakaroon ng napakalakas na elemento sa kalikasan, sa ating solar system, o sa mga cosmic ray, iyon ay, sa ibang mga sistema ng ating kalawakan, ay posible pa rin. Ngunit sa ngayon, hindi naging matagumpay ang mga eksperimento upang maghanap ng mga "natural" na superheavy na elemento.

Sa kasalukuyan, ang JINR ay naghahanda ng isang eksperimento upang hanapin ang ika-119 na elemento ng periodic table, at ang Laboratory of Nuclear Reactions ay ang nangunguna sa mundo sa larangan ng heavy ion physics at ang synthesis ng mga superheavy elements.

Anna Maksimchuk,
Mananaliksik, JINR,
lalo na para sa R&D.CNews.ru

Kawili-wili, siyempre. Lumalabas na marami pang kemikal na elemento at kahit na halos matatag na ang maaaring matuklasan.

Ang tanong ay lumitaw: ano ang praktikal na kahulugan ng lahat ng medyo mahal na kaganapang ito upang maghanap ng mga bagong halos matatag na elemento?

Tila kapag nakahanap sila ng isang paraan upang makagawa ng mga elementong ito, makikita ito.

Pero may nakikita na. Halimbawa, kung may nanood ng pelikulang "Predator", kung gayon ang mandaragit ay may self-destruct device sa isang pulseras sa kanyang braso at ang pagsabog ay napakalakas. Kaya. Ang mga bagong elemento ng kemikal na ito ay katulad ng uranium-235, ngunit sa parehong oras, ang kritikal na masa ay maaaring kalkulahin sa gramo (sa kasong ito, ang 1 gramo ng sangkap na ito ay katumbas ng pagsabog ng 10 tonelada ng TNT - isang magandang bomba. kasing laki lamang ng limang kopeck na barya).

Kaya malaki na ang kahulugan para sa mga siyentipiko na magtrabaho nang husto, at ang estado ay hindi magtipid sa mga gastos.

Napakabigat na elemento sa isla ng katatagan

Ang teoretikal at eksperimental na pag-aaral ng katatagan ng nucleus ay nagbigay ng dahilan sa mga pisiko ng Sobyet na baguhin ang mga pamamaraang ginamit hanggang ngayon. mga pamamaraan para sa paggawa ng mabibigat na transuranium. Sa Dubna, nagpasya silang gumawa ng mga bagong paraan at gawin bilang target nangunguna at bismuth.

Ang nucleus, tulad ng atom sa kabuuan, ay mayroon istraktura ng shell. Atomic nuclei na naglalaman ng 2-8-20-28-50-82-114-126-164 proton (iyon ay, ang nuclei ng mga atom na may ganoong serial number) at 2-8-20-28-50-82-126- 184-196- 228-272-318 mga neutron dahil sa kumpletong istraktura ng kanilang mga shell. Kamakailan lamang nakumpirma ang mga view na ito ng mga kalkulasyon ng computer.

Ang gayong hindi pangkaraniwang katatagan ay nakakuha ng mata, una sa lahat, kapag pinag-aaralan ang kasaganaan ng ilang mga elemento sa espasyo. isotopes, na mayroong mga numerong nuklear na ito, ay tinatawag na magic. Ang bismuth isotope 209 Bi, na mayroong 126 neutrons, ay isang magic nuclide. Kasama rin dito ang mga isotopes. oxygen, calcium, lata. Ang mga ito ay dalawang beses magical: para sa helium - ang isotope 4 He (2 protons, 2 neutrons), para sa calcium - 48 Ca (20 protons, 28 neutrons), para sa lead - 208 Pb (82 protons, 126 neutrons). Ang mga ito ay nakikilala sa pamamagitan ng isang napaka-espesyal na lakas ng core.

Gamit ang mga mapagkukunan ng ion ng isang bagong uri at mas malakas na heavy ion accelerators - ang U-200 at U-300 na mga yunit ay ipinares sa Dubna, ang grupo nina G. N. Flerov at Yu. Ts. Oganesyan ay nagsimulang magkaroon ng mabigat na daloy ng ion na may pambihirang enerhiya. Upang makamit ang nuclear fusion, ang mga physicist ng Sobyet ay nagpaputok ng 280 MeV chromium ions sa mga target na gawa sa lead at bismuth. Ano kayang mangyayari? Sa simula ng 1974, ang mga atomic scientist sa Dubna ay nagrehistro ng 50 kaso sa panahon ng naturang pambobomba, na nagpapahiwatig pagbuo ng ika-106 na elemento, na, gayunpaman, ay nabubulok pagkatapos ng 10 -2 s. Ang 50 atomic nuclei na ito ay nabuo ayon sa pamamaraan:

208 Pb + 51 Cr = 259 X

Maya-maya, iniulat nina Ghiorso at Seaborg sa Lawrence Berkeley lab na nag-synthesize sila ng isotope ng bago, 106 ika, isang elemento na may mass number na 263 sa pamamagitan ng pagbomba sa californium-249 ng oxygen ions sa Super-HILAC apparatus.

Ano ang magiging pangalan ng bagong elemento? Isinasantabi ang mga nakaraang hindi pagkakasundo, ang dalawang grupo sa Berkeley at Dubna, na nakikipagkumpitensya sa pang-agham na kompetisyon, sa pagkakataong ito ay nagkasundo. Masyado pang maaga para pag-usapan ang mga pangalan, sabi ni Hovhannisyan. At idinagdag ni Ghiorso na napagpasyahan na iwasan ang anumang mga panukala sa pangalan ng ika-106 na elemento hanggang sa linawin ang sitwasyon.

Sa pagtatapos ng 1976, natapos ng Dubna Laboratory of Nuclear Reactions ang isang serye ng mga eksperimento sa synthesis ng ika-107 elemento; nagsilbing panimulang sangkap para sa mga "alchemist" ng Dubna mahiwagang"Bismuth-209. Kapag binomba ng mga chromium ions na may enerhiya na 290 MeV, ito ay naging isotope 107 -ika elemento:

209 Bi + 54 Cr = 261 X + 2 n

Ang ika-107 na elemento ay kusang nabubulok na may kalahating buhay na 0.002 s at, bilang karagdagan, naglalabas ng mga particle ng alpha.

Ang kalahating buhay ng 0.01 at 0.002 s na natagpuan para sa ika-106 at ika-107 na elemento ay nagdulot sa amin ng pag-iingat. Pagkatapos ng lahat, sila ay naging ilang mga order ng magnitude na mas malaki kaysa sa hinulaang mga kalkulasyon ng computer. Marahil ang ika-107 na elemento ay kapansin-pansing naapektuhan ng kalapitan ng kasunod na magic number ng mga proton at neutron - 114, na nagpapataas ng katatagan?
Kung gayon, nagkaroon ng pag-asa na makakuha ng pangmatagalang isotopes ng elemento 107, halimbawa, sa pamamagitan ng paghihimay. berkelium mga neon ions. Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang isotope na mayaman sa neutron na nabuo ng reaksyong ito ay dapat magkaroon ng kalahating buhay na higit sa 1 s. Ito ay magpapahintulot sa amin na pag-aralan ang mga kemikal na katangian ng ika-107 elemento - ecaria.

Ang pinakamahabang buhay na isotope ng unang transuranium, elemento 93, neptunium-237, ay may kalahating buhay na 2,100,000 taon; ang pinaka-matatag na isotope ng ika-100 elemento - fermium-257 - 97 araw lamang. Simula sa ika-104 na elemento kalahating buhay ay mga fraction lamang ng isang segundo. Samakatuwid, tila walang pag-asa na matuklasan ang mga elementong ito. Bakit kailangan ng karagdagang pananaliksik?

Si Albert Ghiorso, ang nangungunang espesyalista sa US sa transuranics, ay minsang nagsabi sa koneksyon na ito: " Ang dahilan para sa patuloy na paghahanap para sa karagdagang mga elemento ay ang kasiyahan lamang ng pagkamausisa ng tao - ano ang mangyayari sa susunod na liko sa kalye? Gayunpaman, ito, siyempre, ay hindi lamang pang-agham na pag-usisa. Gayunpaman, nilinaw ni Ghiorso kung gaano kahalaga na ipagpatuloy ang naturang pangunahing pananaliksik.

Noong 60s, nakuha ng teorya ng magic nuclear number ang lahat ng mas malaking halaga. Sa "dagat ng katatagan" ang mga siyentipiko ay desperadong nagsisikap na makahanap ng isang makatipid " isla ng relatibong katatagan", kung saan ang binti ng mananaliksik ng atom ay matatag na makapagpahinga. Bagaman ang islang ito ay hindi pa natuklasan, ang mga "coordinate" nito ay kilala: elemento 114, palayasin, ay itinuturing na sentro ng isang malaking rehiyon ng katatagan. Ang 298 isotope ng elemento 114 ay matagal nang naging paksa ng siyentipikong kontrobersya dahil, na may 114 proton at 184 neutron, isa ito sa mga dobleng magic atomic nuclei na hinulaang magtatagal. Ngunit ano ang ibig sabihin ng mahabang buhay?

Ang mga paunang kalkulasyon ay nagpapakita na ang kalahating buhay na may paglabas ng mga particle ng alpha ay mula 1 hanggang 1000 taon, at may kaugnayan sa kusang fission - mula 10 8 hanggang 10 16 taon. Ang ganitong mga pagbabago, tulad ng itinuturo ng mga pisiko, ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng kalapitan ng "chemistry ng computer". Ang mga nakakapagpalakas na kalahating buhay ay hinuhulaan para sa susunod na isla ng katatagan, elemento 164, iligaw. Ang isotope ng ika-164 na elemento na may mass number na 482 ay dobleng magic din: ang nucleus nito ay nabuo ng 164 proton at 318 neutron.

Interesado at makatarungan ang agham mahiwagang napakabigat na elemento, tulad ng 294 isotope ng elemento 110 o ang 310 isotope ng elemento 126, bawat isa ay naglalaman ng 184 neutron. Nakakamangha kung paano sineseryoso ng mga mananaliksik ang mga haka-haka na elementong ito, na para bang mayroon na sila. Parami nang parami ang mga bagong data na kinukuha mula sa computer, at ngayon ay tiyak na alam na kung ano mga ari-arian - nuklear, kristalograpiko at kemikal - ay dapat magkaroon ng mga napakabigat na elementong ito. Naiipon ang tumpak na data sa espesyal na literatura para sa mga elemento na maaaring matuklasan ng mga tao sa loob ng 50 taon.

Sa kasalukuyan, ang mga nuclear scientist ay naglalakbay sa dagat ng katatagan sa pag-asam ng mga pagtuklas. Sa likod ng mga ito ay matibay na lupa: isang peninsula ng mga natural na nagaganap na mga radioactive na elemento, na minarkahan ng mga burol ng thorium at uranium, at isang malawak na matibay na lupa kasama ang lahat ng iba pang elemento at tuktok. tingga, lata at kaltsyum.
Ang mga matatapang na mandaragat ay matagal nang nasa matataas na dagat. Sa isang hindi inaasahang lugar, natagpuan nila ang isang mababaw: bukas na 106 at 107 elemento ay mas matatag kaysa sa inaasahan.

Sa mga nagdaang taon, kami ay naglalayag sa dagat ng katatagan sa loob ng mahabang panahon, ang sabi ni G. N. Flerov, at biglang, sa huling sandali, naramdaman namin ang lupa sa ilalim ng aming mga paa. Random na bato sa ilalim ng dagat? O isang sandbank ng isang pinakahihintay na isla ng pagpapanatili? Kung tama ang pangalawa, mayroon tayong tunay na pagkakataong lumikha bagong periodic system ng stable superheavy elements na may kamangha-manghang mga katangian.

Matapos ang hypothesis ng mga matatag na elemento malapit sa mga serial number na 114, 126, 164 ay naging kilala, sinalakay ng mga mananaliksik sa buong mundo ang mga ito " sobrang bigat"atoms. Ang ilan sa kanila, na may diumano'y mahabang kalahating buhay, ay umaasa na makahanap sa Earth o sa Space, kahit man lang sa anyo ng mga bakas. Pagkatapos ng lahat, kapag ang ating solar system umiral ang mga elementong ito gayundin ang lahat ng iba pa.

Mga bakas ng napakabigat na elemento- ano ang dapat na maunawaan nito? Bilang resulta ng kanilang kakayahang kusang mag-fission sa dalawang nuclear fragment na may malaking masa at enerhiya, ang mga transurans na ito ay dapat na nag-iwan ng natatanging mga bakas ng pagkawasak sa kalapit na bagay.
Ang mga katulad na bakas ay makikita sa mga mineral sa ilalim ng mikroskopyo pagkatapos na sila ay maukit. Sa tulong ng pamamaraang ito ng mga bakas ng pagkawasak, posible na ngayong matunton ang pagkakaroon ng matagal nang patay na mga elemento. Mula sa lapad ng mga bakas na natitira, maaari ding tantiyahin ang ordinal na numero ng elemento - ang lapad ng track ay proporsyonal sa parisukat ng nuclear charge.
Ang "nabubuhay" pa rin ang mga superheavy na elemento ay inaasahan din na ibunyag, batay sa katotohanan na paulit-ulit silang naglalabas ng mga neutron. Sa panahon ng kusang proseso ng fission, ang mga elementong ito ay naglalabas ng hanggang 10 neutron.

Ang mga bakas ng mga superheavy na elemento ay hinanap sa mga manganese nodule mula sa kailaliman ng karagatan, gayundin sa tubig pagkatapos ng pagkatunaw ng mga glacier ng polar sea. Sa ngayon ay walang pakinabang. Sinuri ni G. N. Flerov at ng kanyang mga collaborator ang lead glass ng isang sinaunang showcase noong ika-14 na siglo, isang Leyden jar noong ika-19 na siglo, at isang plorera na gawa sa lead crystal noong ika-18 siglo.
Una, itinuro ang ilang bakas ng kusang fission palayasin- ika-114 na elemento. Gayunpaman, nang ulitin ng mga siyentipiko ng Dubnin ang kanilang mga sukat gamit ang isang sensitibong neutron detector sa pinakamalalim na minahan ng asin. Uniong Sobyet, walang nakuhang positibong resulta. Ang cosmic radiation, na, tila, ay naging sanhi ng naobserbahang epekto, ay hindi maaaring tumagos sa ganoong kalalim.

Noong 1977, iminungkahi ni Propesor Flerov na sa wakas ay natuklasan niya ang " bagong transuranium signal"kapag pinag-aaralan ang malalim na thermal water ng Cheleken Peninsula sa Caspian Sea.
Gayunpaman, ang bilang ng mga naiulat na kaso ay masyadong maliit para sa isang malinaw na pagtatalaga. Pagkalipas ng isang taon, ang grupo ni Flerov ay nagrehistro ng 150 kusang dibisyon bawat buwan. Ang mga datos na ito ay nakuha kapag nagtatrabaho sa isang ion exchanger na puno ng hindi kilalang transuranium mula sa mga thermal water. Tinantya ni Flerov na ang kalahating buhay ng elementong naroroon, na hindi pa niya naibukod, ay bilyun-bilyong taon.

Ang ibang mga mananaliksik ay pumunta sa ibang direksyon. Si Propesor Fowler at ang kanyang mga katuwang sa Unibersidad ng Bristol ay nagsagawa ng mga eksperimento sa mga lobo sa mataas na altitude. Sa tulong ng mga detektor ng maliliit na halaga ng nuclei, maraming lugar na may singil sa nuklear na higit sa 92. Naniniwala ang mga mananaliksik sa Britanya na ang isa sa mga bakas ay tumuturo sa mga elemento 102 ... 108. Nang maglaon ay gumawa sila ng isang pagbabago: ang hindi kilalang elemento ay may serial number 96 ( curium).

Paano nakakapasok ang mga napakabigat na particle na ito sa stratosphere? ang globo? Sa ngayon, maraming mga teorya ang iniharap. Ayon sa kanila, ang mga mabibigat na atomo ay dapat lumabas mula sa mga pagsabog ng supernova o iba pang mga proseso ng astrophysical at maabot ang Earth sa anyo ng cosmic radiation o alikabok - ngunit pagkatapos lamang ng 1000 - 1,000,000 taon. Ang mga cosmic fallout na ito ay kasalukuyang hinahanap kapwa sa atmospera at sa malalim na sediment ng dagat.

Kaya, ang mga superheavy na elemento ay maaaring nasa cosmic radiation? Totoo, ayon sa mga Amerikanong siyentipiko na nagsagawa ng eksperimento sa Skylab noong 1975, ang hypothesis na ito ay hindi nakumpirma. Sa isang laboratoryo sa kalawakan na umiikot sa Daigdig, na-install ang mga detektor na sumisipsip ng mabibigat na particle mula sa kalawakan; ay natagpuan lamang mga track ng mga sikat na elemento.
Ang lunar dust na dinala sa Earth pagkatapos ng unang landing sa buwan noong 1969 ay hindi gaanong maingat na sinuri para sa pagkakaroon ng mga superheavy na elemento. Kapag natagpuan ang mga bakas ng "mahabang buhay" na mga particle hanggang sa 0.025 mm, itinuring ng ilang mananaliksik na maaaring maiugnay ang mga ito sa mga elemento 110 - 119.

Ang mga katulad na resulta ay nakuha mula sa mga pag-aaral ng maanomalyang isotopic na komposisyon ng noble gas xenon na nakapaloob sa iba't ibang mga sample ng meteorite. Ang mga physicist ay nagpahayag ng opinyon na ang epektong ito ay maipaliwanag lamang sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga superheavy na elemento.
Ang mga siyentipiko ng Sobyet sa Dubna, na nagsuri ng 20 kg ng Allende meteorite na nahulog sa Mexico noong taglagas ng 1969, bilang resulta ng isang tatlong buwang pagmamasid, ay nakatuklas ng ilang kusang mga fission.
Gayunpaman, pagkatapos na maitatag na "natural" plutonium-244, na dating mahalagang bahagi ng ating solar system, ay nag-iiwan ng ganap na katulad na mga bakas, ang interpretasyon ay nagsimulang isagawa nang mas maingat.