Mga resulta ng paghahanap para sa \"stable elements\". Muscovy mula sa Centauri
Iminungkahi ng mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng New South Wales (Australia) at Unibersidad ng Mainz (Germany) na ang isa sa mga hindi pangkaraniwang bituin (sa mga kilalang astronomo) ay naglalaman ng mga elemento ng kemikal mula sa isla ng katatagan. Ito ang mga elemento sa pinakadulo ng periodic table; Ang pag-aaral ay nai-publish sa library ng mga electronic preprints arXiv.org ang mga resulta nito at ang mga matatag na superheavy na elemento ng kemikal ay inilarawan.
Ang bituin na HD 101065 ay natuklasan noong 1961 ng Polish-Australian na astronomer na si Antonin Przybylski. Ito ay matatagpuan mga 400 light years mula sa Earth sa constellation Centaurus. Malamang, ang HD 101065 ay mas magaan kaysa sa Araw at ito ay isang pangunahing sequence star, isang subgiant. Ang isang espesyal na tampok ng bituin ng Przybylski ay ang napakababang nilalaman ng bakal at nikel sa kapaligiran. Kasabay nito, ang bituin ay mayaman sa mabibigat na elemento, kabilang ang strontium, cesium, thorium, ytterbium at uranium.
Ang bituin ni Przybylski ay ang tanging isa kung saan natuklasan ang mga panandaliang radioactive na elemento, actinides, na may atomic number (ang bilang ng mga proton sa nucleus) mula 89 hanggang 103: actinium, plutonium, americium at einsteinium. Ang HD 101065 ay katulad ng HD 25354, ngunit ang pagkakaroon ng americium at curium doon ay kaduda-dudang.
Ang mekanismo ng pagbuo ng mga superheavy na elemento sa bituin ni Przybylski ay hindi pa rin lubos na malinaw. Ipinapalagay na ang HD 101065, kasama ang isang neutron star, ay bumubuo ng isang binary system - mga particle mula sa ikalawang pagkahulog papunta sa una, na pumukaw sa mga reaksyon ng pagsasanib ng mabibigat na elemento. Ang hypothesis na ito ay hindi pa nakumpirma, bagaman posible na ang isang madilim na satellite ay matatagpuan sa layo na halos isang libong astronomical unit mula sa HD 101065.
Larawan: N. Dautel / Globallookpress.com
Ang HD 101065 ay pinakakapareho sa mga Ap star, mga kakaibang bituin ng spectral class A, kung saan ang spectrum ay pinahusay ang mga linya ng rare earth metals. Mayroon silang malakas na magnetic field na pumapasok sa kanilang kapaligiran mula sa kailaliman. Naiiba ang HD 101065 sa iba pang Ap star sa pamamagitan ng mga panandaliang pagbabago sa light curve, na naging posible na isama ito sa magkahiwalay na grupo RoAp star (Mabilis na nag-oscillating Ap star).
Malamang na ang mga pagtatangka ng mga siyentipiko na magkasya sa HD 101065 sa kasalukuyang klasipikasyon ng mga bituin ay mapuputungan ng tagumpay balang araw. Habang ang bituin ni Przybylski ay itinuturing na isa sa mga pinaka-kakaiba, nagbibigay ito ng dahilan upang maghinala na mayroon itong maraming hindi pangkaraniwang katangian. Sa partikular, sa huling trabaho na nakatuon sa HD 101065, ipinapalagay ng mga mananaliksik ng Australia at Aleman na ang mga elemento ng kemikal na kabilang sa isla ng katatagan ay ipinanganak sa bituin ni Przybylski.
Ang mga siyentipiko ay nagpatuloy mula sa modelo ng shell ng nucleus at mga extension nito. Iniuugnay ng modelo ang katatagan ng atomic nucleus sa pagpuno ng mga antas ng enerhiya ng mga shell, na, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga electron shell ng atom, ay bumubuo ng nucleus. Ang bawat neutron at proton ay matatagpuan sa isang tiyak na shell (distansya mula sa gitna ng atom o antas ng enerhiya) at gumagalaw nang nakapag-iisa sa isa't isa sa isang tiyak na patlang na pare-pareho sa sarili.
Ito ay pinaniniwalaan na mas napuno ang mga antas ng enerhiya ng nucleus, mas matatag ang isotope. Mahusay na ipinapaliwanag ng modelo ang katatagan ng atomic nuclei, spins at magnetic moments, ngunit naaangkop lamang sa unexcited o light at medium-sized na nuclei.
Alinsunod sa modelo ng shell, ang nuclei na may ganap na puno ng mga shell ng enerhiya ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na katatagan. Ang ganitong mga elemento ay bumubuo ng "isla ng katatagan". Nagsisimula ito sa isotopes na may mga serial number na 114 at 126, na tumutugma sa magic at double magic number.
Ang nuclei na may magic number ng mga nucleon (protons at neutrons) ay may pinakamalakas na binding energy. Sa talahanayan ng mga nuclides ang mga ito ay nakaayos tulad ng sumusunod: pahalang mula kaliwa hanggang kanan sa pataas na pagkakasunud-sunod ang bilang ng mga proton ay ipinahiwatig, at patayo mula sa itaas hanggang sa ibaba ang bilang ng mga neutron. Ang dobleng magic nucleus ay may bilang ng mga proton at neutron na katumbas ng ilang magic number.
Ang kalahating buhay ng flerovium isotopes (ang ika-114 na elemento) na nakuha sa Dubna ay hanggang 2.7 segundo. Ayon sa teorya, dapat mayroong isotope ng flerovium-298 na may magic number ng neutrons N = 184 at isang buhay na halos sampung milyong taon. Hindi pa posible na i-synthesize ang naturang nucleus. Para sa paghahambing, ang kalahating buhay ng mga kalapit na elemento na may bilang ng mga proton sa nucleus na katumbas ng 113 at 115 ay hanggang 19.6 segundo (para sa nihonium-286) at 0.156 segundo (para sa moscovium-289), ayon sa pagkakabanggit.
Naniniwala ang mga may-akda ng publikasyon sa arXiv.org na ang pagkakaroon ng actinides sa kapaligiran ng HD 101065 ay nagmumungkahi na mayroon ding mga kemikal na elemento mula sa isla ng katatagan doon. Ang mga actinides sa kasong ito ay isang produkto ng pagkabulok ng mga matatag na superheavy na elemento. Iminumungkahi ng mga siyentipiko na hanapin ang spectra ng HD 101065 para sa mga bakas ng nobelium, lawrencium, nihonium, at flerovium at ilarawan ang mga partikular na spectra na maaaring makagawa ng mga matatag na isotopes.
Sa kasalukuyan, ang mga bagong elemento ng periodic table ay na-synthesize sa Russia, USA, Japan at Germany. Ang mga elemento ng transuranium ay hindi natagpuan sa natural na kapaligiran sa Earth. Ang bituin na HD 101065 ay maaaring mag-alok ng mga bagong pagkakataon upang subukan ang mga teorya ng nuclear physicist na nagmumungkahi ng pagkakaroon ng isang isla ng katatagan.
Superheavy elements sa stability island
Ang teoretikal at eksperimentong pag-aaral ng katatagan ng nucleus ay nagbigay ng dahilan sa mga pisiko ng Sobyet na baguhin ang dating ginamit. mga pamamaraan para sa paggawa ng mabibigat na transuranium. Sa Dubna sila ay nagpasya na kumuha ng mga bagong landas at target nangunguna At bismuth.
Ang nucleus, tulad ng atom sa kabuuan, ay mayroon istraktura ng shell. Partikular na matatag ang atomic nuclei na naglalaman ng 2-8-20-28-50-82-114-126-164 proton (iyon ay, atomic nuclei na may parehong atomic 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 ay posible na kumpirmahin ang mga view na ito sa pamamagitan ng mga kalkulasyon ng computer.
Ang hindi pangkaraniwang katatagan na ito ay nakakuha ng aking mata, una sa lahat, kapag pinag-aaralan ang pagkalat ng ilang mga elemento sa kalawakan. Isotopes, ang pagkakaroon ng mga nuclear number na ito ay tinatawag na magic. Ang bismuth isotope 209Bi, na mayroong 126 neutrons, ay isang magic nuclide. Kasama rin dito ang mga isotopes oxygen, calcium, lata. Ang dalawang beses na magic ay: 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 mabigat na mga accelerator ng ion - ang mga yunit ng U-200 at U-300 ay ipinares sa Dubna, ang grupo ng G. N. Flerov at Yu ay nagsimulang magkaroon daloy ng mabibigat na ion na may pambihirang enerhiya. Upang makamit ang nuclear fusion, ang mga physicist ng Sobyet ay nagpaputok ng mga chromium ions na may lakas na 280 MeV sa mga target na gawa sa lead at bismuth. Ano kaya ang nangyari? Sa simula ng 1974, ang mga nukleyar na siyentipiko sa Dubna ay nagtala ng 50 kaso ng naturang pambobomba, na nagpapahiwatig pagbuo ng elemento 106, 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 ng Lawrence Berkeley Laboratory na naka-synthesize sila ng isotope ng isang bagong 106 -th, elementong may mass number 263 sa pamamagitan ng pagbomba sa californium-249 ng mga oxygen ions sa Super-HILAC apparatus.
Anong pangalan ang magkakaroon ng bagong elemento? Isinasantabi ang mga naunang pagkakaiba, ang parehong mga grupo sa Berkeley at Dubna, na nakikipagkumpitensya sa isang pang-agham na kompetisyon, ay dumating sa pagkakataong ito upang nagkakaisang opinyon. Masyado pang maaga para pag-usapan ang mga pangalan, sabi ni Oganesyan. At idinagdag ni Ghiorso na napagpasyahan na pigilin ang anumang mga panukala tungkol sa pangalan ng ika-106 na elemento hanggang sa linawin ang sitwasyon.Sa pagtatapos ng 1976, nakumpleto ng Dubna nuclear reaction laboratory ang isang serye ng mga eksperimento sa synthesis ng elemento 107; nagsilbing panimulang sangkap para sa mga "alchemist" ng Dubna mahiwaga"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 Element 107 ay kusang nabubulok na may kalahating buhay na 0.002 s at naglalabas din ng mga alpha particle.
Ang kalahating buhay ng 0.01 at 0.002 s na natagpuan para sa mga elemento 106 at 107 ay nagdulot sa amin ng pag-iingat. Pagkatapos ng lahat, sila ay naging ilang mga order ng magnitude na mas malaki kaysa sa hinulaang ng mga kalkulasyon ng computer. Marahil ang ika-107 na elemento ay kapansin-pansing naimpluwensyahan 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 ika-107 elemento, halimbawa, sa pamamagitan ng paghihimay. Berkeley mga neon ions. Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang isotope na mayaman sa neutron na nabuo ng reaksyong ito ay magkakaroon ng kalahating buhay na higit sa 1 s. Gagawin nitong posible na pag-aralan ang mga kemikal na katangian ng elemento 107 - ecarenia.
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 elemento 100, fermium-257, ay tumatagal lamang ng 97 araw. Simula sa element 104 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, isang nangungunang espesyalista sa US sa mga transuranium, ay minsang nagsalita tungkol dito: " Ang dahilan ng patuloy na paghahanap ng mga karagdagang elemento ay para lamang masiyahan ang pag-uusisa ng tao - ano ang nangyayari sa susunod na sulok ng kalye?"Gayunpaman, ito, siyempre, ay hindi lamang pang-agham na pag-usisa.
Noong dekada 60, lalong naging mahalaga ang teorya ng magic nuclear numbers. Sa "dagat ng katatagan" desperadong sinubukan ng mga siyentipiko na makahanap ng isang nagliligtas-buhay " isla ng relatibong katatagan", kung saan ang paa ng isang atomic explorer ay matatag na makapagpahinga. Bagama't ang islang ito ay hindi pa natutuklasan, ang mga "coordinate" nito ay kilala: elemento 114, ekaslead, ay itinuturing na sentro ng isang malaking rehiyon ng katatagan. Ang Isotope 298 ng elemento 114 ay matagal nang partikular na paksa ng debateng siyentipiko dahil, na may 114 na proton at 184 na neutron, isa ito sa mga dobleng mahiwagang atomic nuclei na hinulaang magtatagal ng mahabang panahon. Gayunpaman, ano ang ibig sabihin ng pangmatagalang pag-iral?
Ipinapakita ng mga paunang kalkulasyon: 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 gayong mga pagbabago, gaya ng itinuturo ng mga pisiko, ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagtatantya ng "chemistry ng kompyuter." Ang napaka-nakapagpapatibay na kalahating buhay ay hinuhulaan para sa susunod na isla ng katatagan - elemento 164, dvislead. Ang isotope ng elemento 164 na may mass number na 482 ay dobleng mahiwagang din: ang nucleus nito ay nabuo ng 164 proton at 318 neutron.
Ang agham ay kawili-wili at simple mahiwagang napakabigat na elemento, gaya ng isotope-294 ng element 110 o isotope-310 ng element 126, na naglalaman ng 184 neutrons. Nakapagtataka kung gaano sineseryoso ng mga mananaliksik na i-juggle 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 tiyak na alam na kung ano mga katangian - nuklear, crystallographic at kemikal - dapat na taglay ng mga superheavy na elementong ito. Ang dalubhasang panitikan ay nag-iipon ng tumpak na data para sa mga elemento na maaaring matuklasan ng mga tao sa loob ng 50 taon.
Ang mga atomic scientist ay kasalukuyang nagna-navigate sa dagat ng katatagan, naghihintay ng mga pagtuklas. Sa likod ng mga ito ay matibay na lupa: isang peninsula na may mga natural na radioactive na elemento, na minarkahan ng mga burol ng thorium at uranium, at isang malayong matibay na lupa kasama ang lahat ng iba pang elemento at mga taluktok. tingga, lata At kaltsyum.
Ang magigiting na mga mandaragat ay nasa matataas na dagat sa mahabang panahon. Sa isang hindi inaasahang lugar, nakakita sila ng sandbank: ang mga bukas na elemento 106 at 107 ay mas matatag kaysa sa inaasahan.
Sa mga nagdaang taon, kami ay naglalayag nang mahabang panahon sa isang dagat ng katatagan, 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 katatagan? Kung tama ang pangalawa, mayroon tayong tunay na pagkakataong lumikha isang bagong panaka-nakang sistema ng mga matatag na superheavy na elemento na may kamangha-manghang mga katangian.
Matapos malaman ang hypothesis tungkol sa mga stable na elemento na malapit sa mga serial number 114, 126, 164, sinaksak ng mga mananaliksik sa buong mundo ang mga ito " sobrang bigat" atoms. Ang ilan sa mga ito, na malamang na mahaba ang kalahating buhay, ay inaasahan na matagpuan sa Earth o sa Space, kahit man lang sa anyo ng mga bakas. Pagkatapos ng lahat, sa paglitaw ng ating solar system umiral ang mga elementong ito tulad ng 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 mag-iiwan ng malinaw na bakas ng pagkawasak sa nakapalibot na bagay.
Ang mga katulad na bakas ay makikita sa mga mineral sa ilalim ng mikroskopyo pagkatapos na sila ay maukit. Gamit ang pamamaraang ito ng mga bakas ng pagkawasak, posible na ngayong masubaybayan 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.
Inaasahan din nilang matukoy ang "buhay" na mga superheavy na elemento 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 nodule ng manganese mula sa kailaliman ng karagatan, gayundin sa mga tubig pagkatapos ng pagkatunaw ng mga glacier sa mga polar sea. Wala pa ring resulta. Sinuri ni G. N. Flerov at ng kanyang mga kasamahan ang lead glass ng isang sinaunang showcase mula sa ika-14 na siglo, isang Leyden jar mula noong ika-19 na siglo, at isang lead crystal na vase mula noong ika-18 siglo.
Sa una, ilang bakas ng kusang fission ang ipinahiwatig ekaslead- ika-114 na elemento. Gayunpaman, nang ulitin ng mga siyentipiko ng Dubna ang kanilang mga sukat gamit ang isang sensitibong neutron detector sa pinakamalalim na minahan ng asin ng Unyong Sobyet, hindi sila nakakuha ng positibong resulta. Ang cosmic radiation, na tila naging sanhi ng naobserbahang epekto, ay hindi makakapasok sa ganoong kalalim.
Noong 1977, iminungkahi ni Propesor Flerov na sa wakas ay natuklasan niya ang " signal ng bagong transuranium" habang 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 pag-uuri. Pagkalipas ng isang taon, ang grupo ni Flerov ay nagrehistro ng 150 kusang dibisyon bawat buwan. Ang mga datos na ito ay nakuha habang 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.
Iba't ibang landas ang tinahak ng ibang mga mananaliksik. Si Propesor Fowler at ang kanyang mga kasamahan mula sa Unibersidad ng Bristol ay nagsagawa ng mga eksperimento sa mga lobo sa mataas na altitude. Gamit ang mga detektor ng maliliit na dami ng nuclei, maraming lugar na may singil sa nuklear na lampas sa 92 ang nakilala ng mga mananaliksik sa Ingles na ang isa sa mga bakas ay tumuturo pa sa mga elementong 102...108. Nang maglaon ay gumawa sila ng isang susog: ang hindi kilalang elemento ay may serial number 96 ( curium).
Paano nakakapasok ang mga napakabigat na particle na ito sa stratosphere ng globo? Maraming mga teorya ang iniharap sa ngayon. Ayon sa kanila, ang mga mabibigat na atomo ay dapat lumitaw sa mga pagsabog ng supernova o iba pang mga proseso ng astropisiko at maabot ang Earth sa anyo ng cosmic radiation o alikabok - ngunit pagkatapos lamang ng 1000 - 1,000,000 taon. Ang mga cosmic deposit na ito ay kasalukuyang hinahanap kapwa sa atmospera at sa malalalim na sediment ng dagat.
Kaya, ang mga superheavy na elemento ay matatagpuan sa 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 Earth, na-install ang mga detector na sumisipsip ng mabibigat na particle mula sa kalawakan; ay natuklasan lamang mga track ng mga kilalang elemento.
Lunar dust na ibinalik sa Earth pagkatapos ng unang lunar landing noong 1969 ay hindi gaanong maingat na napagmasdan para sa pagkakaroon ng mga superheavy elements. Kapag natagpuan ang mga bakas ng "mahabang buhay" na mga particle hanggang sa 0.025 mm, ang ilang mga mananaliksik ay naniniwala na ang mga ito ay maaaring maiugnay sa mga elemento 110 - 119.
Ang mga katulad na resulta ay nakuha mula sa mga pag-aaral ng anomalyang 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 elements.
Ang mga siyentipiko ng Sobyet sa Dubna, na nagsuri ng 20 kg ng Allende meteorite, na nahulog sa Mexico noong taglagas ng 1969, ay nakakita ng ilang mga kusang fission bilang resulta ng tatlong buwan na pagmamasid.
Gayunpaman, pagkatapos na maitatag na "natural" plutonium-244, na minsan mahalagang bahagi ang aming Solar System, nag-iiwan ng ganap na katulad na mga bakas, ang interpretasyon ay nagsimulang isagawa nang mas maingat.
Batay sa 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. 4. Ang kalahating buhay ng even-even superheavy nuclei ay ibinibigay na may kaugnayan sa spontaneous fission (a), α-decay (b), β-decay (c) at para sa lahat ng posibleng proseso ng decay (d). Ang pinaka-matatag na nucleus na may paggalang sa spontaneous fission (Fig. 4a) ay ang nucleus na may Z = 114 at N = 184. Para dito, ang kalahating buhay na may paggalang sa spontaneous fission ay ~10 16 taon. Para sa isotopes ng elemento 114, na naiiba mula sa pinaka-matatag na isa sa pamamagitan ng 6-8 neutrons, ang kalahating buhay ay bumaba ng 10-15 na mga order ng magnitude. Ang kalahating buhay na nauugnay sa α-decay ay ipinapakita sa Fig. 4b. Ang pinaka-matatag na core ay matatagpuan sa rehiyon ng Z< 114 и N = 184 (T 1/2 = 10 15 лет). Для изотопа 298 114 период полураспада составляет около 10 лет.
Ang nuclei stable na may paggalang sa β-decay ay ipinapakita sa Fig. 4c na may maitim na tuldok. Sa Fig. Ipinapakita ng 4d ang kumpletong kalahating buhay. Para sa pantay na nuclei na matatagpuan sa loob ng gitnang tabas, ang mga ito 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 ng magic number 114 na hinulaang ng shell model ay nauugnay sa kompetisyon sa pagitan ng fission (kamag-anak kung saan ang nucleus na may Z = 114 ay pinaka-stable) at α-decay (na may kaugnayan sa kung saan ang nuclei na may mas mababang Z ay matatag). Para sa odd-even at even-odd na nuclei, ang kalahating buhay ay tumataas nang may paggalang sa α-decay at spontaneous fission, at bumababa nang may kinalaman sa β-decay. Dapat pansinin 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.
Ang mga resulta ng isa pang pagkalkula ng equilibrium na hugis ng superheavy nuclei at ang kanilang kalahating buhay ay ipinapakita sa Fig. 5, 11.11. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 11.10 ang pag-asa ng equilibrium deformation energy sa bilang ng mga neutron at proton para sa nuclei na may Z = 104-120. Ang deformation energy ay tinukoy bilang ang pagkakaiba sa pagitan ng mga energies ng nuclei sa equilibrium at spherical form. Mula sa mga datos na ito ay malinaw na sa rehiyon Z = 114 at N = 184 dapat mayroong nuclei na may spherical na hugis sa ground state. Lahat ng superheavy nuclei na natuklasan hanggang sa kasalukuyan (ipinapakita ang mga ito sa Fig. 5 bilang 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 sa pamamagitan ng α decay o fission. Ang pangunahing channel ng decay ay dapat na α-decay.
Ang kalahating buhay para sa kahit na β-stable isotopes ay ipinapakita sa Fig. 6. Ayon sa mga hulang ito, ang kalahating buhay ay inaasahan para sa karamihan ng mga nuclei na mas mahaba kaysa sa mga naobserbahan para sa nadiskubre nang napakabigat na nuclei (0.1-1 ms). Halimbawa, para sa 292110 nucleus, ang habambuhay na ~51 taon ay hinuhulaan.
Kaya, ayon sa modernong microscopic kalkulasyon, ang katatagan ng superheavy nuclei ay tumataas nang husto habang papalapit sila sa neutron magic number N = 184. Hanggang kamakailan lamang, ang tanging isotope ng isang elemento na may Z = 112 ay ang isotope 277 112, na may kalahating- buhay ng 0.24 ms. Ang mas mabibigat na isotope 283112 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 naitala na binigyang-kahulugan bilang kusang fission ng nagresultang isotope 283 112. Ang kalahating buhay ng bagong isotope na ito ay tinatantya sa T 1/2 = 81 s. Kaya, malinaw na ang pagtaas sa bilang ng mga neutron sa isotope 283112 kumpara sa isotope 277112 ng 6 na yunit ay nagpapataas ng buhay ng 5 order ng magnitude.
Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 7 ang nasusukat na buhay ng seaborgium isotopes Sg (Z = 106) kumpara sa mga hula ng iba't ibang teoretikal na modelo. Kapansin-pansin ang pagbaba sa tagal ng buhay ng isotope na may N = 164 ng halos isang pagkakasunud-sunod 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, halos spherical nucleus ay maaaring mabuo sa isang fusion reaction na sinusundan ng paglabas ng γ quanta o isang solong neutron. Ayon sa mga pagtatantya, ang nagreresultang 284 114 nucleus ay dapat mabulok sa paglabas ng mga α particle na may kalahating buhay na ~ 1 ms. Ang karagdagang impormasyon tungkol sa occupancy ng shell sa rehiyon N = 162 ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-aaral ng α decays ng nuclei 271 108 at 267 106. Ang kalahating buhay ng 1 min ay hinuhulaan para sa mga nuclei na ito. at 1 oras. Para sa nuclei 263 106, 262 107, 205 108, 271,273 110 isomerism ang inaasahan, ang dahilan kung saan ay ang pagpuno ng mga subshells na may j = 1/2 at j = 13/2 sa rehiyon N = 162 para sa nuclei na deformed sa lupa estado.
Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 8 ang mga eksperimento na sinusukat na pag-andar ng paggulo para sa reaksyon ng pagbuo ng mga elementong Rf (Z = 104) at Hs (Z = 108) para sa mga reaksyon ng pagsasanib ng mga incident ions 50 Ti at 56 Fe kasama ang 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 paggana 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 mga epekto ng mga puwersa ng Coulomb at mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw. Kung ang enerhiya ng insidente ion ay hindi sapat na mataas, 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 malamang na maghiwa-hiwalay sa mga fragment. Ang mabisang pagsasanib ay nangyayari sa isang medyo makitid na hanay ng enerhiya ng nagbabanggaan na mga particle.
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 posibleng N/Z ratio. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 9 ang potensyal ng pagsasanib para sa nuclei sa reaksyon
64 Ni + 208 Pb 272 110. Ang pinakasimpleng mga pagtatantya ay nagpapakita na ang posibilidad ng tunnel effect para sa nuclear fusion ay ~ 10 -21, na makabuluhang mas mababa kaysa sa naobserbahang halaga ng cross section. Ito ay maaaring ipaliwanag tulad ng sumusunod. Sa layo na 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 mababa. Samakatuwid, may mataas na posibilidad na ang mga nucleon o pares ng mga nucleon ay umalis sa mga orbital sa isang nucleus at lumipat sa mga libreng estado ng kasosyong nucleus. Ang paglipat ng mga nucleon mula sa isang incident nucleus patungo sa isang target na nucleus ay lalong kaakit-akit sa kaso kapag ang double magic lead isotope 208 Pb ay ginamit bilang isang target. Sa 208 Pb, ang proton subshell h 11/2 at ang neutron subshells h 9/2 at i 13/2 ay napuno. Sa una, ang paglipat ng mga proton ay pinasigla ng mga kaakit-akit na pwersa ng proton-proton, at pagkatapos punan ang h 9/2 subshell - ng mga kaakit-akit na pwersa ng proton-neutron. Katulad nito, ang mga neutron ay lumipat sa libreng subshell i 11/2, na naakit ng mga neutron mula sa napuno na subshell i 13/2. Dahil sa enerhiya ng pagpapares at malalaking orbital angular moments, 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 mga nakikipag-ugnay na ion at ang pagpapatuloy ng proseso ng paglipat ng nucleon.
Sa mga gawa ng [V.V. Volkov. Mga reaksyong nuklear ng malalim na inelastic na paglipat. M. Energoizdat, 1982; V.V. Volkov. Izv. USSR Academy of Sciences, pisikal na serye, 1986, vol 50 p. 1879] ang mekanismo ng reaksyon ng pagsasanib ay pinag-aralan nang detalyado. Ipinakita na nasa yugto na ng pagkuha, nabuo ang isang dobleng sistemang nuklear pagkatapos ng kumpletong pagwawaldas ng kinetic energy ng particle ng insidente at ang mga nucleon ng isa sa mga nuclei ay unti-unting inilipat, shell sa shell, sa kabilang nucleus. Iyon ay, gumaganap ang istraktura ng shell ng nuclei makabuluhang papel sa pagbuo ng isang tambalang core. Batay sa modelong ito, posible na ilarawan nang maayos ang enerhiya ng paggulo ng compound nuclei at ang cross section para sa pagbuo ng 102-112 na elemento sa mga malamig na reaksyon ng pagsasanib.
Sa Laboratory of Nuclear Reactions na pinangalanan. G.N. Si Flerov (Dubna) ay nag-synthesize ng isang elemento na may Z = 114. Ginamit ang reaksyon
Ang pagkilala sa 289 114 nucleus ay isinagawa gamit ang isang chain ng α decays. Pang-eksperimentong pagtatasa ng kalahating buhay ng isotope 289 114 ~30 s. Ang nakuhang resulta ay nasa mabuting pagkakasundo sa mga naunang ginawang kalkulasyon.
Kapag nag-synthesize ng elemento 114 sa reaksyon 48 Cu + 244 Pu, ang maximum na ani ay nakuha ng channel na may pagsingaw ng tatlong neutrons. 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 ay ipinapakita sa Fig. 10.
 kanin. 10. Scheme ng nuclear decay 296 116 |
Ang 296 116 nucleus ay pinalamig sa pamamagitan ng paglabas ng apat na neutron at nagiging isotope 292 116, na pagkatapos, na may 5% na posibilidad, bilang resulta ng dalawang magkasunod na e-capture ay nagiging isotope 292 114. Bilang resulta ng α -pagkabulok (T 1/2 = 85 araw), ang isotope 292 114 ay nagiging isotope 288 112. Ang pagbuo ng isotope 288 112 ay nangyayari rin sa pamamagitan ng channel
Ang huling nucleus 288 112 na nagreresulta mula sa parehong mga kadena ay may kalahating buhay na humigit-kumulang 1 oras at nabubulok sa pamamagitan ng spontaneous fission. Sa humigit-kumulang 10% na posibilidad, bilang resulta ng pagkabulok ng α ng isotope 288 114, ang isotope 284 112 ay maaaring mabuo Ang mga yugto sa itaas at mga channel ng pagkabulok ay nakuha sa pamamagitan ng pagkalkula.
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.
- Kinakailangang lumikha ng isang nucleus na may sapat na malaking ratio ng bilang ng mga neutron sa bilang ng mga proton. Samakatuwid, ang mabibigat na ion na may malaking N/Z ay dapat piliin bilang particle ng insidente.
- Kinakailangan na ang resultang compound nucleus ay may mababang enerhiya ng paggulo at isang maliit na angular na momentum, dahil kung hindi ay bababa ang epektibong taas ng fission barrier.
- Kinakailangan na ang resultang nucleus ay may hugis na malapit sa spherical, dahil kahit na ang isang bahagyang pagpapapangit ay hahantong sa mabilis na fission ng superheavy nucleus.
Ang isang napaka-promising na paraan para sa paggawa ng superheavy nuclei ay ang mga reaksyon tulad ng 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 11 ang tinantyang mga cross section para sa pagbuo ng mga elemento ng transuranium sa pag-iilaw ng mga target na binubuo ng 248 Cm, 249 Cf at 254 Es na may pinabilis na 238 U ion. Sa mga reaksyong ito, ang mga unang resulta sa mga cross section para sa pagbuo ng mga elemento na may Z > 100 ay nakuha na Upang mapataas ang mga ani ng mga reaksyon sa ilalim ng pag-aaral, ang mga target na kapal ay pinili sa paraan na ang mga produkto ng reaksyon ay nanatili sa. ang target. Pagkatapos ng pag-iilaw, ang mga indibidwal na elemento ng kemikal ay pinaghiwalay mula sa target. Ang mga produkto ng α-decay at fission fragment ay naitala sa mga sample na nakuha 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 pagsasanib ng napakabigat na nuclei. Sa kabila ng mga kahirapan sa pagtatrabaho sa naaangkop na mga target, ang mga pagtataya para sa pag-unlad patungo sa mataas na Z ay mukhang optimistiko.
Ang mga pagsulong sa larangan ng superheavy nuclei sa mga nakaraang taon ay napakaganda. Gayunpaman, sa ngayon ang lahat ng mga pagtatangka upang matuklasan ang isla ng katatagan ay hindi naging matagumpay. Masinsinang nagpapatuloy ang paghahanap sa kanya.
Sa pagtatapos ng ikalawang milenyo, ang akademikong si Vitaly Lazarevich Ginzburg ay nag-compile 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, ang numero 13 ay nagpapahiwatig ng gawain ng paghahanap ng mga superheavy na elemento. Pagkatapos, 12 taon na ang nakalilipas, ang akademiko ay may kabiguan na nagsabi na "ang pag-iral 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 superheavy nuclei, ang pagkakaroon nito ay minsang hinulaan 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 walang mga matatag na elemento na may atomic number na higit sa 180: malakas positibong singil sisirain ng nuclei ang mga panloob na antas ng mga electron ng isang mabigat na atom. Gayunpaman, sa lalong madaling panahon naging malinaw na ang katatagan ng isang elemento ay tinutukoy ng katatagan ng core nito, at hindi ang shell. Ang mga nuclei na may pantay na bilang ng mga proton Z at mga neutron N ay matatag, bukod sa kung saan ang mga nuclei na may tinatawag na magic number ng mga proton o neutron - 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 - ay partikular na kitang-kita - halimbawa, lata, tingga. At ang pinaka-matatag ay "double magic nuclei", kung saan ang bilang ng parehong mga neutron at proton ay magic, sabihin nating, helium at calcium. Ito ang lead isotope 208 Pb: mayroon itong Z = 82, N = 126. Ang katatagan ng elemento ay lubos na nakasalalay sa ratio ng bilang ng mga proton at neutron sa nucleus nito. Halimbawa, ang tingga na may 126 neutron ay matatag, ngunit ang isa pang isotope nito, na may isa pang neutron sa nucleus nito, 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 A = Z + N = 298, ay dapat mabuhay ng humigit-kumulang 100 milyong taon .
Ngayon, maraming elemento ang artipisyal na nakuha hanggang sa at kabilang ang ika-118 - 254 Uuo. Ito ang pinakamabigat na di-metal, marahil ay isang hindi gumagalaw na gas; ang mga conventional na pangalan nito ay ununoctium (ito ay nabuo mula sa mga ugat ng Latin numerals - 1, 1, 8), eka-radon at moscovian Mw. Ang lahat ng mga elementong gawa ng tao ay dating umiral sa Earth, ngunit nabulok 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 mayroong 12 isotopes at 237 Np 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 impluwensya ng mga neutron mula sa cosmic radiation at ang kusang 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 nuclear charge 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 accelerators, na nagpapabilis at nagbabanggaan ng 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 laboratoryo ng mga reaksyong nukleyar 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 Russian physicist na si G. N. Flerov ang sistema ng mga elemento bilang isang simbolikong kapuluan, kung saan ang mga matatag na elemento ay napapalibutan ng dagat ng mga panandaliang isotopes na maaaring hindi kailanman matuklasan. Sa pangunahing isla ng kapuluan mayroong mga taluktok ng pinaka-matatag na elemento - Calcium, Tin at Lead sa kabila ng Strait of Radioactivity ay matatagpuan ang Island of Heavy Nuclei na may mga taluktok ng Uranium, Neptunium at Plutonium; At kahit na mas malayo ay dapat mayroong isang misteryosong isla ng Katatagan ng mga superheavy na elemento, katulad ng nabanggit na - X-298.
Sa kabila ng lahat ng tagumpay ng eksperimental at teoretikal na pisika, ang tanong ay nananatiling bukas: ang mga superheavy na elemento ba ay umiiral 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 panahon ng pagsabog ng supernova. Ang mga flux ng neutron sa kanila ay umabot 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 bahagi ay napakaliit - ilang mga particle lamang bawat metro kuwadrado bawat taon. Samakatuwid, lumitaw ang ideya na gumamit ng isang natural na detektor-imbakan 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 nito sa pamamagitan ng ilang kosmikong sakuna - naglalakbay sa kalawakan sa daan-daang milyong taon. Ito ay patuloy na "pinaputok" ng mga cosmic ray, na binubuo ng 90% hydrogen nuclei (protons), 7% helium nuclei (dalawang proton) at 1% electron. Ang natitirang 2% ay binubuo ng iba pang mga particle, na maaaring kabilang ang superheavy nuclei.
Ang mga mananaliksik mula sa Physical Institute na pinangalanan. P. N. Lebedev (FIAN) at ang Institute of Geochemistry at Analytical Chemistry na pinangalanan. V.I. Vernadsky (GEOKHI RAS) ay nag-aaral ng dalawang pallasites - iron-nickel meteorites interspersed with olivine (isang grupo ng mga translucent mineral kung saan ang Mg 2, (Mg, Fe) 2 at (Mn, Fe) 2 ay idinagdag sa silicon dioxide SiO 4 sa iba't ibang mga sukat ; ang transparent na olivine ay tinatawag na chrysolite). Ang edad ng mga meteorites 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. Sa pamamagitan ng kapal ng track, ang haba at hugis nito, maaaring hatulan ng isa ang singil at atomic mass ng nucleus. Ang pananaliksik ay lubhang 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 dapat hatulan ng hindi direktang data - ang rate ng pag-ukit, pagbaba sa kapal ng track, atbp.
Ang gawain upang makahanap ng mga bakas ng napakabigat na mga particle mula sa isla ng katatagan ay tinawag na "Project Olympia". Bilang bahagi 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. Ang lahat ng mga katangian ng mga track ng mga nuclei na ito ay sinusukat ng isang kumplikadong kagamitan na may mataas na katumpakan na nilikha sa Lebedev Physical Institute. Awtomatikong kinikilala ng complex ang mga track, tinutukoy ang kanilang mga geometric na parameter at, sa pag-extrapolate ng data ng pagsukat, hinahanap ang tinantyang haba ng track bago ito huminto sa olivine massif (tandaan na ang aktwal na laki ng kristal nito ay ilang milimetro).
Ang mga pang-eksperimentong resulta na nakuha ay nagpapatunay sa katotohanan ng pagkakaroon ng mga matatag na superheavy na elemento sa kalikasan.
A. Levin
Sa daan patungo sa isla ng katatagan
Ang mga siyentipiko ay nakikibahagi sa pinakabagong bersyon ng alchemical craft sa loob ng pitong dekada at maraming nagtagumpay dito: ang listahan ng mga opisyal na kinikilalang artipisyal na elemento, ang mga pangalan na pormal na inaprubahan ng International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), may kasamang 19 na posisyon.
Ito ay bubukas sa ika-93 elemento ng Periodic Table, na kilala mula noong 1940, neptunium, at nagtatapos sa ika-111 elemento, roentgenium, na unang ginawa noong 1994. Noong 1996 at 1998, ang mga elemento na may mga numero 112 at 114 ay hindi pa nakatanggap ng mga pangwakas na pangalan, at ang mga pansamantalang itinalaga sa kanila hanggang sa desisyon ng IUPAC Bureau ay nakakatakot - ununbium at ununquadium. Noong 2004, lumitaw ang mga ulat tungkol sa synthesis ng ika-113 at ika-115 na elemento, hanggang ngayon ay pinagkalooban ng pantay na hindi mabigkas na mga pangalan. Gayunpaman, mayroon silang sariling lohika ang mga ito ay mga serial number lamang ng mga elemento, na naka-encode gamit ang mga Latin na pangalan ng mga single-digit na numero. Halimbawa, ang ununbium ay nangangahulugang "isa-isa-dalawa."
Noong nakaraang taglagas, kumalat ang mga ulat sa buong mundo tungkol sa ganap na maaasahang pagtanggap ng isa pa napakabigat na elemento, ika-118. Hindi nagkataon na binigyang-diin ang pagiging maaasahan ng mga resultang ito. Ang katotohanan ay sa kauna-unahang pagkakataon ang gayong mga anunsyo ay lumitaw nang mas maaga - noong Hunyo 1999. Gayunpaman, nang maglaon, ang mga empleyado ng American Lawrence Livermore Laboratory, na gumawa ng aplikasyon para sa pagtuklas na ito, ay napilitang iwanan ito. Ito ay lumabas na ang data kung saan ito ay batay ay gawa-gawa ng isa sa mga eksperimento, ang Bulgarian na si Viktor Ninov. Noong 2002, nagdulot ito ng isang iskandalo. Sa parehong taon, ang mga siyentipiko ng Livermore na pinamumunuan ni Kenton Moody, kasama ang mga kasamahan sa Russia sa Joint Institute for Nuclear Research sa Dubna, na pinamumunuan ni Yuri Oganesyan, ay ipinagpatuloy ang mga pagsisikap na ito gamit ang ibang chain ng nuclear reactions. Ang mga eksperimento ay nakumpleto lamang tatlong taon mamaya, at ngayon sila ay humantong sa garantisadong synthesis ng ika-118 elemento - gayunpaman, sa halaga ng tatlong nuclei lamang. Ang mga resultang ito ay ipinakita sa isang papel na may dalawampung Russian at sampung Amerikanong lagda, na lumabas sa journal Physical Review noong Oktubre 9, 2006.
Pag-uusapan natin ang tungkol sa mga pamamaraan para sa paggawa ng napakabigat na artipisyal na elemento at ang magkasanib na gawain ng mga grupo ni Oganesyan at Moody sa ibang pagkakataon. Samantala, subukan nating sagutin ang isang hindi masyadong walang muwang na tanong: bakit ang mga nuclear physicist at chemist ay patuloy na nag-synthesize ng mas maraming elemento na may tatlong-digit na numero sa periodic table? Ang mga gawaing ito ay nangangailangan ng kumplikado at mamahaling kagamitan at maraming taon ng masinsinang pananaliksik - ngunit ano ang resulta? Ganap na walang silbi na hindi matatag na mga kakaibang core, na mabibilang din sa isang banda. Siyempre, kawili-wili para sa mga espesyalista na pag-aralan ang bawat naturang nucleus dahil lamang sa pagiging natatangi at pagiging bago nito para sa agham - halimbawa, pag-aralan ang mga radioactive decay, antas ng enerhiya at geometric na hugis nito. Para sa gayong mga pagtuklas kung minsan ay ibinibigay nila Mga Premyong Nobel, ngunit pa rin - ang laro ay nagkakahalaga ng kandila? Ano ang ipinangako ng mga pag-aaral na ito, kung hindi teknolohiya, at hindi bababa sa para sa pangunahing agham?
Munting ELEMENTARY PHYSICS
Una sa lahat, alalahanin natin na ang nuclei ng lahat ng mga elemento, nang walang pagbubukod, maliban sa hydrogen, ay binubuo ng mga particle ng dalawang uri - mga proton at neutron na positibong sisingilin na hindi nagdadala ng singil sa kuryente (ang hydrogen nucleus ay isang solong proton). Kaya lahat ng nuclei ay positibong sisingilin, at ang singil ng isang nucleus ay tinutukoy ng bilang ng mga proton nito. Tinutukoy din ng parehong numero ang bilang ng elemento sa Periodic Table. Sa unang tingin, ang sitwasyong ito ay maaaring mukhang kakaiba. Ang lumikha ng sistemang ito, si D.I Mendeleev, ay nag-utos ng mga elemento batay sa kanilang mga atomic na timbang at mga katangian ng kemikal, at ang agham ay walang ideya tungkol sa atomic nuclei noong panahong iyon (nga pala, noong 1869, nang matuklasan niya ang kanyang pana-panahong batas, 63 elemento lamang ang kilala). Ngayon alam natin (ngunit si Dmitry Ivanovich ay walang oras upang malaman) na ang mga katangian ng kemikal ay nakasalalay sa istraktura ng ulap ng elektron na nakapalibot sa atomic nucleus. Tulad ng nalalaman, ang mga singil ng isang proton at elektron ay pantay sa ganap na halaga at kabaligtaran sa tanda. Dahil ang atom sa kabuuan ay neutral sa kuryente, ang bilang ng mga electron ay eksaktong katumbas ng bilang ng mga proton - dito natuklasan ang nais na bono. Ang periodicity ng mga katangian ng kemikal ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang electron cloud ay binubuo ng hiwalay na "mga layer" - mga shell. Ang mga pakikipag-ugnayan ng kemikal sa pagitan ng mga atomo ay pangunahing ibinibigay ng mga electron sa mga panlabas na shell. Habang napuno ang bawat bagong shell, ang mga kemikal na katangian ng mga nagresultang elemento ay bumubuo ng isang makinis na serye, at pagkatapos ay ang kapasidad ng shell ay nagtatapos at ang susunod ay nagsisimulang punan - kaya ang periodicity. Ngunit narito tayo ay pumapasok sa gubat ng atomic physics, at hindi ito interesado sa atin ngayon;
Ang atomic nuclei ay karaniwang tinatawag na "nuclides", mula sa Latin na nucleus - nucleus. Samakatuwid ang karaniwang pangalan para sa mga proton at neutron - "nucleon". Ang nuclei na may parehong bilang ng mga proton, ngunit magkaibang bilang ng mga neutron, ay naiiba sa masa, ngunit ang kanilang mga elektronikong "damit" ay eksaktong pareho, Marie Curie. Nangangahulugan ito na ang mga atomo na naiiba sa isa't isa lamang sa bilang ng mga neutron ay hindi maaaring makilala sa kemikal at dapat ituring na mga varieties ng parehong elemento. Ang mga nasabing elemento ay tinatawag na isotopes (ang pangalang ito ay iminungkahi noong 1910 ng English radiochemist na si Frederick Soddy, na hinango ito sa mga salitang Griyego na isos - equal, identical at topos - place). Ang mga isotopes ay karaniwang itinalaga ng pangalan o kemikal na simbolo ng elemento, na sinamahan ng pagtatalaga ng kabuuang bilang ng mga nuklear na nucleon (ang tagapagpahiwatig na ito ay tinatawag na "mass number").
Ang lahat ng mga natural na elemento ay may maraming isotopes. Halimbawa, ang hydrogen, bilang karagdagan sa pangunahing bersyon ng one-proton, ay may mabigat na bersyon - deuterium at isang napakabigat na bersyon - tritium (sa kasaysayan, ang hydrogen isotopes ay may sariling mga pangalan). Ang deuterium nucleus ay binubuo ng isang proton at isang neutron, at ang tritium nucleus ay binubuo ng isang proton at dalawang neutron. Ang pangalawang elemento ng Periodic Table, helium, ay may dalawang natural na isotopes: ang napakabihirang helium-3 (dalawang proton, isang neutron) at ang mas karaniwang helium-4 (dalawang proton at dalawang neutron). Ang mga elemento ng puro laboratoryo ay pinanggalingan din, bilang panuntunan, na synthesize sa iba't ibang isotopic variant.
Hindi lahat ng atomic nuclei ay matatag. Ang ilan sa mga ito ay maaaring kusang naglalabas ng mga particle at nagbabago sa ibang mga nuclides. Ang phenomenon na ito ay natuklasan noong 1896 ng French physicist na si Antoine Henri Becquerel, na natuklasan na ang uranium ay naglalabas ng tumatagos na radiation na hindi alam ng siyensya. Pagkalipas ng dalawang taon, nakita ni Frederic Curie at ng kanyang asawang si Marie ang katulad na radiation mula sa thorium, at pagkatapos ay natuklasan ang dalawang hindi matatag na elemento na hindi pa kasama sa Periodic Table - radium at polonium. Tinawag ni Marie Curie ang kababalaghan, misteryoso mula sa punto ng view ng agham noong panahong iyon, radioactivity. Noong 1899, natuklasan ng Englishman na si Ernest Rutherford na ang uranium ay naglalabas ng dalawang uri ng radiation, na tinawag niyang alpha at beta rays. Pagkalipas ng isang taon, napansin ng Pranses na si Paul Villard ang radiation ng ikatlong uri sa uranium, na ang parehong Rutherford ay itinalaga ng ikatlong titik ng alpabetong Greek - gamma. Nang maglaon, natuklasan ng mga siyentipiko ang iba pang mga uri ng radyaktibidad.
Ang parehong alpha at gamma radiation ay lumitaw bilang isang resulta ng panloob na muling pagsasaayos ng nucleus. Ang mga alpha ray ay simpleng stream ng nuclei mula sa pangunahing isotope ng helium, helium-4. Kapag ang isang radioactive nuclide ay naglalabas ng alpha particle, ang mass number nito ay bumababa ng apat na unit at ang singil nito ay bumaba ng dalawa. Bilang resulta, inililipat ng elemento ang dalawang cell sa kaliwa sa periodic table. Ang alpha decay ay talagang isang espesyal na kaso ng isang buong pamilya ng mga decay, bilang isang resulta kung saan ang nucleus ay muling inaayos ang sarili nito at nawawala ang mga nucleon o mga grupo ng mga nucleon. May mga pagkabulok kung saan ang isang nucleus ay naglalabas ng isang proton, o isang neutron, o kahit isang mas malaking grupo ng mga nucleon kaysa sa isang alpha particle (ang mga naturang grupo ay tinatawag na "mabibigat na kumpol"). Ngunit ang gamma rays ay hindi materyal - sila ay electromagnetic quanta ng napakataas na enerhiya. Kaya't ang purong pagkabulok ng gamma ay, mahigpit na nagsasalita, hindi radioactivity sa lahat, dahil pagkatapos nito ang isang nucleus ay nananatiling may parehong bilang ng mga proton at neutron, lamang sa isang estado na may pinababang enerhiya.
Ang beta radioactivity ay sanhi ng mga pagbabagong nuklear ng isang ganap na naiibang uri. Ang mga particle na tinawag ni Rutherford na beta ray ay mga electron lamang, na naging malinaw nang napakabilis sa mga siyentipiko sa mahabang panahon, dahil ang lahat ng mga pagtatangka upang mahanap ang mga electron sa loob ng nuclei ay hindi humantong saanman. Noong 1934 lamang napagtanto ni Enrico Fermi na ang mga beta electron ay resulta hindi ng intranuclear rearrangements, ngunit ng mutual transformations ng mga nucleon. Ang beta radioactivity ng uranium nucleus ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang isa sa mga neutron nito ay nagiging isang proton at isang elektron. Mayroong beta radioactivity ng ibang uri: ang isang proton ay nagbabago sa isang positron at isang neutron (mapapansin ng mambabasa na sa parehong mga pagbabagong-anyo ang kabuuang singil ng kuryente ay nailigtas). Sa panahon ng pagkabulok ng beta, ang mga ultra-light at super-penetrating na neutral na mga particle - neutrino - ay inilalabas din (mas tiyak, ang positron beta decay ay humahantong sa pagsilang ng neutrino mismo, at electron - antineutrino). Sa panahon ng electronic beta decay, ang singil ng nucleus ay tumataas ng isa, at sa panahon ng positron decay, natural, bumababa ito ng parehong halaga.
Upang mas maunawaan ang beta decay, kailangan nating maghukay ng mas malalim. Ang mga proton at neutron ay itinuturing na tunay na elementarya na mga particle hanggang sa kalagitnaan ng dekada 60 ng huling siglo. Ngayon alam na natin na ang dalawa ay binubuo ng mga triplet ng quark - mas kaunti ang malalaking particle na nagdadala ng positibo o negatibong mga singil. Ang singil ng isang negatibong quark ay katumbas ng isang katlo ng singil ng isang elektron, at ang singil ng isang positibong quark ay katumbas ng dalawang katlo ng singil ng isang proton. Ang mga quark ay malapit na hinangin sa isa't isa dahil sa pagpapalitan ng mga espesyal na massless na particle - mga gluon - at hindi lamang umiiral sa isang libreng estado. Kaya ang mga beta decay ay talagang mga pagbabagong-anyo ng mga quark.
Ang mga nucleon sa loob ng nucleus ay muling konektado sa pamamagitan ng mga puwersa ng palitan, ang mga carrier na kung saan ay iba pang mga particle, pions (dati sila ay tinatawag na pi-mesons). Ang mga bono na ito ay hindi halos kasing lakas ng gluon bonding ng mga quark, kaya naman ang nuclei ay maaaring mabulok. Ang mga pwersang intranuklear ay hindi nakasalalay sa pagkakaroon o kawalan ng singil (kaya, lahat ng mga nucleon ay tumutugon sa isa't isa sa parehong paraan) at may napakaikling hanay ng pagkilos, humigit-kumulang 1.4x10-15 metro. Ang mga sukat ng atomic nuclei ay nakasalalay sa bilang ng mga nucleon, ngunit sa pangkalahatan sila ay nasa parehong pagkakasunud-sunod. Sabihin nating ang radius ng pinakamabigat na natural na nagaganap na nuclide, ang uranium-238, ay 7.4 x 10-15 metro para sa mas magaan na nuclei ay mas maliit ito.
MAS SERYOSO ANG PHYSICS
Tapos na tayo sa nuclear education, let's move on to more mga kawili-wiling bagay. Narito ang ilang mga katotohanan upang magsimula sa, ang paliwanag kung saan nagbubukas ng paraan upang maunawaan ang iba't ibang mga mekanismo ng nuclide synthesis.
Katotohanan 1.
Ang unang 92 elemento ng Periodic Table ay natuklasan sa Earth - mula sa hydrogen hanggang sa uranium (bagaman ang helium ay unang natuklasan sa pamamagitan ng mga spectral na linya sa Araw, at ang technetium, astatine, promethium at francium ay nakuha sa artipisyal na paraan, ngunit nang maglaon ay natuklasan silang lahat sa terrestrial bagay). Ang lahat ng mga elemento na may mataas na bilang ay nakuha sa artipisyal na paraan. Ang mga ito ay karaniwang tinatawag na transuranic na mga elemento, na nakatayo sa kanan ng uranium sa Periodic Table.
Katotohanan 3.
Ang ugnayan sa pagitan ng mga bilang ng mga intranuclear na proton at neutron ay hindi nangangahulugang arbitrary. Sa stable light nuclei ang kanilang mga numero ay pareho o halos pareho - sabihin, para sa lithium 3:3, para sa carbon 6:6, para sa calcium 20:20. Ngunit habang tumataas ang atomic number, mas mabilis na lumalaki ang bilang ng mga neutron at sa pinakamabigat na nuclei ay lumalampas ito sa bilang ng mga proton ng humigit-kumulang 1.5 beses. Halimbawa, ang nucleus ng stable isotope ng bismuth ay binubuo ng 83 protons at 126 neutrons (mayroong 13 mas hindi matatag, kung saan ang bilang ng mga neutron ay nag-iiba mula 119 hanggang 132). Para sa uranium at trans-uranium, ang ratio sa pagitan ng mga neutron at proton ay lumalapit sa 1.6.
Katotohanan 2.
Ang lahat ng mga elemento ay may hindi matatag na isotopes, natural na nagaganap o gawa ng tao. Halimbawa, ang deuterium ay stable, ngunit ang tritium ay sumasailalim sa beta decay (Sa pamamagitan ng paraan, mga dalawang libong radioactive nuclides ang kilala ngayon, na marami sa mga ito ay ginagamit sa iba't ibang mga teknolohiya at samakatuwid ay ginawa sa isang pang-industriya na sukat.) Ngunit ang unang 83 lamang. Ang mga elemento ay may matatag na isotopes Mga periodic table - mula hydrogen hanggang bismuth. Ang siyam na pinakamabigat na natural na elemento: polonium, astatine, radon, francium, radium, actinium, thorium, protactinium at uranium ay radioactive sa lahat ng kanilang isotopic na variant. Ang lahat ng transurans, nang walang pagbubukod, ay hindi rin matatag.
Paano ipaliwanag ang pattern na ito? Bakit walang carbon nuclei na may, sabihin nating, 16 neutrons (ang elementong ito ay may 13 isotopes na may bilang ng mga neutron mula 2 hanggang 14, gayunpaman, bilang karagdagan sa pangunahing isotope, carbon-12, carbon-13 lamang ang matatag)? Bakit hindi matatag ang lahat ng nuclides na may higit sa 83 proton?
Mapa ng katatagan ng nuklear
Tumataas ang atomic mass mula sa itaas ng mapa hanggang sa ibaba. Ang bilang ng mga proton ay tumataas patungo sa ibabang kanang sulok, ang bilang ng mga neutron - patungo sa ibabang kaliwa. Ang pinakamababang pulang bloke ay ang ika-112 na elemento.
Sa mga aklat-aralin sa nuclear physics maaari kang makakita ng isang napaka-visual na diagram na tinatawag na isotope map o ang lambak ng nuclear stability. Ang bilang ng mga neutron ay naka-plot kasama ang pahalang na axis nito, at ang bilang ng mga proton sa kahabaan ng vertical axis. Ang bawat isotope ay tumutugma sa isang tiyak na punto, halimbawa, ang pangunahing isotope ng helium - isang punto na may mga coordinate (2,2). Ang diagram na ito ay malinaw na nagpapakita na ang lahat ng aktwal na umiiral na isotopes ay puro sa isang medyo makitid na banda. Sa una, ang pagkahilig nito sa x-axis ay humigit-kumulang 45 degrees, pagkatapos ay medyo bumababa ito. Ang mga matatag na isotopes ay puro sa gitna ng strip, at ang mga madaling kapitan ng pagkabulok ay puro sa mga gilid.
Dito umusbong ang kalituhan. Ito ay malinaw na ang nuclei ay hindi maaaring binubuo ng mga proton lamang - sila ay mapunit sa pamamagitan ng electric repulsion forces. Ngunit ang mga neutron ay tila pinapataas ang mga distansya ng interproton at sa gayon ay nagpapahina sa pagtanggi na ito. At ang mga puwersang nuklear na nagsasama ng mga nucleon sa nucleus, tulad ng nabanggit na, ay kumikilos nang pantay sa parehong mga proton at neutron. Mukhang mas maraming neutron ang nasa nucleus, mas matatag ito. At kung hindi ito ang kaso, bakit?
Narito ang isang paliwanag "nasa iyong mga daliri". Ang nuclear matter ay sumusunod sa mga batas ng quantum mechanics. Ang mga nucleon ng parehong uri ay may half-integer spin, at samakatuwid, tulad ng lahat ng iba pang mga particle (fermions), sila ay napapailalim sa prinsipyo ng Pauli, na nagbabawal sa parehong mga fermin na sumakop sa parehong quantum state. Nangangahulugan ito na ang bilang ng mga fermion ng isang partikular na uri sa isang partikular na estado ay maaaring ipahayag sa dalawang numero lamang - 0 (estado na hindi inookupahan) at 1 (napuno ng estado).
Sa quantum mechanics, hindi tulad ng classical mechanics, lahat ng states ay discrete. Ang nucleus ay hindi bumagsak dahil ang mga nucleon sa loob nito ay pinagsasama-sama ng mga puwersang nuklear. Ito ay maaaring biswal na kinakatawan sa larawang ito - ang mga particle ay nakaupo sa isang balon at hindi basta-basta tumalon doon. Ginagamit din ng mga physicist ang modelong ito, na tinatawag ang isang balon bilang isang potensyal na balon. Ang mga proton at neutron ay hindi pareho, kaya't sila ay nakaupo sa dalawang hukay, at hindi sa isa. Sa parehong mga balon ng proton at neutron mayroong isang hanay ng mga antas ng enerhiya na maaaring sakupin ng mga particle na nahuhulog dito. Ang lalim ng bawat butas ay depende sa average na pakikipag-ugnayan ng puwersa sa pagitan ng mga bilanggo nito.
Ngayon tandaan na ang mga proton ay nagtataboy sa isa't isa, ngunit ang mga neutron ay hindi. Dahil dito, ang mga proton ay hinangin nang hindi gaanong mahigpit kaysa sa mga neutron, kaya ang kanilang potensyal na balon ay hindi masyadong malalim. Para sa light nuclei maliit ang pagkakaibang ito, ngunit tumataas ito habang tumataas ang nuclear charge. Ngunit ang mga enerhiya ng pinakamataas na hindi walang laman na antas sa parehong mga balon ay dapat na nag-tutugma. Kung ang upper filled neutron level ay mas mataas kaysa sa upper proton level, ang nucleus ay maaaring bawasan ang kabuuang enerhiya nito, "pagpipilit" sa neutron na sumasakop dito na sumailalim sa beta decay at maging isang proton. At kung ang gayong pagbabago ay masigasig na kanais-nais, ito ay mangyayari sa paglipas ng panahon, at ang nucleus ay magiging hindi matatag. Ang parehong pagtatapos ay magaganap kung ang anumang proton ay mangangahas na lumampas sa sukat ng enerhiya nito.
Kaya nakahanap kami ng paliwanag. Kung ang mga balon ng proton at neutron ay may halos pantay na lalim, na karaniwan para sa magaan na nuclei, kung gayon ang mga bilang ng mga proton at neutron ay magiging halos pareho. Habang lumilipat tayo sa periodic table, ang bilang ng mga proton ay tumataas, at ang lalim ng kanilang potensyal na balon ay nahuhulog nang higit pa sa likod ng lalim ng balon ng neutron. Samakatuwid, ang mabibigat na nuclei ay dapat maglaman ng mas maraming neutron kaysa sa mga proton. Ngunit kung ang pagkakaibang ito ay artipisyal na ginawang masyadong malaki (sabihin, sa pamamagitan ng pagbomba sa nucleus ng mga mabagal na neutron, na hindi ito hinahati sa mga fragment, ngunit simpleng "stick"), ang antas ng neutron ay tataas nang malaki sa antas ng proton, at ang nucleus ay tataas. magkawatak-watak. Ang pamamaraan na ito, siyempre, ay lubos na pinasimple, ngunit sa prinsipyo ito ay tama.
Mag-move on na tayo. Dahil, habang tumataas ang atomic number, mayroong progresibong labis sa bilang ng mga neutron sa mga proton, na nagpapababa sa katatagan ng nuclei, lahat ng mabibigat na nuclides ay dapat na radioactive. Totoo nga ito, hindi na natin uulitin ang ating Fact 2. At saka, parang may karapatan tayong mag-assume na ang mas mabibigat na nuclides ay unti-unting bababa, sa madaling salita, ang kanilang pag-asa sa buhay ay patuloy na bababa. Ang konklusyon na ito ay tila ganap na lohikal, ngunit ito ay hindi tama.
TREASURED ISLAND
Magsimula tayo sa katotohanan na ang pamamaraan na inilarawan sa itaas ay hindi isinasaalang-alang ng maraming. Halimbawa, mayroong tinatawag na nucleon pairing effect. Binubuo ito sa katotohanan na ang dalawang proton o dalawang neutron ay maaaring pumasok sa isang malapit na unyon, na bumubuo ng isang semi-autotomous na estado na may zero angular na momentum sa loob ng nucleus. Ang mga miyembro ng naturang mga pares ay mas malakas na naaakit sa isa't isa, na nagpapataas ng katatagan ng buong nucleus. Iyon ang dahilan kung bakit, ang iba pang mga bagay ay pantay, ang mga nuclei na may kahit na bilang ng mga proton at neutron ay nagpapakita ng pinakamalaking katatagan, at ang mga may kakaibang mga numero ay nagpapakita ng hindi gaanong katatagan. Ang katatagan ng nuclei ay nakasalalay din sa ilang iba pang mga pangyayari, masyadong espesyal para talakayin dito.
Ngunit hindi iyon ang pangunahing bagay. Ang isang nucleus ay hindi lamang isang homogenous na akumulasyon ng mga nucleon, kahit na sila ay ipinares. Maraming mga eksperimento ang matagal nang nakakumbinsi sa mga physicist na ang nucleus ay malamang na may layered na istraktura. Ayon sa modelong ito, sa loob ng nuclei ay may mga proton at neutron shell, na medyo katulad ng mga electron shell ng mga atomo. Ang nuclei na may ganap na punong mga shell ay lalong lumalaban sa mga kusang pagbabago. Ang mga bilang ng mga neutron at proton na tumutugma sa ganap na napuno na mga shell ay tinatawag na magic. Ang ilan sa mga numerong ito ay mapagkakatiwalaang tinutukoy sa mga eksperimento - ito ay, halimbawa, 2, 8 at 20.
At dito na magsisimula ang saya. Ginagawang posible ng mga modelo ng shell na kalkulahin ang mga magic number ng superheavy nuclei - kahit na walang kumpletong garantiya. Sa anumang kaso, mayroong lahat ng dahilan upang asahan na ang neutron number 184 ay magiging magic. Maaari itong tumutugma sa mga numero ng proton 114, 120 at 126, at ang huli, muli, ay dapat na mahiwagang. Dahil dito, maaari nating ipagpalagay na ang mga isotopes ng mga elemento 114, 120 at 126, na naglalaman ng 184 neutron bawat isa, ay mabubuhay nang mas matagal kaysa sa kanilang mga kapitbahay. Ang mga partikular na pag-asa ay inilalagay sa huling isotope, dahil ito ay naging dobleng mahiwagang. Ayon sa kombensiyon ng pagbibigay ng pangalan na tinalakay sa unang seksyon, dapat itong tawaging unbihexium-310.
Kaya, maaari tayong umasa na mayroon pa ring hindi natuklasang mga superheavy nuclides na nabubuhay nang napakahabang panahon, hindi bababa sa mga pamantayan ng kanilang agarang kapaligiran. Tinatawag ng mga physicist ang hypothetical family na ito na "isla ng katatagan." Ang hypothesis tungkol sa pagkakaroon nito ay unang ipinahayag ng kahanga-hangang American nuclear physicist (o, kung gusto mo, nuclear chemist) na si Glenn Seaborg, Nobel laureate 1951. Siya ay isang pinuno o pangunahing miyembro ng mga koponan na lumikha ng lahat ng siyam na elemento mula 94 (plutonium) hanggang 102 (nobelium), gayundin ang elemento 106, na pinangalanang seaborgium bilang karangalan sa kanya.
Ngayon ay masasagot na natin ang tanong na nagtatapos sa unang seksyon. Ang synthesis ng mga superheavy elements, bukod sa iba pang mga bagay, ay nagdadala ng mga nuclear physicist na hakbang-hakbang na mas malapit sa kanilang Holy Grail - isang isla ng nuclear stability. Walang sinuman ang makapagsasabi nang may katiyakan kung ang layuning ito ay makakamit, ngunit ang pagtuklas sa treasured island ay magiging isang malaking tagumpay para sa agham.
Nagawa na ang Element 114 - ito ay ununquadium. Ngayon ay na-synthesize na ito sa limang isotopic na bersyon na may bilang ng mga neutron mula 171 hanggang 175. Gaya ng nakikita mo, malayo pa ang 184 neutron. Gayunpaman, ang pinaka-matatag na isotopes ng ununquadium ay may kalahating buhay na wala pang 3 segundo. Para sa ika-113 na elemento ang figure na ito ay halos kalahating segundo, para sa ika-115 - mas mababa sa isang ikasampu. Ito ay nakapagpapatibay.
U-400 accelerator sa Joint Institute for Nuclear Research (Dubna),
kung saan nakuha ang ika-118 na elemento
SYNTHESIS NG 118TH
Lahat ng mga artipisyal na elemento mula ika-93 hanggang ika-100 ay | unang nakuha [sa pamamagitan ng irradiating nuclei | neutrons o deuterium nuclei] (deuterons). Hindi ito palaging nangyayari sa laboratoryo. Ang mga elemento 99 at 100 - einsteinium at fermium - ay unang nakilala sa panahon ng pagsusuri ng radiochemical ng mga sample ng sangkap na nakolekta sa lugar ng Pacific atoll ng Enewetak, kung saan noong Nobyembre 1, 1952, pinasabog ng mga Amerikano ang isang sampung megaton thermonuclear. singilin si "Mike". Ang shell nito ay gawa sa uranium-238. Sa panahon ng pagsabog, ang uranium nuclei ay nakakuha ng hanggang labinlimang neutron, at pagkatapos ay sumailalim sa mga chain ng beta decay, na sa huli ay humantong sa pagbuo ng isotopes ng dalawang elementong ito. Sa pamamagitan ng paraan, ang ilan sa kanila ay nabubuhay nang mahabang panahon - halimbawa, ang kalahating buhay ng einsteinium-254 ay 480 araw.
Ang mga elemento ng transfermium na may bilang na higit sa 100 ay na-synthesize sa pamamagitan ng pagbomba ng napakalaking ngunit hindi masyadong mabilis na pagkabulok ng mga nuclide na may mabibigat na ion na pinabilis sa mga espesyal na accelerator. Kabilang sa mga pinakamahusay na makina ng ganitong uri sa mundo ay ang U-400 at U-400M cyclotrons, na kabilang sa G. M. Flerov Laboratory of Nuclear Reactions ng Joint Institute for Nuclear Research. Ang ika-118 na elemento, ununoctium, ay na-synthesize sa U-400 accelerator. Sa periodic table ito ay matatagpuan nang eksakto sa ibaba ng radon at, samakatuwid, ay dapat na isang marangal na gas.
Gayunpaman, ito ay masyadong maaga upang pag-usapan ang tungkol sa pag-aaral ng mga kemikal na katangian ng ununoctium. Noong 2002, isang nucleus lamang ng isotope nito na may atomic weight na 294 (118 protons, 176 neutrons) ang nakuha, at dalawa pa noong 2005. Hindi sila nabuhay nang matagal - halos isang millisecond. Ginawa ang mga ito sa pamamagitan ng pagbomba ng californium-249 na target na may pinabilis na calcium-48 ions. Ang kabuuang bilang ng mga "bala" ng calcium ay 2x1019! Kaya ang pagiging produktibo ng ununoctium generator ay napakababa. Gayunpaman, ito ay isang tipikal na sitwasyon. Ngunit ang mga inihayag na resulta ay itinuturing na lubos na maaasahan, ang posibilidad ng pagkakamali ay hindi lalampas sa isang ikalibo ng isang porsyento.
Ang ununoctium nuclei ay sumailalim sa isang serye ng mga alpha decay, na sunud-sunod na nagiging isotopes ng ika-116, ika-114 at ika-112 na elemento. Ang huli, na nabanggit na ununbium, ay nabubuhay nang maikli at nahahati sa mabibigat na mga fragment na humigit-kumulang sa parehong masa.
Iyan ang buong kuwento sa ngayon. Noong 2007, ang parehong mga eksperimento ay umaasa na makagawa ng nuclei ng elemento 120 sa pamamagitan ng pagbomba sa isang plutonium na target ng mga iron ions. Patuloy ang pag-atake sa isla ng katatagan.
Ano ang bago sa agham at teknolohiya, No. 1, 2007
