Mga resulta ng paghahanap para sa \"stable elements\". Muscovy mula sa Centaurus
Iminungkahi ng mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng New South Wales (Australia) at Unibersidad ng Mainz (Germany) na ang isa sa mga pinaka-hindi pangkaraniwang (kabilang sa mga kilala ng mga astronomo) na mga bituin ay naglalaman ng mga elemento ng kemikal mula sa isla ng katatagan. Ito ang mga elemento sa pinakadulo ng periodic table, sila ay nakikilala mula sa kanilang mga kapitbahay sa kaliwa sa pamamagitan ng mas mahabang buhay. Ang pag-aaral ay na-publish sa arXiv.org electronic preprint library, at pinag-uusapan ang mga resulta nito at matatag na superheavy na elemento ng kemikal.
Ang bituin na HD 101065 ay natuklasan noong 1961 ng Polish-Australian na astronomer na si Antonin Przybylski. Ito ay matatagpuan sa layo na halos 400 light years mula sa Earth sa konstelasyon na Centaurus. Malamang, ang HD 101065 ay mas magaan kaysa sa Araw at ito ay isang pangunahing sequence star, isang subgiant. Ang isang tampok ng bituin ni Przybylsky 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 natagpuan 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 nauunawaan. 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 pumupukaw ng mga reaksyon ng pagsasanib ng mabibigat na elemento. Ang hypothesis na ito ay hindi pa nakumpirma, bagaman posible na ang isang madilim na kasama ay matatagpuan sa layo na humigit-kumulang isang libong astronomical na unit mula sa HD 101065.
Larawan: N. Dautel / Globallookpress.com
Ang HD 101065 ay pinaka-katulad sa mga Ap-star, kakaiba (nakakaibang) luminaries ng spectral class A, kung saan ang spectrum ay pinahusay ang mga linya ng rare earth metals. Mayroon silang malakas na magnetic field, ang mga mabibigat na elemento sa kanilang kapaligiran ay nagmumula sa kailaliman. Naiiba ang HD 101065 sa iba pang Ap star sa mga panandaliang pagbabago sa light curve, na nagbigay-daan dito na maisama 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 umiiral na klasipikasyon ng mga bituin ay mapuputungan ng tagumpay balang araw. Bagama't ang bituin ni Przybylski ay itinuturing na isa sa mga pinaka-kakaiba, nagbibigay ito ng dahilan upang maghinala na mayroon itong isang bilang ng mga hindi pangkaraniwang katangian. Sa partikular, sa pinakabagong gawa, na nakatuon sa HD 101065, ipinapalagay ng mga mananaliksik ng Australia at Aleman na ang mga elemento ng kemikal na nauugnay sa isla ng katatagan ay ipinanganak sa Przybylsky star.
Nagpatuloy ang mga siyentipiko 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 sa 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 lang sa unexcited o light at medium-mass nuclei.
Ayon 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 dobleng magic number.
Ang nuclei na may magic number ng mga nucleon (protons at neutrons) ang may pinakamalakas na binding energy. Sa talahanayan ng mga nuclides, ang mga ito ay nakaayos tulad ng sumusunod: ang bilang ng mga proton ay ipinahiwatig nang pahalang mula kaliwa hanggang kanan sa pataas na pagkakasunud-sunod, at ang bilang ng mga neutron ay ipinahiwatig nang patayo mula sa itaas hanggang sa ibaba. Sa isang dobleng magic nucleus, ang bilang ng mga proton at neutron ay katumbas ng ilang magic number.
Ang kalahating buhay ng flerovium isotopes (elemento 114) na nakuha sa Dubna ay hanggang 2.7 segundo. Ayon sa teorya, dapat mayroong isotope ng flerovium-298 na may mahiwagang bilang ng mga neutron N=184 at isang buhay na halos sampung milyong taon. Hindi pa posible na i-synthesize ang naturang core. 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.
Ang mga may-akda ng publikasyon sa arXiv.org ay naniniwala na ang pagkakaroon ng mga actinides sa kapaligiran ng HD 101065 ay nagsasalita pabor sa pagkakaroon ng mga elemento ng kemikal mula sa isla ng katatagan sa parehong lugar. Ang mga actinides sa kasong ito ay ang produkto ng pagkabulok ng matatag na mga superheavy na elemento. Iminumungkahi ng mga siyentipiko na hanapin ang spectra ng HD 101065 para sa mga bakas ng nobelium, lawrencium, nihonium, 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. Sa Earth, ang mga elemento ng transuranium ay hindi natagpuan sa natural na kapaligiran. 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.
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. Dalawang beses silang magic: 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 pagkakaiba, parehong grupo sa Berkeley at Dubna, na nakikipagkumpitensya sa siyentipikong kompetisyon, sa pagkakataong ito ay dumating sa pinagkasunduan. 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 pag-usisa ng tao - ano ang mangyayari sa susunod na liko sa kalye? Gayunpaman, ito, siyempre, ay hindi lamang isang pang-agham na pag-usisa. Gayunpaman, nilinaw ni Ghiorso kung gaano kahalaga na ipagpatuloy ang naturang pangunahing pananaliksik.
Noong 1960s, ang teorya ng magic nuclear number ay nakakuha ng higit at higit na kahalagahan. 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. Nakapagtataka kung paano sineseryoso ng mga mananaliksik ang mga haka-haka na elementong ito, na parang umiiral na ang mga ito. Parami nang parami ang mga bagong data na kinukuha mula sa computer, at ngayon ay tiyak na alam na kung ano mga ari-arian - nuclear, crystallographic at kemikal - ay dapat magkaroon ng mga napakabigat na elementong ito. Naiipon ang tumpak na data sa espesyal na literatura para sa mga elementong 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 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, ang mga mananaliksik sa buong mundo ay sumugod sa 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 nilang 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 Leiden 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 Dubna ang kanilang mga sukat gamit ang isang napaka-sensitibong neutron detector sa pinakamalalim na minahan ng asin sa Unyong Sobyet, hindi sila nakakuha ng 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 mga lugar na may singil sa nuklear na lumampas 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 napupunta ang mga napakabigat na particle na ito sa stratosphere ng 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 meteorites. Ang mga physicist ay nagpahayag ng opinyon na ang epekto na 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 nakakita ng ilang mga kusang fission.
Gayunpaman, pagkatapos na maitatag na ang "natural" plutonium-244, na minsan mahalaga bahagi ng ating solar system, nag-iiwan ng ganap na katulad na mga bakas, ang interpretasyon ay nagsimulang isagawa nang mas maingat.
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. 4. Ibinigay ang kalahating buhay ng kahit na superheavy nuclei na may kinalaman 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 kinalaman sa spontaneous fission (Fig. 4a) ay ang nucleus na may Z = 114 at N = 184. Ang kalahating buhay nito na may kinalaman sa spontaneous fission ay ~10 16 taon. Para sa mga isotopes ng ika-114 na elemento, na naiiba sa pinaka-matatag sa pamamagitan ng 6-8 neutrons, ang kalahating buhay ay bumaba ng 10-15 na mga order ng magnitude. Ang kalahating buhay na may paggalang sa α-pagkabulok 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 madilim na tuldok. Sa fig. Ipinapakita ng 4d ang buong kalahating buhay. Para sa pantay-pantay na mga core 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 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). Para sa odd-even at even-odd na nuclei, ang kalahating buhay ay tumataas nang may kinalaman sa α-decay at spontaneous fission, at bumababa nang may kinalaman 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.
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 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 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 hanggang sa kasalukuyan (ipinapakita ang mga ito sa Fig. 5 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. 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, para sa nucleus 292 110, ang panghabambuhay na ~ 51 taon ay hinuhulaan.
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 isang elemento na may Z = 112 ay ang isotope 277 112, na may kalahating- buhay na 0.24 ms. Ang mas mabibigat na isotope 283 112 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 binigyang-kahulugan bilang kusang fission ng nabuong isotope 283 112. Para sa kalahating buhay ng bagong isotope na ito, nakuha ang pagtatantya ng T 1/2 = 81 s. Kaya, makikita na ang pagtaas sa bilang ng mga neutron sa 283112 isotope kumpara sa 277112 isotope ng 6 na yunit ay nagpapataas ng buhay ng 5 order ng magnitude.
Sa fig. Ipinapakita ng 7 ang sinusukat na tagal ng buhay ng Sg (Z = 106) isotopes ng seaborgium kumpara sa mga hula ng 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. Ang karagdagang impormasyon tungkol sa pagpuno ng shell sa rehiyon N = 162 ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-aaral ng α-decays ng 271 108 at 267 106 nuclei. 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, 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 8 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 208 Pb target na nucleus.
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.
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 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 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 208Pb ang 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 puwersa ng pang-akit na proton-proton, at pagkatapos punan ang subshell h 9/2 - sa pamamagitan ng mga puwersa ng pang-akit na 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, bumababa ang Coulomb barrier 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, gumaganap ang istraktura ng shell ng nuclei mahalagang papel sa pagbuo ng tambalang core. Batay sa modelong ito, posible na ilarawan nang maayos ang enerhiya ng paggulo ng compound nuclei at ang cross section para sa paggawa ng 102-112 na elemento sa mga reaksyon ng malamig na pagsasanib.
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 nasa mabuting pagsang-ayon sa mga nakaraang kalkulasyon.
Sa synthesis 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 292 116 isotope, na pagkatapos ay may 5% na posibilidad, bilang resulta ng dalawang magkasunod na e-capture, ay nagiging 292 114 isotope. 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 nabuo bilang 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, ang alpha decay ng 288 114 isotope ay maaaring magresulta sa pagbuo ng 284 112 isotope. 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 mga mabibigat na ion na may malaking N/Z ay dapat piliin bilang particle ng insidente.
- 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.
- Kinakailangan na ang resultang nucleus ay dapat magkaroon ng isang 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 Figure 11 ang tinantyang mga cross section para sa pagbuo ng mga elemento ng transuranium sa pag-iilaw ng 248 Cm, 249 Cf, at 254 Es na mga target na may pinabilis na 238 U ions. 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.
Ang pag-unlad sa larangan ng superheavy nuclei sa mga nakaraang taon ay nakamamanghang kahanga-hanga. Gayunpaman, sa ngayon ang lahat ng mga pagtatangka upang makahanap ng isang isla ng katatagan ay hindi matagumpay. Ang paghahanap sa kanya ay patuloy na masinsinan.
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 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 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 neutron 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 malayo 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 pinaka-matatag na elemento - Calcium, Tin at Lead, sa kabila ng Strait of Radioactivity ay namamalagi ang isla ng Heavy nuclei na may mga taluktok ng Uranus, Neptunium at Plutonium. At kahit na mas malayo ay dapat mayroong isang misteryosong isla ng Stability ng mga superheavy elements, 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 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 ilang 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.
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, na ang mga pangalan ay pormal na inaprubahan ng International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), kasama ang 19 mga posisyon.
Ito ay bubukas sa ika-93 elemento ng Periodic Table na kilala mula noong 1940 - neptunium at nagtatapos sa ika-111 - roentgenium, na unang ginawa noong 1994. Noong 1996 at 1998, ang mga elemento na may mga numerong 112 at 114 ay natanggap. Noong 2004, may mga ulat ng 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 "one-one-two".
Noong nakaraang taglagas, ang world press ay napapalibutan ng mga ulat ng isang ganap na maaasahang resibo ng isa pa napakabigat na elemento, ika-118. Ang pagiging maaasahan ng mga resultang ito ay hindi sinasadya. Ang katotohanan ay sa kauna-unahang pagkakataon ang gayong mga anunsyo ay lumitaw nang mas maaga - noong Hunyo 1999. Nang maglaon, gayunpaman, ang mga empleyado ng American Livermore Laboratory na ipinangalan kay Lawrence, na gumawa ng aplikasyon para sa pagtuklas na ito, ay napilitang tanggihan 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 malaking iskandalo. Sa parehong taon, ang mga siyentipiko mula sa Livermore, pinangunahan ni Kenton Moody, kasama ang mga kasamahan sa Russia mula sa Joint Institute for Nuclear Research sa Dubna, na pinamumunuan ni Yuri Oganesyan, ay ipinagpatuloy ang mga pagtatangka na ito gamit ang ibang chain ng nuclear reactions. Ang mga eksperimento ay natapos lamang tatlong taon mamaya, at ngayon ay humantong na sila sa garantisadong synthesis ng ika-118 na elemento - gayunpaman, sa halagang tatlong nuclei lamang. Ang mga resultang ito ay ipinakita sa isang artikulo na may dalawampung Russian at sampung Amerikanong lagda, na lumabas noong Oktubre 9, 2006 sa journal na Physical Review ni S.
Pag-uusapan natin ang tungkol sa mga pamamaraan para sa pagkuha ng napakabigat na artipisyal na elemento at tungkol sa magkasanib na gawain ng mga grupong Oganesyan at Moody mamaya. 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 parami nang parami ng mga bagong elemento na may tatlong-digit na numero sa Sistemang pana-panahon? Ang mga gawaing ito ay nangangailangan ng kumplikado at mamahaling kagamitan at maraming taon ng masinsinang pananaliksik - at ano ang resulta? Ganap na walang silbi na hindi matatag na mga kakaibang core, na, bukod dito, ay mabibilang sa mga daliri. Siyempre, interesado ang mga espesyalista na pag-aralan ang bawat naturang nucleus dahil lamang sa pagiging natatangi at pagiging bago nito para sa agham - halimbawa, upang pag-aralan ang mga radioactive decay, antas ng enerhiya at geometric na hugis nito. Para sa gayong mga pagtuklas kung minsan ay nagbibigay Mga Premyong Nobel, ngunit pa rin - ang laro ay nagkakahalaga ng kandila? Ano ang ipinangangako ng mga pag-aaral na ito, kung hindi teknolohiya, at least fundamental science?
Munting ELEMENTARY PHYSICS
Una sa lahat, naaalala namin na ang nuclei ng lahat ng mga elemento nang walang pagbubukod, maliban sa hydrogen, ay binubuo ng mga particle ng dalawang uri - mga positibong sisingilin na mga proton at neutron na hindi nagdadala ng isang electric charge (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. Ang parehong numero ay tumutukoy sa bilang ng elemento sa Periodic system. Sa unang tingin, ang sitwasyong ito ay maaaring mukhang kakaiba. Ang lumikha ng sistemang ito, D. I. Mendeleev, ay nag-utos ng mga elemento batay sa kanilang mga atomic na timbang at mga katangian ng kemikal, at pagkatapos ay hindi pinaghihinalaan ng agham ang atomic nuclei (nga pala, noong 1869, nang matuklasan niya ang kanyang pana-panahong batas, 63 elemento lamang ang kilala). Ngayon alam natin (at 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 alam mo, ang mga singil ng proton at electron ay pantay sa ganap na halaga at kabaligtaran sa sign. Dahil ang atom sa kabuuan ay electrically neutral, ang bilang ng mga electron ay eksaktong katumbas ng bilang ng mga proton - iyon ang gustong koneksyon at natuklasan. Ang periodicity ng mga katangian ng kemikal ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan 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 ng 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 kami ay pumapasok sa wilds ng atomic physics, at hindi ito interesado sa amin ngayon, magkakaroon kami ng oras upang pag-usapan ang tungkol sa nuclei.
Ang atomic nuclei ay karaniwang tinatawag na "nuclides", mula sa Latin na nucleus - nucleus. Kaya ang karaniwang pangalan para sa mga proton at neutron - "nucleon". Nuclei na may parehong bilang ng mga proton, ngunit magkaiba - ang mga neutron ay naiiba sa masa, ngunit ang kanilang mga elektronikong "damit" ay ganap na pareho si Marie Curie. Nangangahulugan ito na ang mga atom 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 tinutukoy ng pangalan o kemikal na simbolo ng elemento, na sinusundan 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. Sabihin natin na ang hydrogen, bilang karagdagan sa pangunahing bersyon ng one-proton, ay may isang mabigat - deuterium at isang superheavy - tritium (sa kasaysayan, ang hydrogen isotopes ay may sariling mga pangalan). Ang nucleus ng deuterium ay binubuo ng isang proton at isang neutron, tritium - ng isang proton at dalawang neutron. Ang pangalawang elemento sa Periodic Table, ang 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 na puro laboratoryo ay pinanggalingan din, bilang panuntunan, na synthesize sa iba't ibang isotopic na variant.
Hindi lahat ng atomic nuclei ay matatag. Ang ilan sa kanila ay maaaring kusang naglalabas ng mga particle at maging iba pang 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 Frédéric Curie at ng kanyang asawang si Marie ang isang katulad na paglabas 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 pananaw ng agham noon, radioactivity. Noong 1899, natuklasan ng Englishman na si Ernest Rutherford na ang uranium ay naglalabas ng dalawang uri ng radiation, na pinangalanan niyang alpha at beta ray. 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 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 ng pangunahing isotope ng helium, helium-4. Kapag ang isang radioactive nuclide ay naglalabas ng alpha particle, ang mass number nito ay bababa ng apat at ang singil nito ay bumaba ng dalawa. Bilang isang resulta, ang elemento ay inilipat sa periodic table dalawang mga cell sa kaliwa. 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 inayos at nawawala ang mga nucleon o mga grupo ng mga nucleon. May mga pagkabulok kung saan ang 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 ray ay hindi materyal - ito ay electromagnetic quanta ng napakataas na enerhiya. Kaya't ang purong pagkabulok ng gamma ay, mahigpit na pagsasalita, hindi radioactivity sa lahat, dahil pagkatapos nito ay nananatiling isang nucleus na 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 lang, na mabilis na lumabas. Ang pangyayaring ito ay naguguluhan sa mga siyentipiko sa mahabang panahon, dahil ang lahat ng pagtatangka upang mahanap ang mga electron sa loob ng nuclei ay humantong sa wala. Noong 1934 lamang nahulaan ni Enrico Fermi na ang mga beta electron ay hindi resulta ng intranuclear rearrangements, ngunit ng magkaparehong pagbabago 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 ibang uri ng beta radioactivity: ang isang proton ay nagiging isang positron at isang neutron (mapapansin ng mambabasa na sa parehong mga pagbabagong-anyo ang kabuuang singil ng kuryente ay pinapanatili). Ang beta decay ay naglalabas din ng ultra-light at super-petrating neutral particle - neutrino (mas tiyak, ang positron beta decay ay humahantong sa pagsilang ng neutrino mismo, at electronic - antineutrino). Sa electronic beta decay, ang singil ng nucleus ay tumataas ng isa, na may positron decay, siyempre, bumababa ito ng parehong halaga.
Para sa isang mas kumpletong pag-unawa sa beta decay, kailangan mong maghukay ng mas malalim. Ang mga proton at neutron ay itinuturing na tunay na elementarya na mga particle lamang hanggang sa kalagitnaan ng 1960s. Ngayon alam na natin na ang dalawa ay binubuo ng mga triplet ng quark - mas kaunti ang malalaking particle na nagdadala ng mga positibo o negatibong 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 ibinebenta sa isa't isa dahil sa pagpapalitan ng mga espesyal na massless na particle - mga gluon - at simpleng hindi 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 (dating sila ay tinatawag na pi-mesons). Ang mga bono na ito ay hindi kasinglakas ng gluon bonding ng mga quark, kaya naman ang nuclei ay maaaring mabulok. Ang mga pwersang intranuklear ay hindi nakadepende sa pagkakaroon o kawalan ng isang singil (kaya, lahat ng nuclei ay tumutugon sa isa't isa sa parehong paraan) at may napakaikling saklaw, humigit-kumulang 1.4x10-15 metro. Ang mga sukat ng atomic nuclei ay nakasalalay sa bilang ng mga nucleon, ngunit sa pangkalahatan ay pareho ang pagkakasunud-sunod. Sabihin nating ang radius ng pinakamabigat na natural na nagaganap na nuclide, ang uranium-238, ay 7.4x10-15 metro, para sa mas magaan na nuclei ay mas maliit ito.
MAS SERYOSO ANG PISIKA
Tinapos na natin ang nuclear educational program, magpatuloy tayo sa higit pa kawili-wiling mga bagay. Upang magsimula, narito ang ilang mga katotohanan, 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 System ay natuklasan sa Earth - mula sa hydrogen hanggang sa uranium (bagaman ang helium ay unang natuklasan mula sa 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 malaking bilang ay nakuha sa artipisyal na paraan. Karaniwang tinatawag silang transuranium, na nakatayo sa Periodic system sa kanan ng uranium.
Katotohanan 3.
Ang ratio 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 sa pagtaas ng atomic number, ang bilang ng mga neutron ay lumalaki nang mas mabilis at sa pinakamabigat na nuclei ay lumampas sa bilang ng mga proton ng humigit-kumulang 1.5 beses. Halimbawa, ang nucleus ng isang matatag na isotope ng bismuth ay binubuo ng 83 proton at 126 na neutron (mayroong 13 higit pang hindi matatag, kung saan ang bilang ng mga neutron ay nag-iiba mula 119 hanggang 132). 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 artipisyal. 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, marami sa mga ito ay ginagamit sa iba't ibang mga teknolohiya at samakatuwid ay ginawa sa isang pang-industriyang sukat.) Ngunit ang unang 83 elemento lamang may mga matatag na isotopes na 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. Nang walang pagbubukod, ang lahat ng transurans ay hindi rin matatag.
Paano ipaliwanag ang pattern na ito? Bakit walang carbon nuclei, halimbawa, na may 16 na neutron (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 ang lahat ng mga nuclides na may higit sa 83 proton ay hindi matatag?
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 ay tumataas patungo sa ibabang kaliwa. Ang pinakamababang pulang bloke ay ang ika-112 na elemento.
Sa mga aklat-aralin ng nuclear physics, makakahanap ka 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 nito. 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 tunay na umiiral na isotopes ay puro sa isang medyo makitid na banda. Sa una, ang pagkahilig nito sa abscissa axis ay humigit-kumulang 45 degrees, pagkatapos ay medyo bumababa ito. Ang mga matatag na isotopes ay puro sa gitna ng banda, at sa mga gilid - madaling kapitan ng sakit sa isa o isa pang pagkabulok.
Dito lumalabas ang kalabuan. Ito ay malinaw na ang nuclei ay hindi maaaring binubuo ng mga proton lamang - sila ay mapunit sa pamamagitan ng mga puwersa ng electrical repulsion. 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 nag-uugnay sa mga nucleon sa nucleus, tulad ng nabanggit na, ay kumikilos sa parehong paraan sa parehong mga proton at neutron. Mukhang mas maraming neutron sa nucleus, mas matatag ito. At kung hindi naman, bakit?
Narito ang paliwanag "sa mga daliri". Ang nuclear matter ay sumusunod sa mga batas ng quantum mechanics. Ang mga nucleon ng parehong uri ay may kalahating integer na spin, at samakatuwid, tulad ng lahat ng iba pang mga particle (fermions), sinusunod nila ang prinsipyong Pauli, na nagbabawal sa magkatulad na mga fermin na sumakop sa parehong quantum state. Nangangahulugan ito na ang bilang ng mga fermion ng isang naibigay na uri sa isang tiyak na estado ay maaaring ipahayag lamang ng dalawang numero - 0 (ang estado ay hindi inookupahan) at 1 (ang estado ay puno).
Sa quantum mechanics, sa kaibahan sa classical mechanics, lahat ng estado ay discrete. Ang nucleus ay hindi bumagsak dahil ang mga nucleon sa loob nito ay hinihila ng mga puwersang nuklear. Ito ay maaaring biswal na kinakatawan ng isang larawan - ang mga particle ay nakaupo sa balon at hindi maaaring tumalon mula doon. Ginagamit din ng mga physicist ang modelong ito, na tinatawag ang balon na isang potensyal na balon. Ang mga proton at neutron ay hindi pareho, kaya nakaupo sila sa dalawang hukay, hindi isa. Parehong sa proton at sa balon ng neutron mayroong isang hanay ng mga antas ng enerhiya na maaaring sakupin ng mga particle na nahulog dito. Ang lalim ng bawat hukay ay nakasalalay sa average na pakikipag-ugnayan ng puwersa sa pagitan ng mga bihag 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 ibinebenta nang mas mahina kaysa sa mga neutron, kaya ang kanilang potensyal na balon ay hindi kasing lalim. 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 tumugma. Kung ang upper filled neutron level ay mas mataas kaysa sa upper proton level, maaaring bawasan ng nucleus ang kabuuang enerhiya nito, "pagpipilitan" sa neutron na sumasakop dito na sumailalim sa beta decay at maging isang proton. At sa sandaling ang gayong pagbabago ay magiging masigasig na kanais-nais, ito ay mangyayari sa paglipas ng panahon, ang nucleus ay magiging hindi matatag. Ang parehong finale ay magaganap kung ang anumang proton ay mangangahas na lumampas sa sukat ng enerhiya nito.
Narito mayroon kaming paliwanag. Kung ang mga balon ng proton at neutron ay may halos parehong lalim, na karaniwan para sa magaan na nuclei, kung gayon ang mga bilang ng mga proton at neutron ay humigit-kumulang pareho din. Habang ang isa ay gumagalaw sa periodic table, ang bilang ng mga proton ay tumataas, at ang lalim ng kanilang potensyal na balon ay mas nahuhuli sa lalim ng neutron well. 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 (halimbawa, sa pamamagitan ng pagbomba sa nucleus ng mga mabagal na neutron na hindi ito hinahati sa mga fragment, ngunit simpleng "dumikit", ang antas ng neutron ay tataas nang malaki sa antas ng proton, at ang nucleus ay mabubulok. . Ang pamamaraan na ito, siyempre, ay lubos na pinasimple, ngunit sa prinsipyo ito ay tama.
Tayo ay pumunta sa karagdagang. Dahil, habang tumataas ang atomic number, mayroong progresibong labis na mga neutron sa mga proton, na nagpapababa sa katatagan ng nuclei, lahat ng mabibigat na nuclides ay dapat na radioactive. Totoo nga ito, huwag na nating ulitin ang ating Fact 2. At saka, mukhang tama ang pag-aakala natin na ang mas mabibigat na nuclides ay bababa nang unti-unti, sa madaling salita, ang kanilang pag-asa sa buhay ay patuloy na bababa. Ang konklusyong ito ay mukhang ganap na lohikal, ngunit ito ay mali.
TREASURED ISLAND
Magsimula tayo sa katotohanan na ang pamamaraan na inilarawan sa itaas ay hindi gaanong isinasaalang-alang. 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 sa loob ng nucleus na may zero angular momentum. 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 pantay na bilang ng mga proton at neutron ay nagpapakita ng pinakamalaking katatagan, at ang pinakamaliit - na may mga kakaiba. Ang katatagan ng nuclei ay nakasalalay din sa ilang iba pang mga pangyayari na masyadong espesyal para talakayin dito.
Ngunit ang pangunahing bagay ay hindi kahit na. Ang 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 pisiko na ang nucleus ay malamang na may layered na istraktura. Ayon sa modelong ito, ang mga shell ng proton at neutron ay umiiral sa loob ng nuclei, na medyo katulad ng mga shell ng elektron 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 mga magic number. Ang ilan sa mga numerong ito ay mapagkakatiwalaang natukoy sa eksperimentong paraan, gaya ng 2, 8, at 20.
At dito nagsisimula ang pinaka-kawili-wili. Ginagawang posible ng mga modelo ng shell na kalkulahin ang mga mahiwagang numero ng superheavy nuclei - kahit na walang ganap na garantiya. Sa anumang kaso, mayroong lahat ng dahilan upang asahan na ang neutron number 184 ay magiging mahiwagang. Ang mga numero ng proton na 114, 120 at 126 ay maaaring tumutugma dito, at ang huli, muli, ay dapat na magic. Samakatuwid, maaari itong ipalagay na ang mga isotopes ng ika-114, ika-120 at ika-126 na elemento, na naglalaman ng 184 neutron bawat isa, ay mabubuhay nang mas matagal kaysa sa kanilang mga kapitbahay. Ang mga espesyal na pag-asa ay naka-pin sa huling isotope, dahil ito ay lumalabas na dobleng mahiwagang. Ayon sa kombensiyon ng pagbibigay ng pangalan na tinalakay sa unang seksyon, dapat itong tawaging unbihexium-310.
Kaya, maaaring umasa ang isa 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 ng 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 ang pinuno o pangunahing miyembro ng mga pangkat na lumikha ng lahat ng siyam na elemento mula 94 (plutonium) hanggang 102 (nobelium), gayundin ang elemento 106, na ipinangalan sa kanya na seaborgium.
Ngayon ay masasagot mo na 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 banal na kopita - ang isla ng nuclear stability. Walang sinuman ang makapagsasabi nang may katiyakan kung ang layuning ito ay makakamit, ngunit ang pagtuklas sa inaasam-asam na isla ay magiging isang malaking tagumpay para sa agham.
Nalikha na ang Element 114 - ito ay ununquadium. Ngayon ito ay na-synthesize sa limang isotopic na bersyon na may bilang ng mga neutron mula 171 hanggang 175. Gaya ng nakikita mo, hanggang 184 na neutron ay malayo pa rin. 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 118
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). Ito ay hindi palaging nangyayari sa lab. Ang mga elemento 99 at 100 - einsteinium at fermium - ay unang nakilala sa panahon ng pagsusuri ng radiochemical ng mga sample ng bagay na nakolekta sa lugar ng Pacific Atoll ng Eniwetok, kung saan noong Nobyembre 1, 1952, pinasabog ng mga Amerikano ang sampung megaton na thermonuclear charge na "Mike. ". Ang shell nito ay gawa sa uranium-238. Sa panahon ng pagsabog, ang uranium nuclei ay nagkaroon ng oras upang sumipsip ng hanggang labinlimang neutron, at pagkatapos ay sumailalim sa mga tanikala ng mga beta decay, na sa huli ay humantong sa pagbuo ng mga 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 sa mundo ng ganitong uri ay ang U-400 at U-400M cyclotrons na kabilang sa Flerov Laboratory of Nuclear Reactions ng Joint Institute for Nuclear Research. Ito ay sa U-400 accelerator na ang ika-118 na elemento, ununoctium, ay na-synthesize. Sa periodic table, ito ay matatagpuan eksakto sa ilalim ng radon at, samakatuwid, ay dapat na isang marangal na gas.
Gayunpaman, 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, noong 2005 dalawa pa. Hindi sila nabuhay nang matagal - mga isang millisecond. Ginawa ang mga ito sa pamamagitan ng pagbomba sa isang californium-249 na target na may pinabilis na mga calcium-48 ions. Ang kabuuang bilang ng mga "bala" ng calcium ay 2x1019! Kaya ang pagganap 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 naging isotopes ng ika-116, ika-114 at ika-112 na elemento. Ang huling, nabanggit na ununbium, ay nabubuhay nang napakaikling panahon at nahahati sa mabibigat na mga fragment na humigit-kumulang sa parehong masa.
Iyon 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.
What's New in Science and Technology, No. 1, 2007
