http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=1107c03f-b474-4384-8ddd-aa7814006877&print=1© 2024 Российская академия наук
Как подчеркивают ученые, о прикладной роли сверхтяжелых элементов в обозримом будущем речь не идет, это передовая фундаментальная наука. Но уже нашла практическое применение техника, созданная для синтеза новых элементов, — например, в ОИЯИ действует единственный в России центр, где в интересах Роскосмоса тестируется электроника для спутников на предмет устойчивости к космической радиации.
О том, почему новые химические элементы могут обладать необычными свойствами и потому не подчиняться периодическому закону Менделеева, какая уникальная техника в Дубне поможет их искать, и о предстоящем в Москве торжестве в честь 115-го и 118-го элементов Юрий Оганесян рассказал в интервью специальному корреспонденту РИА Новости Владимиру Сычеву в преддверии Дня российской науки.
— Юрий Цолакович, насколько неожиданным стало решение присвоить 118-му элементу ваше имя и какие эмоции оно у вас вызвало?
- По существующим правилам, названия вновь синтезированных химических элементов могут предлагать только авторы их открытия. Поэтому название 118-го элемента предложили совместно мои товарищи по работе в Дубне и коллеги из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса США, с которыми мы проводили эксперимент по синтезу. Это предложение было в июне прошлого года принято Международным союзом чистой и прикладной химии — IUPAC. После этого прошло пятимесячное обсуждение, и 29 ноября названия элементов были утверждены окончательно. Я благодарен коллегам за такую высокую оценку моей работы.
— Большие торжества были по этому поводу?
— Главное торжественное мероприятие еще впереди. 2 марта в Москве в Центральном доме ученых Российской академии наук состоится своего рода инаугурация новых элементов — по традиции, она проводится всегда, когда новому элементу присваивается название, так же как новорожденному дается имя.
На "инаугурацию" 115-го и 118-го элементов будут приглашены и руководители нашей науки, и губернатор Московской области, президенты Международного союза чистой и прикладной физики, Международного союза чистой и прикладной химии, руководитель отдела ядерной физики министерства энергетики США, директора Ок-Риджской и Ливерморской национальных лабораторий США, ведущие ученые США, Германии, Японии, Франции.
Я только что был в США на "инаугурации" 117-го элемента — тенессина, названного в честь штата Теннеси. Это один из наших совместных с американскими партнерами элемент. На 14 марта я приглашен в Токио, где пройдет "инаугурация" 113-го элемента — нихония, получившего свое название в честь Японии.
— Что движет учеными, ищущими новые элементы? И что вам принесло наибольшее удовлетворение — открытие "острова стабильности" сверхтяжелых элементов, впервые получившийся синтез элемента или что-то еще?
- Из того, что мы знаем о ядерных силах, фундаментальным следствием наших знаний было предсказание возможности существования "острова стабильности" сверхтяжелых элементов.
Один из ключевых научных вопросов — где находится граница нашего мира и в этом плане возможное количество химических элементов.
Если переходить от элемента с порядковым номером 92 — урана — к элементу номер 102, нобелию, период полураспада их ядер стремительно уменьшается — от 4,5 миллиарда лет до считанных секунд. Поэтому физики полагали, что продвижение в сторону еще более тяжелых элементов приведет очень быстро к пределу их существования и фактически обозначит границу существования материального мира.
Но в конце 1960-х годов теоретики выдвинули гипотезу о возможном существовании сверхтяжелых элементов. По их расчетам, время жизни ядер элементов с номерами 110-120 должно было существенно возрастать. Эти "долгожители" создают целую область гипотетических элементов, которую называют "островом стабильности" и которая значительно отодвигает ранее обозначенные пределы существования химических элементов.
Экспериментальная проверка этой гипотезы была серьезным экзаменом на предмет того, правильно ли мы понимаем природу ядерных сил. И теперь мы можем говорить, что этот трудный экзамен выдержан. И это я считаю наиболее важным, фундаментальным результатом нашей работы.
Теперь можно идти дальше и выяснять, а не единственный ли это "остров стабильности", может быть, есть еще "острова", состоящие из еще более тяжелых элементов. Таким образом, наш материальный мир не кончается просто уходом в "море нестабильности", как мы его называем, а имеет продолжение в виде "островов".
— Как вам в Дубне удалось обеспечить этот прорыв? Ведь поначалу синтез сверхтяжелых элементов был под вопросом?
— Это долгий разговор. Не было палочки-выручалочки, с помощью которой можно было одним махом исправить ситуацию. Да, нам в свое время пришлось очень нелегко. Долгое время никому в мире не удавалось синтезировать ни одного сверхтяжелого элемента. Причин могло быть только две — или не смогли, или гипотеза об их существовании несостоятельна.
Поэтому поднимать флаг синтеза сверхтяжелых элементов в тяжелые для страны 90-е годы, после безуспешных попыток решения этой задачи крупнейшими ядерными центрами мира, было, прямо скажем, совсем не ко времени. Но именно в этом особенность научного поиска — что он может не зависеть от внешних обстоятельств, будучи в своей сути не материальной, а чисто творческой субстанцией.
В какой-то момент мы поняли, что надо целиком изменить подход к решению задачи и значительно усложнить схему эксперимента. И, почувствовав веру в новый метод, несмотря на все трудности, выбрали этот сложный вариант. В итоге на нашем ускорительном комплексе У-400 в Дубне в течение 15 лет именно этим методом были синтезированы шесть новых элементов — от 113-го до 118-го.
— Если использовать уже официальное название 118-го элемента, то в Дубне был синтезирован его изотоп оганесон-294. Сейчас в Лаборатории ядерных реакций идут работы по синтезу более тяжелого изотопа 118-го — оганесона-296 при том, что в планах — синтез следующего, 119-го элемента. Зачем понадобилось делать своего рода шаг вбок? Или у 118-го элемента есть что-то такое, что требует дополнительных проверок?
— Правильный и интересный вопрос. Я думаю, что 118-м нам придется заниматься еще очень долго, и вот почему.
Возникает вопрос: являются ли вновь синтезированные сверхтяжелые элементы нормальными химическими элементами? Повторяют ли они свойства своих легких гомологов? Вписываются ли они в таблицу Менделеева в предсказанные им клетки? Ответ пока неясен. И поиск ответа на этот вопрос я бы назвал задачей номер один для дальнейшей работы.
По мере того как мы продвигаемся ко все более тяжелым элементам, может (а скорее всего, и будет) меняться их химическое поведение. Произойдет это вследствие того, что по мере увеличения заряда ядра квадратично растет энергия вращающихся вокруг него электронов. Скорость наиболее близких к ядру так называемых К-электронов постепенно приближается к скорости света. И, согласно теории относительности, возникают так называемые релятивистские эффекты, ведущие к изменению электронной структуры атома. Изменяются также энергия связи, квантовые характеристики последнего электрона, который определяет химические свойства данного элемента.
Возьмем самый тяжелый из ныне синтезированных элементов — 118-й. Согласно периодическому закону, он должен быть благородным газом. Но будет ли он таковым? Если окажется, что нет, то это будет означать конец периодичности или предел применимости этого закона. Тогда не исключено, что уже на 118-м элементе мы сможем увидеть его "выход" из своей клетки в таблице Менделеева.
Естественно, что последующие, более тяжелые элементы тем более будут вести себя не так, как предсказывает периодическая система. Поэтому мы остро озабочены этой проблемой. К сожалению, химические исследования известного нам изотопа 118-го элемента представляют большие трудности в силу его короткого времени жизни, составляющей около одной миллисекунды. Поэтому мы пытаемся получить другие, более долгоживущие изотопы 118-го элемента. Эти эксперименты уже начались.
— Как они идут?
— Наши американские коллеги смогли наработать в ядерном реакторе нужное количество более тяжелых изотопов 98-го элемента — калифорния с массой 250 и 251. Из смеси изотопов калифорния была впервые в мировой практике изготовлена мишень, которую доставили в Дубну. Мишень уже облучалась длительное время пучком ядер кальция-48.
Не входя в подробности, можно сказать, что по всем параметрам мы достигли запланированного уровня чувствительности эксперимента. По результатам этого полномасштабного облучения, после дополнительной доработки мишени, которая сейчас проводится в Ок-Риджской Национальной лаборатории, она вновь прибудет в Дубну в мае. Всю вторую половину этого года будет продолжено ее облучение пучком кальция-48.
Наряду с этим интерес и усилия теоретиков в настоящее время нацелены на расчеты электронной структуры 118-го элемента. Это уже начало исследований сверхтяжелых атомов.
— Сейчас в ОИЯИ идет строительство нового уникального экспериментального комплекса — "Фабрики сверхтяжелых элементов". Как она поможет в ваших новых поисках?
— Все наши исследования, связанные с синтезом сверхтяжелых элементов, весьма трудоемки. Мы счастливы, когда в результате синтеза получаем один желанный атом в день. Мы чувствуем себя еще бодро, когда получаем один атом в неделю. 118-й элемент получался по одному атому в месяц!
Вместе с тем приобретенные знания о реакциях синтеза сверхтяжелых элементов и свойствах их радиоактивного распада, а также прогресс в смежных науках и новые возможности современной техники позволяют принципиально поднять эффективность нашей работы в сто раз! Эти возможности будут реализованы в "Фабрике сверхтяжелых элементов".
Здание готово в такой степени, что в нем уже идет монтаж нового, более мощного ускорителя ДЦ-280. Мы планируем его пуск на конец нынешнего года.
Затем нам понадобится еще год, чтобы все проверить в работе, оттестировать аппаратуру, провести контрольные опыты, и тогда первый полноценный эксперимент мы сможем поста-вить уже в конце 2018 года.
— А какой эксперимент планируется на новой установке в качестве пилотного?
- Интересных экспериментов несколько — нам есть из чего выбрать. До пуска "Фабрики" мы попытаемся синтезировать упомянутые выше тяжелые изотопы 118-го элемента, чтобы окончательно выбрать ту задачу, которая будет первой решаться на новом ускорителе. Но в целом у "Фабрики" будет широкая программа. В программу, конечно, войдет синтез 119-го и 120-го элементов. Когда наши зарубежные коллеги в марте приедут на "инаугурацию" новых элементов, мы отправимся прямо на следующий день в Дубну для обсуждения ближайших планов наших совместных работ.