Физик Юрий Оганесян в поисках острова стабильности сверхтяжелых трансуранов

Академик Юрий Оганесян: «В буквальном смысле слова мы творим первозданную природу».

Через два дня, 14 апреля, исполнится 90 лет замечательному ученому академику Юрию Цолаковичу Оганесяну… Уже более 60 лет Юрий Оганесян занимается тем, что раздвигает – или, если можно так сказать, углубляет – таблицу Менделеева. Он занят синтезом трансуранов. То есть химических элементов, располагающихся в таблице Менделеева за 92-м, ураном.

Есть ли границы периодической системы?

Надо сказать, что уран – это своего рода Ру­бикон в таблице Менделеева: по­следний элемент, распространен­ный в естественном виде в земной коре. Все последующие транс­ураны – в букваль­ном смысле творение рук че­ловеческих. В природе их нет. И чем дальше за уран, тем меньше время существования новых ато­мов, вплоть до тысячных долей секунды. Именно по этой причине эксперименты по их синтезу и регистрации очень трудоемкие и очень-очень дорогие… Но вот что удивительно. Теоре­тики предсказали, что около атом­ного номера 114 при числе ней­тронов в ядре 182 должен суще­ствовать некий «остров стабильности» сверхтяжелых элементов (СТЭ).

Еще в 1993 году в беседе с корреспондентом «НГ» тогда член-корреспондент РАН и директор лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна) Юрий Оганесян рассказывал: «На сегодняшний день синтезированы и охарактеризованы элементы по 109-й включительно. Сейчас готовится элемент 110. И тут обнаружилась интересная закономерность: чем тяжелее новый элемент (больше порядковый номер, соответствующий числу протонов в ядре), тем меньше период его полураспада – вплоть до тысячных долей секунды. Но вот что важно. Все элементы после 104-го хоть и живут доли секунды, но это время жизни уже практически не изменяется с ростом номера. Таким образом, если всю совокупность химических элементов представить как некий полуостров в море нестабильности, то, вообще-то говоря, нет никаких оснований заявлять, что «земля» бесследно исчезает в морской пучине. Да, она уходит «под воду», но потом появляются «острова повышенной стабильности» – супертяжелые элементы».

Принципиальный способ достижения этих «островов стабильности» был известен уже и тогда. Одновременно с ростом числа протонов в ядре (то есть с ростом порядкового номера в таблице Менделеева) необходимо наращивать и число нейтронов. При числе нейтронов в ядре 184, где-то в районе 114-го номера в таблице Менделеева, как раз и должен появиться такой остров стабильности. Время жизни этого гипотетического элемента оценивается в несколько миллионов лет! Весь вопрос в том, как «вбить» в ядро эти 184 нейтрона. Вот этим и занимается академик Оганесян.

«Полученные результаты открывают совершенно новые перспективы для кардинального развития работ по синтезу новых элементов таблицы Менделеева, – поясняет Юрий Цолакович. – Выходит, что ядерная материя неоднородна. И если забираться все дальше в ее глубины, то мы можем синтезировать элементы, которые существовали на Земле 4,5 млрд лет назад, во время ее рождения, и, казалось бы, уже безвозвратно исчезли. В буквальном смысле слова мы творим первозданную природу. Получение первых двух супертяжелых трансурановых долгожителей – это фактически тест на правильность всей ядерной теории».

В это действительно верится с трудом. Попросту говоря, это ошеломляет и сейчас. Можно представить, как то, о чем говорит Юрий Оганесян, было сложно для восприятия даже экспертами… Накануне своего 90-летнего юбилея Юрий Оганесян рассказал «НГ» любопытный эпизод, произошедший с ним в конце 1950-х. Тогда он еще работал в Курчатовском институте в лаборатории под руководством легендарного ученого академика Георгия Николаевича Флерова.

«Если уран живет миллиарды лет, то изотоп сотого элемента вдруг начинает жить 300 миллисекунд. То есть он образовался – тут же распадается. Цепочка оборвалась, – поясняет Юрий Оганесян. – Вот он, предел? А почему бы 20 нейтронов сразу, одним махом туда (в ядра мишени из урана-238. – А.В.) не вогнать? Но облучать тогда надо не нейтроном, а нейтроноизбыточными ядрами, скажем, ионами неона вбить все эти протоны и нейтроны. Это была совсем новая идея. Это уже другая наука, она совсем не такая, как на нейтронах.

Я очень хорошо помню, как меня, еще молодого человека, два года только отработавшего у Флерова, направили участвовать в большом симпозиуме в ГЕОХИ в Москве в конце 1950-х, там собрался физический и химический бомонд. И Флеров сказал: «Давай, иди – доложи, что там у вас получается». Сидел Арцимович (академик Лев Андреевич Арцимович, один из основных участников советского атомного проекта. – А.В.). И он мне говорит – не Флерову, мне: «Я вас не понимаю. Вы хотите устроить крушение поездов и думаете, что при этом получится что-то новое?» Я не знал, что ответить ему. Но подумал: «Зачем так сильно бить-то? Ведь поезда иногда и сцепляют»…

За последние 50 лет Периодическую систему Д.И. Менделеева пополнили 17 новых элементов (102–118). Вернее, очень старых, ведь когда-то они присутствовали в земной коре, но полностью распались. Из этих 17 в ОИЯИ в лаборатории ядерных реакций, научным руководителем которой и сейчас является академик Юрий Оганесян, синтезировано 9 элементов. В том числе – 5 наиболее тяжелых (сверхтяжелых), замыкающих VII период в периодической таблице…

«Я считаю, что синтез новых элементов, замкнувший VII период таблицы Менделеева, вызывающий восторг завершенностью «иконы химиков» и манящий к исследованию химических свойств этой шестерки, к проверке фундаментального закона периодичности, теперь уже в релятивистских условиях сверхтяжелых атомов, может быть, стоил того, чтобы посвятить этому жизнь», – признался в беседе с корреспондентом «НГ» Юрий Оганесян.

«А правомерно ли говорить, что возникла ядерная химия по аналогии с ядерной физикой? Многие химики скептически относятся к этому: какая химия может быть на одном атоме, который к тому же существует 10–5 секунды», – интересуюсь у Оганесяна. Он вроде бы соглашается с моими сомнениями. И приводит один разговор, свидетелем которого был: «Я один раз присутствовал на коллегии Министерства (атомной энергетики и промышленности СССР. – А.В.), меня взял с собой Флеров, и такой вопрос Флерову задал Кикоин (академик Исаак Константинович Кикоин, руководитель одного из основных направлений урановой проблемы – разделения изотопов урана. – А.В.):

– Я вас не понимаю: что значит – химия на отдельных атомах?

А Флеров говорит:

– А что значит – отдельные атомы?

– Ну, как. Вы же говорите – 10 атомов, 20 атомов… Этого мало.

– А миллион атомов – много? Это тоже мало. Что значит – мало, много?.. Где пределы? На самом деле химию можно делать на одном атоме.

– Как?

– У вас есть один атом (если вы его не потеряете) на поверхности. Вы можете греть эту поверхность, вы можете определить его летучесть. Можем поменять материал поверхности и смотреть: здесь он дает соединение, а здесь не дает. А потом можете изменять температуру. А потом – изменять атмосферу. Дело не в количестве атомов, а в том, как вы меняете условия».

30 декабря 2015 года Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) официально подтвердил открытие химических элементов с атомными номерами 113, 115, 117 и 118. Приоритет в открытии признан: 113-й элемент – коллаборация института РИКЕН (Япония); 115-й и 117-й элементы − коллаборация Объединенного института ядерных исследований (Дубна, Россия), Ливерморской национальной лаборатории (США) и Окриджской национальной лаборатории (США); 118-й элемент − коллаборация Объединенного института ядерных исследований (Дубна, Россия) и Ливерморской национальной лаборатории (США).

А 28 ноября 2016 года ИЮПАК утвердил название 118-го – «оганесон» (Oganesson, Og) в честь профессора Юрия Цолаковича Оганесяна.

Сам Юрий Оганесян без всякого пафоса подчеркивает: «Неужели современному человеку так трудно понять и принять, что покорение атомной энергии есть великое завоевание человечества?! Ту энергию, которую природа заложила в атом, эту энергию люди могут взять назад, использовать так, как они это пожелают. Конечно, люди могут использовать эту энергию неправильно, они могут ошибаться… Но само по себе это великое достояние».