Российские ученые открыли 116-й элемент таблицы Менделлева

За спиной у Юрия Оганесяна - таблица Менделеева после открытия семейства сверхтяжелых ядер.
Фото Юрия Туманова (ОИЯИ)

ОКОЛО двух месяцев назад, 14 июня, в лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне начался эксперимент по синтезу нового, 116-го, элемента таблицы Менделеева. И 19 июля, в 1 час 21 минуту, было зарегистрировано событие, которое можно интерпретировать как распад ядра 116-го элемента.

"В нашем циклотроне У-400 мы бомбардировали мишени из кюрия-248 ионами кальция-48, разогнанными до скорости 0,1 от скорости света, - рассказывает научный руководитель лаборатории ядерных реакций, член-корреспондент РАН Юрий Оганесян. - При слиянии должен был образоваться стабильный элемент, который испытывает альфа-распад и тогда превращается в 114-й. Этот, в свою очередь, - в 112-й элемент, а потом в 110-й. И вот, 19 июля, мы такую цепочку распадов зарегистрировали". Время жизни 116-го элемента - 50 миллисекунд. Пока зафиксировано только одно такое событие, но эксперимент будет продолжаться до конца года.

Однако важен не столько даже сам факт синтеза нового химического элемента. Уже 35 лет существует и развивается теоретическая гипотеза относительно того, что таблица Менделеева не кончается трансурановыми элементами. И это несмотря на то что по мере того, как мы идем ко все более тяжелым элементам, время их жизни резко уменьшается. Если уран, 92-й номер в таблице, живет миллиард лет, то 112-й элемент, который был синтезирован в Германии в 1995 г., живет 240 микросекунд! Но теория предсказывает, что если пойти еще дальше, ко все более тяжелым элементам, время их жизни начнет опять сильно возрастать.

В таком случае правомерно поставить вопрос: где верхняя граница периодической системы? Когда в прошлом веке Дмитрий Иванович Менделеев сформулировал свой периодический закон, ему было известно 63 химических элемента. К 1940 г. была заполнена практически вся таблица Менделеева до номера 92 - урана - включительно. (Кроме элемента 61 - прометий, открытого в 1945 г.) Надо сказать, что уран - это своего рода Рубикон в таблице Менделеева: последний элемент, распространенный в естественном виде в земной коре. Все последующие 18 трансурановых элементов в буквальном смысле творение рук человеческих. В природе их практически нет. И чем дальше за уран, тем меньше время существования новых атомов вплоть до тысячных долей секунды. Но вот что удивительно. Теоретики предсказали, что около элемента с атомным номером 114 при числе нейтронов в ядре 182 должен существовать "остров стабильности". Время жизни этого гипотетического элемента оценивается в несколько миллионов лет. Нынешний эксперимент в Дубне стал очень важным тестом на правильность всей ядерной теории.

"Честно сказать, больше всего нас интересует не синтез еще одного элемента. Ну, 116-й, ну еще один┘ Ну и что? - комментирует результаты эксперимента Юрий Оганесян. - Если действительно правильно (а как будто это так), структура ядерной материи может так сильно менять свойства всей системы - ядра, атома, потом молекулы - то, вообще-то говоря, речь идет о совершенно необычном веществе, основу которого составляет очень тяжелое ядро".

Впрочем, достигнуть пика - 114-го элемента со 182 нейтронами в ядре - невозможно. Никакие мыслимые на сегодня реакции синтеза не приводят к такому большому количеству нейтронов в ядре. В конце прошлого года в лаборатории ядерных реакций было синтезировано ядро 114-го элемента, но в него удалось "вбить" только 174 нейтрона. А в данной ситуации каждый нейтрон значит очень много. Так, прибавление всего шести нейтронов к ядру 112-го элемента со 165 нейтронами увеличивает время жизни нового изотопа в четыре млн. раз, и оно составляет минуты!

Однако о приближении к вершине "острова стабильности" можно судить и по "отрогам". Полученное ядро элемента # 116 содержит 180 нейтронов. По словам Оганесяна, на "отрогах" время жизни нового элемента оказалось даже больше, чем предсказывает теория. И этот факт сам по себе еще требует объяснения. Как бы там ни было, но вершина "острова стабильности" уже оконтурена: 116-й - это как бы перелет через нее, а 112-й - недолет.

"Надо пахать этот "остров стабильности", если не на вершине, то хотя бы на "отрогах" и полученные результаты экстраполировать на вершину, - уверен Юрий Оганесян. - И если только окажется, что на вершине время жизни ядра может исчисляться сотнями миллионов лет, то тогда надо ставить эксперимент по поиску сверхтяжелых элементов в земной коре". Практические следствия этой работы - самые фантастические. Например, если критическая масса урана составляет около 20 кг, то критическая масса сверхтяжелых элементов может быть всего несколько миллиграммов. Впрочем, это все пока только научная фантастика.

Фактически же после синтеза нового элемента # 116 таблицы Менделеева можно говорить об открытии целого радиоактивного семейства сверхтяжелых элементов подобно тому, как мы знаем радиоактивное семейство урана и тория. Один из выводов проведенных экспериментов касается теории синтеза атомных ядер: похоже, что заселение сверхтяжелых элементов нейтронами происходит сверху, а не снизу, как мы привыкли для стабильных элементов таблицы Менделеева. Тогда возникает вопрос: а где тот первичный источник сверхтяжелых элементов? Может быть, на него могут претендовать так называемые нейтронные звезды? Ответов пока нет.

Необходимо отметить и еще одну важную особенность эксперимента по синтезу нового элемента таблицы Менделеева: если можно так сказать, это чисто российский элемент. Чрезвычайно дорогой изотоп кальция-48 (один грамм стоит 250 тыс. долл.), по решению министра по атомной энергии РФ Евгения Адамова, для дубненских физиков наработали на комбинате "Электрохимприбор" города Лесной. Учитывая это обстоятельство, в лаборатории ядерных реакций разработали такую методику эксперимента, когда кальция-48 расходуется 0,3 мг в час. "Мы считаем одним из больших наших достижений, - подчеркивает Юрий Оганесян, - то, что это уникальное вещество нам удалось перевести в разряд рутинных. Это позволило нам вести эксперименты продолжительностью полгода. В США, например, попытались это сделать, но у них меньше 40 мг не получилось".

Кюрий-248, тоже весьма экзотическое вещество, изготовили в НИИ атомных реакторов Димитровграда.

А физики-теоретики уже обсуждают свойства элемента с порядковым номером┘ 400 и числом нейтронов в ядре - 900! Эти гипотетические ядра должны иметь вид пузыря, так называемый bubble-nuclear - центр ядра пустой... Похоже, что ядерная материя действительно неисчерпаема в своих проявлениях.