Академик Юрий Оганесян и бесконечная таблица Менделеева

Академик Юрий Оганесян. Фото Андрея Ваганова

3 ноября 2021 г. было объявлено, что первая Международная премия ЮНЕСКО-России им. Д.И. Менделеева за достижения в области фундаментальных наук будет присуждена профессору Винченцо Бальзани (Италия) и академику, профессору Юрию Оганесяну (Российская Федерация). Это решение было принято на основании рекомендации авторитетного международного жюри под председательством лауреата Нобелевской премии по химии 2016 года профессора Жан-Пьера Соважа, сообщает официальный пресс-релиз ЮНЕСКО. Премия будет вручена лауреатам в ходе церемонии, которая пройдет в штаб-квартире ЮНЕСКО в Париже, 15 ноября, в рамках работы 41-й сессии Генеральной конференции.

Винченцо Бальзани, почетный профессор химии в Болонском университете, «Удостаивается Премии в знак признания перспективности его выдающихся научных открытий в области базовых химических дисциплин, а также за многолетние усилия в деле поощрения международного сотрудничества, научного образования и содействия устойчивому развитию», - отмечается в официальном сообщении ЮНЕСКО.

Академик Юрий Цолакович Оганесян, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, «Удостаивается Премии в знак признания его прорывных открытий, позволивших дополнить Периодическую таблицу химических элементов Д.И. Менделеева, а также за вклад в развитие фундаментальных наук в общемировом масштабе».

Деятельность профессора Оганесяна оказала принципиальное влияние на сферу синтеза и изучения новых химических элементов периодической системы. Он был ключевым участником ряда важных международных научных проектов, приведших в числе прочего к открытию сверхтяжелых химических элементов, в частности элемента с атомным номером 118.

В беседе с корреспондентом «НГ» Юрий Цолакович Оганесян попытался объяснить, насколько необычным был этот путь к 118-му элементу.

- 1957 год. Георгий Николаевич Флеров инициирует создание лаборатории ядерных реакций, ЛЯР. Мне интересно: он изначально ставил такую цель – поиск (синтез) сверхтяжелых элементов?

- Это хороший вопрос. Но чтобы на него ответить, надо посмотреть, кто такой был Флеров, и кто такой был Глен Сиборг.

Оба они, и Флеров, и Сиборг, вышли из атомного проекта. Оба сыграли и в советском, и в американском атомных проектах ключевую роль. Оба, в какой-то мере, оказались в одинаковой ситуации, когда этот атомный проект был завершен. И в США, и в СССР – успешно. С той только разницей, что у нас немного позже – на полях России полыхала война. Но, вообще-то говоря, темп был примерно одинаковым.

И вот, поставьте себя в положение этих людей. Что дальше?

Этот вопрос – что дальше? – в человеческом понимании, очень суровый вопрос. Это относится и к солдату, который вернулся с войны.

Они, Сиборг и Флеров, люди, которые вошли в атомные проекты как физики, передовые физики, научные работники. Сиборг был известен совей теорией актинидов, Флеров – открыл спонтанное деление ядер. И они пошли на прикладную работу – делать бомбу. И они сделали. Что дальше? Психологически – это очень сильный момент… А кому ты нужен? Будешь делать, что ты делал? Среди людей научного профиля, некоторые продолжали то, что они делали, дальше – совершенствовали то, что принципиально было сделано. Кто пошел дальше – делали водородную бомбу. А Флеров и Сиборг ушли в науку.

В какую науку? Наука – она бескрайняя…

Когда они делали бомбу, у них бала задача – получить плутоний. Когда они построили реактор, они поняли, что можно накапливать плутоний в больших количествах. Плутоний – искусственный материал. Почему плутоний, а не уран? Уран – 50 кило, а плутоний всего 10 кило. А если дальше? Не плутоний, а, не амереций, скажем? (№ 95 в таблице Менделеева – А.В.) А еще дальше? А если – калифорний? (№ 98). То есть, там атомные бомбы могут быть пулей. То есть, грубо говоря, это движение к более компактному источнику энергии. Но это движение не очень ясное пока. Хотя в реакторах, которые нарабатывали плутоний, немножко получается и следующих элементов – 95, еще меньше – 96-го, 97-го…

И, возвращаясь к Сиборгу и Флерову, они начинают более глубоко анализировать этот процесс получения все более тяжелых элементов. И тут – небольшая катастрофа.

Потому что, когда они идут все дальше, дальше, доходят до сотого элемента (фермий). Дальше сотого элемента в реакторе ничего не получается. Если уран живет миллиарды лет, то изотоп сотого элемента вдруг начинает жить 300 миллисекунд. То есть, он образовался – тут же распадается. Цепочка оборвалась.

Когда это поняли, что цепочка ядерных реакций в реакторе обрывается на сотом элементе, придумали делать ядерные взрывы под землей. Весь взрыв происходит, примерно, за время одну микросекунду. Надеялись, что в таких условиях удастся перепрыгнуть за сотый… Ан, нет. Не получается. Дальше сотого не пойдешь. На вопрос – а где предел? – вот он предел, сотый элемент, фермий…

- Здесь перестает работать капельная модель ядра, которую предложил в 1927 году Георгий Гамов…

- В том числе и по этой причине, да. Эта модель так и показывает… Уперлись в фермий. И тогда… Тогда речь шла о том, что, если у тебя на нейтронах не получается, - ни через реактор, ни через ядерный взрыв, - это вовсе не значит, что ты не можешь продвинуться дальше.

В реакторах и взрывах, там – последовательный захват нейтронов ядром: один нейтрон, потом второй, третий, четвертый, пятый… Стоит одной этой «бусинке» оборваться, то все обрывается. А почему бы 20 нейтронов сразу, одним махом туда (в ядро – А.В.) не вогнать? Но облучать тогда надо не нейтроном, а, скажем, ионом неона, вбить все эти протоны и нейтроны в это ядро. Это была совсем новая идея. Флеров об этом говорил Курчатову. Я уже пришел на то, что мы должны вот этим вот заниматься.

Но мы должны были понять, как это происходит, будут ли они сливаться? Если они сливаются – будут ли они выживать? Это уже совсем другая наука, она совсем не такая, как на нейтронах.

- Когда вы начинали, были такие мысли, предчувствие: где-то будет нарушаться периодический закон? По химии…

- О химии еще речи не было. Тогда были известны только актиниды, а они – как близнецы-братья. Первый эксперимент – прыжок к 104-му элементу. Стало понятно, что 104-й элемент надо отличать от всей плеяды актинидов. Потом дальше. Потом еще дальше… А теперь мы занимаемся химией сверхтяжелых, которые вообще, возможно, из таблицы Менделеева вылезают.

- А правомерно ли говорить, что возникла ядерная химия, по аналогии с ядерной физикой?

- Она возникла давно, не сейчас.

- Но многие химики скептически относятся к этому: какая химия может быть на одном атоме, который, к тому же, существует 10^-5 секунды…

- Действительно. Это не так очевидно. Если мы говорим о химии, то химия, вообще говоря, относится к атомной физике. Химические свойства – это поведение последнего электрона. Как делаются молекулы? – Два атома соединяются валентными электронами…

Спрашивается: а можно ли химию изучать на отдельных атомах? Когда говоришь о макрохимии, о химии в привычном смысле слова, этот отдельный атом сидит с такими же, как он сам. Я один раз присутствовал на коллегии Средмаша, - меня взял с собой Флеров, - и такой вопрос Флерову задал академик Исаак Кикоин:

- 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, можете 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…

Справочно:

30 декабря 2015 года Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) выпустил официальный пресс-релиз, посвященный открытию новых химических элементов с атомными номерами 113, 115, 117 и 118. Официально было объявлено, что IUPAC по результатам работы совместного комитета Международного союза теоретической и прикладной химии и Международного союза теоретической и прикладной физики утвердил открытие новых химических элементов Периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомными номерами 113, 115, 117 и 118.

Приоритет в открытии признан:

113 элемент – коллаборация института РИКЕН (Япония);

115 и 117 элементы − коллаборация Объединенного института ядерных исследований (Дубна, Россия), Ливерморской национальной лаборатории (США) и Окриджской национальной лабораторией (США);

118 элемент − коллаборация Объединенного института ядерных исследований (Дубна, Россия) и Ливерморской национальной лаборатории (США).

Синтез 115, 117 и 118 элементов осуществлен в Дубне в ОИЯИ на ускорительном комплексе У-400 Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова в реакциях ускоренных ионов Са-48 с актинидными мишенями (америций-243 – 115 элемент, берклий-249 – 117 элемент, калифорний-249 – 118 элемент). Позднее полученные в Дубне результаты были подтверждены учеными Германии (ГСИ, Дармштадт) и США (Беркли).

Для элемента с атомным номером 118 сотрудничающие команды учёных из Объединённого института ядерных исследований в Дубне (Россия) и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США), участвовавших в его получении, предложили название оганесон и символ Og, которые были утверждены IUPAC 28 ноября 2016 года. Профессор Юрий Оганесян стал вторым учёным (после Глена Сиборга), при жизни которого его именем был назван химический элемент.

Международная премия ЮНЕСКО-России им. Д.И. Менделеева за достижения в области фундаментальных наук учрежденная в 2019 году в рамках проведения Международного года Периодической таблицы химических элементов. Премия присуждается ежегодно двум соискателям в знак признания их выдающихся открытий или прорывных инновационных разработок, способствовавших или обладающих потенциалом способствовать социально-экономическим преобразованиям и развитию человеческого общества, а также за активные усилия в деле популяризации фундаментальных наук. Каждому из лауреатов вручается денежное вознаграждение в размере 250 000 долл. США, а также золотая медаль и специальный диплом.