Невиданно долго - более 20 часов - "прожил" изотоп, полученный в
результате сложнейшего эксперимента, проведенного учеными Дубны
23 сентября на Менделеевском съезде в Казани ученые из Объединенного
института ядерных исследований (ОИЯИ) объявили о синтезе 115-гo и
113-го элементов таблицы Д.И.Менделеева. Предлагаем вниманию читателей
изложение препринта научной статьи об этом открытии, направленной в
журнал "Physical Review".
Открытие в 1940-1941 гг. первых искусственных элементов - нептуния и
плутония - явилось началом нового направления ядерной физики и химии по
исследованию свойств трансурановых элементов и их применению во многих
областях науки и техники. С тех пор вопрос о существовании верхней
границы таблицы элементов Д.И.Менделеева представляет большой интерес
для фундаментальной науки о строении материи и ее превращениях.
Подобные исследования проводятся во многих крупных научных центрах
Германии, США, Японии, Франции и в Объединенном институте ядерных
исследований в Дубне.
В результате многолетней и интенсивной работы физиками-ядерщиками были
синтезированы 17 новых элементов вплоть до 112-го. Было обнаружено, что
с увеличением атомного номера элемента время его жизни резко падает.
Так, если уран, имеющий атомный номер 92, живет около 1 миллиарда лет,
то 112-й элемент - только 0,00002 секунды.
Однако в середине 1960-х годов теоретиками было выдвинута гипотеза о
возможном существовании очень тяжелых долгоживущих атомных ядер,
принадлежащих ток называемым "островам стабильности' ранее неизвестных
сверхтяжелых элементов.
Эта гипотеза впервые получила экспериментальное подтверждение в Дубне,
в исследованиях, проводимых группой академика Ю.Ц.Оганесяно в
Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова совместно с группой из
Ливерморской национальной лаборатории (США). Были синтезированы 114-й и
116-й элементы и показано, что они живут в десятки и сотни тысячи роз
дольше, чем их более легкие предшественники.
Наиболее интригующие результаты ожидались при синтезе элементов с
нечетными атомными номерами, в частности, при изучении свойств
радиоактивного распада 113-го и 115-го элементов. По теоретическим
предсказаниям, 115-й элемент должен был испытывать альфа-распад
(испускать ядро гелия) и трансформироваться в 113-й элемент. Тот, в
свою очередь, в результате аналогичного процесса, должен переходить в
элемент 111-й. Затем можно было ожидать появление элементов с номерами
109, 107 и т.д. Таким образом, эксперимент позволял наблюдать все
превращения рассматриваемого радиоактивного семейства. При этом
предсказывались свойства каждого вновь образующегося элемента.
Для синтеза 115-го элемента мишень, изготовленная из 95-го элемента -
америция, бомбардировалась ионами редкого изотопа 20-го элемента -
кальция-48, ускоренного до 1/10 скорости света. После отделения атомов
115-го элемента от громадного количества побочных продуктов реакции
осуществлялось их детектирование. Три раза детектор регистрировал
одинаковую картину распада 115-го элемента: 5 последовательных
альфа-распадов продолжительностью около 20 секунд (огромное время по
ядерным масштабам), которые приводили к изотопу 105-го элемента -
дубния. Этот изотоп "прожил" более 20-часов, прежде чем разделился на
две части!
Столь продолжительная во времени цепочка распада 115-го элемента
является прямым следствием существования "островов стабильности"
сверхтяжелых элементов. С другой стороны, открытие долгоживущих
изотопов дубния открывает широкие возможности для исследования его
химических свойств. В настоящее время идет подготовка соответствующих
опытов.
Работа проводилась в Дубне на ускорителе тяжелых ионов ОИЯИ с 14 июля
по 10 августа 2003 года.