Содержание
Как рождаются новые химические элементы?
Объединенный институт ядерных исследований в Дубне строит первую в мире фабрику сверхтяжелых элементов
Во второй половине XX века в Периодической таблице появилось 16 новых элементов, в XXI веке еще пять. Сейчас таблица заканчивается на оганесоне (Og 118). Его синтезировали в 2002 и 2005 годах в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковном городе Дубне.
Оганесон — один из так называемых сверхтяжелых элементов, следующих за ураном (U 92). Некоторые из них появились около 10 млрд лет назад в результате ядерных реакций внутри звезд. Большинство уже давно распалось. К 40-м годам XX века все существующие в природе химические элементы были найдены. Последним стал франций (Fr 87). Все последующие элементы создавались — и создаются — в лабораториях.
Сейчас ОИЯИ строит первую в мире фабрику сверхтяжелых элементов, чтобы синтезировать 119-й, 120-й, 121-й и детально изучать свойства ранее полученных элементов.
Об этом суперпроекте мы поговорили с Андреем Попеко, заместителем директора лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова ОИЯИ.
«Это просто арифметика»
Андрей Георгиевич, во-первых, почему «фабрика»? И чем она будет отличаться от, например, коллайдера?
«Фабрика» — потому что это ускоритель плюс вся инфраструктура вокруг него. Отличие от коллайдера принципиальное. В коллайдерах частицы разгоняют почти до скорости света, а потом сталкивают друг с другом. Получаются новые частицы или другие интересные события. А для синтеза сверхтяжелых элементов нельзя использовать сверхвысокие энергии. Наоборот, чем сильнее вы ударите одним ядром по другому, тем быстрее развалится система. Ничего путного вы не получите.
А что вы будете делать, чтобы получить «что-то путное»?
Надо будет сближать ядра атомов так, чтобы они коснулись друг друга. Дело в том, что, когда ядра заряжены одинаково, они отталкиваются. Для преодоления отталкивания нужно разогнать частицы до скорости, которая составляет примерно 10% от скорости света.
Ядрами из ускорителя облучают мишень — слой материала, нанесенный на тонкую титановую фольгу. В результате реакции бомбардирующих частиц с материалом мишени будут получаться новые частицы. Их будет «ловить» детектирующая система — пластинки из кристаллического кремния. Она будет давать в некотором смысле электронную фотографию. Можно будет определить координаты, время прихода и энергию частицы.
В дальнейшем, мы надеемся, эффективность фабрики будет примерно в десять раз выше, чем раньше. Тогда откроются уже очень большие перспективы для экспериментов. Совсем другая жизнь у нас начнется.
Так. Если очень коротко. Есть вещество, из которого сделана мишень, и есть вещества, которые через эту мишень пролетают. В результате можно получить какой-то совершенно новый химический элемент. Правильно? Все равно непонятно, как это работает.
Важно правильно подобрать комбинацию из мишенного материала и вещества, которое будет с ним сталкиваться.
Условия здесь следующие: материал для мишени должен существовать в природе или может быть произведен искусственно в весовых количествах. Это первое требование. Но здесь надо смотреть не на Периодическую таблицу. Она в данном случае мало поможет. А надо смотреть на карту изотопов. Черные клеточки — это долгоживущие изотопы, существующие в природе. Теперь вы можете брать частицу, которая приводила бы к образованию желаемого элемента. Здесь действует закон сохранения электрического заряда. Например, если вам нужен 118-й элемент, вы берете для мишени изотоп, у которого заряд ядра 98 (калифорний), а для бомбардировки мишени кальций с зарядом ядра 20. 20 + 98 = 118. Все просто.
Можете брать любые другие комбинации, пожалуйста. Если вы хотите 120 элемент, то 120 — это два раза по 60. Берем элемент 60 — неодим. Делаем из него мишень и им же облучаем эту мишень. Получаем элемент 120. Это просто арифметика. Здесь не надо всю жизнь что-то перебирать. Плюс есть известные законы.
Карта химических элементов и их разновидностей (изотопов) (на фото Александр Карпов, учёный секретарь Лаборатории ядерных реакций). Сергей Карпухин/ТАСС
«Ядро — это не капля жидкости»
Какова вообще вероятность получить сверхтяжелый элемент?
Она складывается, как минимум, из двух частей — вероятности слияния ядер и вероятности выживания получившегося ядра в процессе остывания. Потому что ядра остывают точно так же, как, например, жидкость. Только в жидкости испаряются молекулы, а в ядрах нейтроны. Нейтроны уносят энергию из ядра, и система остывает. Это первое. Второе — ядра должны сливаться. К сожалению, чем ближе друг к другу масса мишени и масса бомбардирующей ее частицы, тем хуже они сливаются. Это только некоторые из обстоятельств, которые ограничивают получение сверхтяжелых ядер.
Какие эксперименты на «фабрике» сейчас проводятся?
Естественно, после того, как мы сделали новый ускоритель, самый верный способ показать его работоспособность, — это воспроизвести прежние результаты.
Поэтому в январе этого года мы успешно провели эксперименты по синтезу 115-го элемента московия. Он был впервые получен в 2003 году.
Сейчас проводятся эксперименты по получению пучков ускоренных частиц, которые нужны для синтеза более тяжелых элементов.
До этого мы работали в основном с кальцием. Это элемент 20 в Периодической таблице. Им бомбардировали мишень. А самый тяжелый элемент, из которого можно сделать мишень, — это калифорний, 98. Соответственно, 98 + 20 — это 118. То есть,чтобы получить элемент 120, надо идти к следующей частице. Это, скорее всего, титан — 22 + 98 = 120.
Работы по отладке системы еще очень много. Я не хочу забегать вперед, но если получится провести успешно все модельные эксперименты, то в этом году, возможно, начнутся первые эксперименты по синтезу 120-го элемента.
А почему вообще существуют сверхтяжелые элементы? Благодаря каким законам природы?
Ядра атомов имеют структуру, которая чем-то похожа на структуру атомных оболочек.
Электроны ведь удерживается на орбитах не просто так, а потому что орбиты имеет специальную сложную структуру. Примерно то же самое происходит и в ядрах. Структурные эффекты объясняют, почему существуют сверхтяжелые элементы. В обычном состоянии ядро не ведет себя подобно капле жидкости, не является аморфным телом, а имеет внутреннюю структуру. Без нее сверхтяжелые ядра вообще бы не существовали. А наличие структурных свойств ядерной материи приводит к тому, что эти ядра живут секунды, а мы надеемся, что они могут жить часы, сутки, а может быть даже миллионы лет.
Бесструктурные ядра после 103-го и 104-го элемента уже не имели бы права существовать. Это открытие структурных эффектов — очень большое достижение в понимании природы ядерных сил.
«Это никогда не скучно»
Можно ли как-то использовать сверхтяжелые элементы «в народном хозяйстве»?
Это совершенно законный вопрос, но мы занимаемся фундаментальными исследованиями. Накопить хоть какое-то количество атомов 118-го, сами понимаете, совершенно невозможно.
За всю историю было зарегистрировано, по-моему, пять атомов этого элемента. И живут они меньше миллисекунды.
В частности, очень интересно, как будут эволюционировать химические свойства элементов, если двигаться дальше по таблице. Лишь две трети элементов таблицы Менделеева «вписываются» в периодический закон, который связывает зависимость свойств химических элементов с зарядами атомных ядер. А дальше начинаются нестыковки: совершенно инертных элементов — нет, элементы, которые должны быть газами, становятся твердыми, да еще и с металлическими свойствами и т.д.
Еще очень интересно, как образовались элементы в природе. Не только сверхтяжелые. Теория не исключает, что сверхтяжелые элементы могли дожить до наших времен после, скажем, образования Солнечной системы. А в таком случае их можно искать в природе.
Кроме всего прочего, открытие новых элементов демонстрирует высокий уровень науки, техники и образования, который, в свою очередь, приносит экономические и политические дивиденды.
Какие страны сейчас лидируют в поиске сверхтяжелых элементов?
В одиночку проводить такие исследования могут только две страны — Соединенные Штаты Америки и Россия. И причина здесь в том, что необходимо иметь материал для изготовления мишеней, а это тяжелые трансурановые элементы, такие как кюрий, берклий и калифорний. Чтобы эти элементы производить, требуются специальные реакторы.
Еще в поиске сверхтяжелых элементов активно участвуют Германия и Япония, но не в одиночку, а в кооперации с теми, у кого есть изотопы. Эти эксперименты очень длительные. Идет обычная работа: плановая, но интенсивная. Японцы получили три атома 113 элемента за 10 лет. Это некий мировой рекорд по настойчивости. По-моему, никто больше такого не делал и не станет делать.
Ускоритель для производства сверхтяжелых элементов. Сергей Карпухин/ТАСС
В чем конкурентные преимущества России?
Во-первых, в России существует очень давняя и плодотворная школа синтеза новых элементов, основанная Георгием Флеровым.
В частности, его группе принадлежит приоритет в открытии 102-го элемента нобелия.
Во-вторых, есть школа создания ускорителей. Как известно, первый ускоритель был построен в США, в Беркли, а второй — в Ленинграде, в Радиевом институте. И, в-третьих, мы умеем производить материал для изготовления мишеней — изотопы трансурановых элементов. Вот наши преимущества: научная школа, ускорители и изотопы. Это три составляющие успеха.
Андрей Георгиевич, вы всю жизнь занимаетесь синтезом новых элементов. Уже более полувека. Вам до сих пор это нравится?
Да. Мне все еще это нравится. Важно, что развитие методик на грани возможностей обязательно к чему-нибудь приводит. Например, к созданию новых технологий. И еще, это никогда не скучно. Поверьте, это высочайшая радость — открыть нечто, неизвестное никому. Это никогда не может надоесть.
СЛОВАРЬ
Георгий Флеров (1913–1990). Советский физик-ядерщик, один из основателей ОИЯИ и один из пионеров поиска трансуранов.
Участвовал в открытии 103-го, 104-го, 105-го и 106-го элементов.
Юрий Оганесян (р. 1933). Ученик Флерова и один из тех, кто синтезировал резерфордий, дубний и другие сверхтяжелые элементы. Академик РАН, научный руководитель лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. В 2016 году в его честь был назван 118-й элемент — оганесон.
Изотоп — разновидность атома какого-либо химического элемента, которая имеет одинаковый с ним атомный номер, но разные массовые числа. Например, изотоп водорода Н — дейтерий 2Н, который применяется при создании термоядерного оружия.
Остров стабильности. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Но только строго определенное количество этих «кирпичиков» связано друг с другом в единое тело, которое представляет ядро атома. Комбинаций, которые «не срабатывают», оказывается больше. Поэтому, в принципе, наш мир находится в море нестабильности. Есть ядра, которые остались со времен образования Солнечной системы, они стабильны.
Водород, например. Участки с такими ядрами будем называть «континентом». Он постепенно уходит в море нестабильности по мере того, как мы идем к более тяжелым элементам. Но, оказывается, если далеко уйти от суши, возникает остров стабильности, где рождаются ядра-долгожители.
Сверхтяжелые элементы. Элементы, которые следуют за ураном (его атомный номер 92). Некоторые из них появились около 10 млрд лет назад в результате ядерных реакций внутри звезд. Большинство уже давно распалось. Теперь лишь остается синтезировать их в лабораториях.
- #Ядерная физика
Источник: Светлана Соколова
Вам может быть интересно
10 августа
В Новосибирске состоится IX Международный форум технологического развития «Технопром-2022»
8 августа
Победитель «Лидеров России» предлагает создать команду ученых для интенсивного импортозамещения в химической промышленности
5 августа
Экскурсии «Наука рядом»: в июле школьники узнали, как создают вакцины, увидели строительство судов и сыграли роботами в лазертаг
Новые химические элементы названы московием и оганессоном — Газета.
Ru
Новые химические элементы названы московием и оганессоном — Газета.Ru | Новости
В Госдуме отреагировали на танцы болельщиков США и Англии…
19:19
В подмосковном Фрязино провалился под лед и утонул участник соревнования…
19:18
Глава МИД Индии Джайшанкар: Запад должен смириться с позицией Нью-Дели…
19:17
Глава МИД Украины Кулеба: партнеры Киева работают с третьими странами…
19:12
Надувную фигуру Месси высотой в четыре этажа поставили в Аргентине
19:11
В украинском Хмельницком разобрали советский памятник-танк Т-34
19:08
Биологи обнаружили, что лекарство от паразитов может повысить эффективность лечения рака
19:04
Президент Венгрии Новак выразила надежду на урегулирование на Украине…
19:02
Власти Турции заявили, что не намерены просить разрешение на проведение военных…
18:55
Представительство ЕС в Белоруссии выразило соболезнования в связи со смертью…
18:51
Наука
Международный союз теоретической и прикладной химии озвучил рекомендованные названия для 113-го, 115-го, 117-го и 118-го элементов таблицы Менделеева.
Об этом сообщается на сайте союза.
Так, 113-й элемент будет называться ниппонием, 115-й — московием (в честь Московской области), 117-й — теннессином, 118-й — оганессоном (в честь российского ученого Юрия Оганесяна). Название 113-му элементу дали открывшие его японцы, 115-му, 117-му и 118-му — команда российских и зарубежных ученых.
Официально элементы получат свои имена в ноябре 2016 года.
Ранее сообщалось, что российские ученые были признаны первооткрывателями трех новых химических элементов — 115-го, 117-го и 118-го. 113-й элемент впервые также был зарегистрирован в ОИЯИ в 2003 году в реакции кальция-48 с америцием-243. Время жизни элемента составляло около секунды. В 2004 году японские ученые из института РИКЕН осуществили первый эксперимент по облучению мишени висмута-209 ускоренными ионами цинка-70, в результате чего также был зарегистрирован изотоп 113-го элемента, просуществовавший несколько миллисекунд. Его первооткрывателями были признаны японские ученые.
Всего за последние 50 лет Периодическая таблица Менделеева пополнилась 17 новыми элементами, из которых в ОИЯИ синтезировано девять, в том числе за последние 10 лет — пять наиболее тяжелых (сверхтяжелых) элементов, замыкающих Периодическую таблицу.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
Военная операция РФ на Украине. День 276-й
Онлайн-трансляция военной спецоперации на Украине — 276-й день
«Ребята вернулись домой». Россия и Украина за неделю обменяли почти 200 военнопленных
Минобороны сообщило о возвращении из плена девяти российских военнослужащих
«Духи танцевали и пели»: 10 русских писателей, практиковавших спиритизм
Как русские писатели и поэты вызывали духов
Лукашенко выразил соболезнования родным и близким умершего главы МИД Белоруссии Макея
Генерал Болдырев назвал примерные сроки спецоперации
Воздушную тревогу объявили в пяти областях Украины
РВИО предложило добавить в школьные учебники истории раздел о причинах СВО
Новости и материалы
В Госдуме отреагировали на танцы болельщиков США и Англии под «Катюшу» на ЧМ в Катаре
В подмосковном Фрязино провалился под лед и утонул участник соревнования «моржей»
Глава МИД Индии Джайшанкар: Запад должен смириться с позицией Нью-Дели по Украине
Глава МИД Украины Кулеба: партнеры Киева работают с третьими странами для покупки оружия
Надувную фигуру Месси высотой в четыре этажа поставили в Аргентине
В украинском Хмельницком разобрали советский памятник-танк Т-34
Биологи обнаружили, что лекарство от паразитов может повысить эффективность лечения рака
Президент Венгрии Новак выразила надежду на урегулирование на Украине в 2023 году
Власти Турции заявили, что не намерены просить разрешение на проведение военных операций
Представительство ЕС в Белоруссии выразило соболезнования в связи со смертью Макея
Глава МО Блащак: передача ЗРК Patriot Украине выгодна для безопасности юго-востока Польши
Посольство России в Белоруссии назвало «невосполнимой утратой» смерть Макея
Кураньи назвал преимущество ЧМ-2018 в России над чемпионатом мира в Катаре
Тарасова о Плющенко: появляется настоящий тренер
Колыванов: не берусь предсказать результат матча Аргентина — Мексика
Мужчину, который почти 4 года преследовал москвичку из-за неразделенной любви, задержали
Эксперт РАН Широв заявил, что нынешний кризис в российской экономике продлится полтора года
Times of Israel: главный въезд в Иерусалим закрыли из-за похожего на бомбу предмета
Все новости
«Потом натовцы скажут, что Зеленский не обнаружен».
В МИД РФ пошутили о ракетном инциденте
Лавров утверждает, что украинский народ будет «освобожден от неонацистских правителей»
Истребители времен Второй мировой против современных беспилотников. Кто победит
Борис Джонсон предложил вооружить Украину истребителями времен Второй мировой войны
«Все еще представляет значительную угрозу». Россиянам напомнили об опасности свиного гриппа
Глава Минздрава Мурашко рассказал о распространении гриппа h2N1 в России
Белые боги в поисках золота: что вы знаете о конкистадорах?
Пройдите тест на знание истории открытия и завоевания Америки
Отправленные на Украину пушки стали проблемой для Пентагона
NYT: поставляемые США пушки повреждаются или уничтожаются в боях на Украине
«Половой член длиной 10 см нельзя превратить в 20-сантиметровый»: на сколько можно увеличить пенис
Уролог-андролог Гончиков: противопоказанием к фаллопластике являются психические расстройства и сахарный диабет
Лучшие фотографии недели
«Был бы рад воевать с Россией до последнего американца».
ТАС описал «гамбит» Зеленского
Экс-помощник Рейгана считает, что Зеленский пытается втянуть НАТО в конфликт с Россией
Тест: на какое животное вы похожи
Ответьте на пять вопросов и узнайте, кем вы были бы в мире животных
«Не путать диалог и ультиматумы». В Киеве снова заявили, что готовы к переговорам с Москвой
Глава МИД Украины Дмитрий Кулеба усомнился в том, что в Польше упала украинская ракета
«Жизнь посвятила Станиславу Сергеевичу». Вдова Говорухина погибла при пожаре в собственном доме
Вдова Станислава Говорухина Галина погибла при пожаре в Новой Москве
Что будет с «Яндексом» при Кудрине
«Яндекс» выделит российскую часть бизнеса в отдельную группу и передаст ее местному менеджменту
«Ничто не может заменить сына». Как прошла встреча Путина с матерями мобилизованных
Путин на встрече с матерями мобилизованных заверил, что Россия добьется целей спецоперации
Владимир Трегубов
Кто вы, мистер Маск?
О бизнес-пути создателя Tesla
Мария Дегтерева
Абракадабра
О новой деловой лексике в русском языке
Дмитрий Самойлов
Священный мундиаль
О важности чемпионата мира по футболу в Катаре
Павел Вешаев
Резать нельзя оставить
О том, как предпринимателю лучше поступить с расходами бизнеса
Андрей Колесников
МОСХ партии
О шестидесятилетии выставки в Манеже и ее последствиях
—>
Читайте также
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Подтверждение четырех новых элементов завершает седьмую строку периодической таблицы | Новости
Iupac подтверждает открытие элементов 113, 115, 117 и 118 группами в России, Японии и США
Обновление — 30 ноября 2016 г. Iupac подтвердил названия новых элементов: нихоний, московий, теннессин и оганесон . Чтобы узнать больше о том, как изготавливаются эти элементы, и посмотреть наше интервью с Юрием Оганесяном, в честь которого назван элемент 118, прочитайте нашу статью о том, что нужно для создания нового элемента.
Подтверждение того, что четыре новых элемента — с атомными номерами 113, 115, 117 и 118 — действительно были синтезированы, поступило от Международного союза теоретической и прикладной химии (Iupac), заполнив седьмую строку периодической таблицы.
Shutterstock
Теперь, когда Юпак подтвердил открытие четырех новых элементов, завершающих седьмую строку периодической таблицы,
Группы, которым приписывают их создание — в Японии, России и США — потратили несколько лет собрать достаточно доказательств, чтобы убедить экспертов из Юпак и его физического эквивалента, Международного союза теоретической и прикладной физики, в существовании элементов. Все четыре представляют собой крайне нестабильные сверхтяжелые металлы, которые существуют всего доли секунды. Они производятся путем бомбардировки мишеней из тяжелых металлов пучками ионов и обычно могут быть обнаружены только путем измерения радиации и других нуклидов, образующихся при их распаде.
—————————————————————————————————
Вас также может заинтересовать:
Помимо элемента 118: создание следующей строки периодической таблицы
Как ученые выбирают названия для новых элементов?
————————————————————————————————–
Элемент 113 — в настоящее время известен под своим именем-заполнителем ununtrium — является первым, обнаруженным в Восточной Азии.
Он был создан группой Косуке Мориты в Центре ускорительной науки RIKEN Nishina в Японии путем запуска луча цинка-70 в мишень из висмута-209.. Группа впервые заявила, что создала этот элемент в 2004 году, но в то время все еще существовала некоторая неопределенность из-за нестабильности одного из продуктов его распада. В 2012 году они получили более убедительные доказательства этих экспериментов. Окриджская национальная лаборатория в США. Сотрудничеству Лоуренса Ливермора и Объединенного института ядерных исследований также приписывают выполнение критериев для открытия элемента 118 (унуноктия) в работе, опубликованной в 2006 г.
Все задействованные лаборатории добились значительного прогресса с момента их первоначальных заявлений», — говорит Линн Соби, исполнительный директор Iupac. «И вот мы здесь: все четверо подтвердили свои заявления».
Теперь, когда элементы официально обнаружены, ответственные учреждения получат возможность выбрать для них постоянные имена. Но пройдет некоторое время, прежде чем учебники и плакаты можно будет обновить, так как новые названия и символы должны быть одобрены отделом неорганической химии Iupac и представлены на общественное рассмотрение.
Различные правила регулируют имена, которые могут быть даны новым элементам, которые могут быть вдохновлены природой, мифологией, людьми, свойствами или местами. «Символ особенно важен, — говорит Соби. «Они должны просмотреть все архивы, чтобы проверить, использовалось ли оно когда-либо раньше. Он должен быть уникальным». Она добавляет, что сроки трудно предсказать, но, по ее оценкам, процесс займет от четырех до шести месяцев.
Эти и другие группы теперь, вероятно, обратят свое внимание на элементы за пределами седьмого ряда. Это создает новые проблемы, отчасти потому, что мишени, используемые для экспериментов по бомбардировке, должны были бы сами состоять из сверхтяжелых, короткоживущих элементов. Пока никто не утверждает, что открыл 119 или какие-либо элементы тяжелее его. Исследователи надеются, что за пределами 118-го элемента может существовать «остров стабильности», позволяющий производить дополнительные сверхтяжелые элементы, хотя, где именно этот остров можно найти и существует ли он вообще, до сих пор остается предметом споров.
«Мы просто не знаем, когда это [наблюдение] будет… это может быть на следующей неделе, это может занять год или 10 лет — даже если кто-то заявляет об открытии, он должен это доказать», — говорит Соби. «Сейчас это большое неизвестное».
- Атомы и связи
- Тяжелые элементы
- Неорганическая химия
- IUPAC
- Matter
- Новые элементы
- Периодические таблицы
- Transactinides
. Возможно, мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят. Мы все еще не находят › Спросите эксперта (ABC Science)
Возможно ли, что Земля все еще содержит элементы, которые еще предстоит найти? Как в лаборатории создаются сверхтяжелые элементы?
Периодическая таблица содержит более сотни химических элементов, основных строительных блоков всего, что нас окружает — живого и неживого.
Атомный номер элемента определяется количеством протонов в ядре атома этого элемента.
Некоторые элементы хорошо известны, такие как водород (1), кислород (8) и углерод (6), но менее известны; сиборгий (106), флеровий (114) и дармштадтий (110). Более трех четвертей элементов периодической таблицы существуют в природе на Земле или где-либо еще во Вселенной.
Последним открытым в природе элементом был франций (87) в 1939. После этого открытия в природе были обнаружены плутоний (94), нептуний (93) и астат (85), которые были первоначально созданы в лаборатории в 1940 году.
Единственные элементы, которые еще предстоит открыть, попадают в категорию сверхтяжелых — элементы, содержащие более 104 протонов, — говорит доктор Элизабет Уильямс, физик-ядерщик из Австралийского национального университета.
Но маловероятно, что мы обнаружим какие-либо новые природные сверхтяжелые элементы на Земле, говорит Уильямс.
Она говорит, что для открытия новых природных сверхтяжелых элементов необходимы две вещи.
«Во-первых, должен быть естественный процесс, производящий эти элементы, а во-вторых, элементы должны жить достаточно долго (и в достаточном количестве), чтобы мы могли обнаружить их существование.
Однако, — говорит она, — синтезируя Сверхтяжелые элементы в лаборатории могут помочь ученым лучше понять свойства этих элементов и то, как они создаются, что затем поможет им понять, можно ли найти какие-либо другие природные элементы, и если да, то каким образом.9наверх
Создание тяжелых элементов
С 1939 года все вновь открытые химические элементы синтезируются в лаборатории. Большинство из них были сделаны с использованием ускорителя частиц.
Только за последний год исследователи создали атомы двух новых элементов: 117, известного пока как унунсептий, и 115, унунпентия.
«Обычно мы создаем эти элементы: у нас есть более легкий атом, скажем, кальций, и мы ускоряем его и разбиваем на фольгу, состоящую из более тяжелых атомов», — говорит Уильямс.
«Если ускоренный атом движется достаточно быстро, возможно, что его ядро - компактное ядро из протонов и нейтронов в его центре — может войти в контакт с ядром одного из более тяжелых атомов. Если это произойдет, произойдет шанс, что они сольются вместе, чтобы сформировать более тяжелый элемент».
Хотя лист фольги может показаться человеческому глазу твердым, в атомном масштабе он сильно отличается. Ядро занимает лишь крошечную часть пространства, которое занимает атом. Чтобы создать новый элемент, ядра каждого атома должны столкнуться и слиться.
«Если представить себе атом размером с Мельбурнское поле для крикета (примерно 170 метров в диаметре), то ядро представляет собой маленькую виноградинку в центре», — говорит она.
Но это еще не все.
Если два ядра направляются к столкновению, они должны преодолеть сильную силу отталкивания, препятствующую их слиянию в новый элемент. Это известно как электростатическая, или кулоновская, сила. Только если ядра ударятся с достаточной энергией, они преодолеют эту силу и сольются вместе.
9наверх
Остров стабильности
В настоящее время Уильямс и ее коллеги ищут новые способы создания новых тяжелых элементов.
«Мы знаем, что даже очень небольшие изменения в способах, которыми мы пытаемся производить эти элементы, оказывают существенное влияние на вероятность создания нового элемента», — говорит Уильямс.
«Например, как быстро мы ускоряем частицу пучка, что мы выбираем с точки зрения легких и тяжелых атомов, которые мы сталкиваем друг с другом, все это может повлиять на вероятность создания нового сверхтяжелого элемента.»
В настоящее время некоторые из более тяжелых синтетических элементов могут существовать несколько миллисекунд, а затем распадаться на более мелкие элементы, испуская альфа-частицы, фотоны и другие продукты распада.
Но ученые-ядерщики также изучают возможность существования группы тяжелых элементов, которые живут намного дольше тех, которые создаются сегодня. Они называют эту группу «островом стабильности».