Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
Рассылка
Получайте главные новости дня от Hi-Tech Mail.ru
, Источник: Индикатор

Современные алхимики: как создают новые химические элементы

Как синтезируются ядра новых химических элементов, что такое остров стабильности, где границы Периодической таблицы и чего ждать от Фабрики сверхтяжелых элементов, — об этом рассказал Юрий Оганесян, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.

— Юрий Цолакович, расскажите, пожалуйста, немного о том, как проходит синтез химических элементов в лабораторных условиях.

— Для этого нужно начать издалека. История изучения химических элементов насчитывает 22 века — можно сказать, она началась с Демокрита. Во времена Джона Дальтона (он жил в конце XVIII — первой половине XIX веков — прим. ред.) считалось, что мир состоит из атомов. При Дальтоне было известно 36 химических элементов, и он полагал, что это и есть весь «алфавит» материального мира. В Периодической таблице Дмитрия Менделеева было уже 63 элемента, и он заметил, что между элементами есть определенная разница. Точнее, разницу замечали и до него, но он показал: можно разделить эти 63 элемента на восемь групп, и у элементов внутри одной группы будет одинаковая химическая активность, которая меняется при переходе в другую группу. Эту закономерность он и назвал Периодическим законом.

Юрий Оганесян. Источник фото: scientificrussia.ru

Я думаю, в то время не все поняли значимость этого открытия. Но Менделеев понял сразу, что, раз там есть закономерность, атомы — уже не «буквы в алфавите». Закономерность предполагает наличие сложной структуры внутри самих атомов. И он начал искать эту структуру, потратив на это полжизни. Он полагал, что источником мироздания является некая среда, «эфир», в котором «плавают» атомы, и атомы состоят из некого вещества. 42 года спустя Эрнест Резерфорд предложил свою модель атома: с положительно заряженным ядром в центре и электронами вокруг, тем самым подтвердив мысль Менделеева о наличии сложной атомной структуры.

Давайте вернемся к синтезу. Вещество, из которого состоит Земля, возникло в результате Большого взрыва. А элементы, которые мы видим на Земле, появились во время становления и формирования нашей планеты. Этот процесс мы можем видеть и сейчас: если масса звезды больше массы Солнца, она эволюционирует определенным образом, и в конце концов мы наблюдаем так называемую вспышку сверхновой. Происходит синтез химических элементов, и все заканчивается возникновением нейтронной звезды. Вспышка длится несколько секунд. В нашей галактике такое происходит примерно один раз в тысячу лет, в других — чаще. Эти вспышки — это и есть космические лучи, выбросы вещества во Вселенную, которые регистрируются нашими детекторами. Так возникают элементы в природе.

— От водорода до урана, насколько я помню?

— Да, это первые 92 элемента. В лаборатории, конечно, мы не можем повторить ничего подобного. Искусственный синтез — это совсем другой процесс. Мы берем готовые элементы и превращаем один в другой. Сделать это человечество хотело с давних времен — помните алхимиков, которые пытались превратить свинец в золото? Конечно, ничего у них не получалось. Чтобы превратить один элемент в другой, надо изменить его ядро, а для этого нужна энергия, в миллионы раз большая той, что была в распоряжении древних ученых. А сегодня это возможно на специальных ускорителях: два ядра подходят близко друг к другу, между ними возникают ядерные силы (кстати, мы до сих пор не очень хорошо их понимаем), и одно ядро начинает «проглатывать» другое. Это называется реакцией слияния. Если такая реакция произошла — а это весьма редкий случай, — то вы получаете новое ядро с суммарной массой и суммарным зарядом. Оно обрастает электронами, и получается новый элемент. Самый интересный вопрос здесь: этот элемент будет похож на уже существующие, или же будет отличаться? И новые элементы великолепно вписываются в таблицу.

Сейчас мы, имея возможность сливать ядра, можем идти дальше и дальше, синтезируя все новые элементы.
Ю. Ц. Оганесян является соавтором открытия тяжёлых элементов таблицы Д. И. Менделеева: 104 (резерфордий), 105 (дубний), 106 (сиборгий), 107 (борий), В честь него назвали элемент с атомным номером 118 — Og (оганесон). Источник: MEL Chemistry

— У Периодической таблицы есть границы? Есть предел элементов, которые можно синтезировать?

— Конечно. Все в мире имеет начало и имеет конец. А где границы таблицы и чем они определяются… Собственно, этот вопрос и был основным мотивом для меня заниматься этим делом. Мотив был подогрет еще тем, что само ядерное вещество, о котором я говорил, не аморфно, оно имеет внутреннюю структуру. Если она проявляется, можно продлить время существования ядра, до сверхтяжелых элементов.

— Продлить насколько?

— Знаете, есть такое научное предсказание: если уйти достаточно далеко от урана, то будет зона — остров — со сверхтяжелыми элементами, достаточно долгоживущими. В середине этого острова будут элементы, которые будут жить миллионы и даже миллиарды лет. А это уже интересно, потому что возраст Земли исчисляется миллиардами лет. Не значит ли это, что такие элементы надо искать в недрах Земли? Но искали везде, и в космосе, и в Земле… Не нашли. Ну, это ни о чем не говорит: может, они были, но распались, потому что время их жизни немного меньше. Но вот что касается острова стабильности — он был предметом интенсивных исследований с момента появления этой теории, с 1969 года.

Этот остров охватывает много элементов, но он требует, чтобы ядра имели много нейтронов. Дойти до «вершины» острова мы, наверно, никогда не сможем, мы пока только прикоснулись, подошли к нему. Время жизни элементов повысилось в сто тысяч раз, но это все равно еще всего лишь секунды. А на вершине острова — миллионы лет. Видите разницу? Конечно, новые установки вселяют некоторую надежду. Плюс один нейтрон к ядру — и время жизни элемента увеличивается в десять раз. В декабре 2018 года, совсем недавно, у нас в Дубне заработала «фабрика сверхтяжелых элементов» — ускоритель ДЦ-280. Строительство начали в 2012 году, и около месяца назад мы получили первый пучок ускоренных тяжелых ионов. Мы надеемся, что благодаря ДЦ-280 нам удастся получить 119, 120 и 121 элементы.

— Получится ли благодаря новой установке получать более значительное количество новых ядер, чем сейчас? Сейчас это «штучный товар», и это затрудняет исследования.

— Вы правы, новые ядра штучны. Мы были счастливы, когда получали один атом в день, в неделю… Новая установка, конечно, увеличит это количество, возможно, в сотни раз, но этого все равно будет недостаточно для накопления видимого количества вещества.

Беседа состоялась в рамках церемонии открытия года таблицы Менделеева в Париже. Мероприятие организовано при поддержке генерального партнера Международного года Периодической таблицы химических элементов в России благотворительного фонда Алишера Усманова «Искусство, наука и спорт».

Это тоже интересно:

Понравился текст? Поделись с друзьями — нажми одну из кнопок ниже!
Хиты продаж и новинки
Самые лучшие цены на смартфоны
Вы подписались на рассылку.Отменить
Подписаться на рассылку
Комментарии
2
Игорь Борисов
вы забыли упомянуть зачем вообще сверхтяжелые металлы необходимо создавать?
СсылкаПожаловаться
Паша Прописнов
Чем бы человечество ни тешилось, лишь бы не плакало.
СсылкаПожаловаться
Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться.
Вы не ввели текст комментария
Вы не ввели текст комментария
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас
Новости Hi-Tech Mail.ru