Клаус Гофман - Можно ли сделать золото, Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов

Когда ученые из Беркли смогли располагать 3 мкг калифорния, конечно, в виде смеси различных изотопов, они решились на синтез следующего элемента -103-го. Эти 3 мкг калифорния в течение трех лет бомбардировали в линейном ускорителе ядрами атома бора. Было мало надежды на благоприятный результат. Из 100 миллиардов ядер бора только одно могло проникнуть в ядро калифорния, однако ядро нового атома в 99 % случаев должно было снова распасться в результате самопроизвольного деления. Американцы рассчитали, что из 100 000 слияний только одно должно было образовать ядро с 103 протонами -- искомый элемент 103.

В 1961 году группа из Беркли сочла, наконец, что идентифицировала несколько атомов одного из изотопов 103-го элемента. Через несколько лет в Дубне советские исследователи, синтезировали из америция-243 и ионов кислорода другой изотоп. Они сразу же исправили прежние данные своих американских коллег. Кто же прав? Одна проблема, по крайней мере, еще до сих пор не разрешена: как называть 103-й элемент? Лоуренсий или резерфордий?

С особенным нетерпением ожидалось открытие 104-го элемента -- первого представителя трансактиноидов. Согласно актиноидной теории, элемент 104, будучи экагафнием, должен был бы обладать свойствами, сходными с гафнием или цирконием. В 1964 году коллективу ОИЯИ в Дубне под руководством Флерова удался большой бросок. После бомбардировки плутония-242 ионами неона впервые были обнаружены атомы 104-го элемента -- курчатовия:

[244]Pu + [22]Ne [260]X + 4n

До сих пор новый способ его физико-химической идентификации считается мастерским, ибо образовавшийся изотоп самопроизвольно распадается с периодом полураспада всего лишь 0,1 с. Поэтому требовались необыкновенно быстрые действия для того, чтобы химически доказать, что 104-й элемент следует отнести к группе четырехвалентных элементов, вместе с гафнием и цирконием. В Дубне это удалось подтвердить с помощью остроумной экспериментальной техники. Для этой цели использовалась летучесть галогенидов при повышенных температурах: синтезированные атомы 104-го элемента, отброшенные из мишени в результате радиоактивного выброса, подвергали хлорированию при 350 °С. Пропускаемый газообразный хлор смешивали с парами трихлорида кюрия, тетрахлорида циркония и пентахлорида ниобия. Далее эти хлориды оседали на различных участках термохроматографической колонки, в зависимости от того, был ли это три-, тетра- или пента-хлорид. Хлорид 104-го элемента сконденсировался на том же месте, что и тетрахлорид циркония.

Американцы, которые тоже были близки к открытию 104-го элемента, получили его в виде изотопа, излучающего альфа-частицы, при бомбардировке калифорния-249 ядрами углерода. Образующийся из него в результате изотоп 102-го элемента можно было безупречно идентифицировать на основании его характеристического рентгеновского излучения. Закон Мозли подтвердился еще в одном случае. 105-й элемент получен группой Флерова уже в 1967 году в результате ядерной реакции америция с ионами неона. Но по уравнению

[243]Am + [22]Ne [260]Х + 4 (5)n

образовывался лишь один атом за час. Такого скудного выхода было недостаточно, чтобы окончательно подтвердить открытие. Только в начале 1970 года из Дубны пришло известие о точной идентификации элемента 105. В том же году добились успеха Гиорсо с сотрудниками. В Беркли они синтезировали изотоп 105-го элемента путем бомбардировки 60 мкг калифорния ядрами азота:

[249]Cf + [15]N [260]Х + 4n

Элемент 105, будучи аналогом тантала, должен быть пятивалентным. Это удалось безупречно доказать дубнинским исследователям с помощью техники хлорирования, уже испытанной на 104-м элементе.

Сверхтяжелые элементы на островке устойчивости

Теоретическое и экспериментальное изучение устойчивости ядра дало советским физикам повод для пересмотра применявшихся до сих пор методов получения тяжелых трансуранов. В Дубне решили пойти новыми путями и взять в качестве мишени свинец и висмут.

Ядро, как и атом в целом, имеет оболочечное строение. Особой устойчивостью отличаются атомные ядра, содержащие 2--8--20-28--50--82--114--126--164 протонов (то есть ядра атомов с таким порядковым номером) и 2--8--20--28--50--82--126--184--196-- 228--272--318 нейтронов, вследствие законченного строения их оболочек. Только недавно удалось подтвердить эти воззрения расчетами с помощью ЭВМ. Такая необычная устойчивость бросилась в глаза, прежде всего, при изучении распространенности некоторых элементов в космосе. Изотопы, обладающие этими ядерными числами, называют магическими. Изотоп висмута [209]Bi, имеющий 126 нейтронов, представляет такой магический нуклид. Сюда относятся также изотопы кислорода, кальция, олова. Дважды магическими являются: для гелия -- изотоп [4]Не (2 протона, 2 нейтрона), для кальция -[48]Са (20 протонов, 28 нейтронов), для свинца -[208]Pb (82 протона, 126 нейтронов). Они отличаются совершенно особой прочностью ядра.

Используя источники ионов нового типа и более мощные ускорители тяжелых ионов -- в Дубне были спарены агрегаты У-200 и У-300, группа Г. Н. Флерова и Ю. Ц. Оганесяна вскоре стала располагать потоком тяжелых ионов с необычайной энергией. Чтобы достичь слияния ядер, советские физики выстреливали ионами хрома с энергией 280 МэВ в мишени из свинца и висмута. Что могло получиться? В начале 1974 года атомщики в Дубне зарегистрировали при такой бомбардировке 50 случаев, указывающих на образование 106-го элемента, который, однако, распадается уже через 10[-2] с. Эти 50 атомных ядер образовались по схеме:

[208]Pb + [51]Cr [259]X

Немного позднее Гиорсо и Сиборг из лаборатории Лоуренса в Беркли сообщили, что они синтезировали изотоп нового, 106-го, элемента с массовым числом 263 путем обстрела калифорния-249 ионами кислорода в аппарате Super-HILAC.

Какое имя будет носить новый элемент? Откинув прежние разногласия, обе группы в Беркли и Дубне, соперничающие в научном соревновании, пришли на этот раз к единому мнению. О названиях говорить еще рано, сказал Оганесян. А Гиорсо дополнил, что решено воздержаться от всяких предложений о наименовании 106-го элемента вплоть до прояснения ситуации.

К концу 1976 года дубнинская лаборатория ядерных реакций закончила серию опытов по синтезу 107-го элемента; в качестве исходного вещества дубнинским "алхимикам" послужил "магический" висмут-209. При обстреле ионами хрома с энергией 290 МэВ он превращался в изотоп 107-го элемента:

[209]Bi + [54]Cr [261]X + 2n

107-й элемент самопроизвольно распадается с периодом полураспада 0,002 с и, кроме того, излучает альфа-частицы.

Найденные для 106- и 107-го элементов периоды полураспада 0,01 и 0,002 с заставили насторожиться. Ведь они оказались на несколько порядков больше, чем предсказывали расчеты ЭВМ. Быть может, на 107-й элемент уже заметно влияла близость последующего магического числа протонов и нейтронов -- 114, повышающая устойчивость? Если это так, то была надежда получить и долгоживущие изотопы 107-го элемента, например обстрелом берклия ионами неона. Расчеты показали, что образующийся по этой реакции изотоп, богатый нейтронами, должен был бы обладать периодом полураспада, превышающим 1 с. Это позволило бы изучить химические свойства 107-го элемента -- экарения.