Вера Черногорова - Беседы об атомном ядре

Малое время жизни трансфермиевых элементов не давало возможности провести столь необходимое химическое опознание получаемых атомов традиционными методами. Своеобразным рекордом считалось химическое опознание 101-го элемента, менделевия, по распаду 17 его атомов, при периоде полураспада в полтора часа.

Казалось, что же могли поделать радиохимики, когда пришла пора определить химические свойства 104-го элемента, курчатовия, число атомов которого уменьшается наполовину за доли секунды?

И все-таки группа радиохимиков Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ под руководством чехословацкого ученого И. Звары решила эту проблему. Они создали химический конвейер непрерывного действия, который по реакции в газовой среде позволил в первых же измерениях обнаружить и изучить химическое поведение всего 12 атомов курчатовия.

Открытие следующего, 105-го, элемента на ускорителе тяжелых ионов в Дубне в начале 1970 года потребовало больших усилий от физиков. Этот элемент был получен при облучении мишени из америция ускоренными ядрами неона. 95 протонов ядра америция, слившиеся с 10 протонами неона, образовали ядро нового элемента со 105 протонами.

Требования к чистоте мишени в этом эксперименте были настолько высокими, что поначалу вызывали у химиков лаборатории даже щемящее чувство тоски. В америции не должно было быть примеси свинца, который при облучении мишени мог дать нежелательный фон.

«Трагедия» состояла в том, что вся лаборатория, как и любая другая, где ведутся работы на ускорителе, была буквально начинена свинцом. Предстояла сложная операция. Не теряя времени даром, составили карту распространения свинца по всем комнатам лаборатории. Каждая из них, не исключая и кабинета директора, была обработана пылесосами, и собранная пыль специально исследовалась на присутствие свинца. Из помещений, где работали с мишенью, были вынесены все книги, журналы, проспекты, в общем, вся печатная продукция. Даже свежей газеты нельзя было просмотреть во время обеденного перерыва. Тотальная война со свинцом привела к тому, что химики изготовили мишень, которая достигала полупроводниковой чистоты. Содержание свинца на один грамм америция не превышало десятитысячных долей микрограмма.

Немало забот было и у тех, кто должен был создать механизм, за очень короткое время переносящий сборники с атомами 105-го элемента к счетчикам. Предлагалось даже использовать устройство, напоминающее пулемет: сборники ядер делать в виде пуль, на них собирать ядра, выносимые газом из камеры с мишенью, а затем выстреливать их к детекторам. Но экспериментаторы остановились на более «мирном» — пневматическом устройстве.

Итак, в Дубне к 1970 году были созданы новые элементы, которые заполнили от 102-й до 105-й клеточки периодической таблицы. Аналогичные эксперименты проводились в Радиационной лаборатории имени Лоуренса в США.

А в 1974–1975 годах в Лаборатории ядерных реакций при облучении свинцовой мишени ионами хрома был получен изотоп 106-го элемента и в реакции ионов марганца с ядрами висмута — пока самый тяжелый элемент таблицы Менделеева с атомным номером 107. Оба эти изотопа живут только несколько миллисекунд.

— Это что, уже предел? Далее круто обрывающийся берег материка стабильности?

— И да, и нет. Спуск с плато оказался не совсем таким, каким его представляли себе теоретики, и им пришлось срочно выпустить новый путеводитель, последняя часть которого представляла собой… лоцию.

— Неужели предлагается путешествие по морю нестабильности?

— Теоретики полагают, что смелые мореплаватели вправе рассчитывать на открытие островов стабильности. Как знать, может быть, и физиков ждет свой остров Пасхи.

Среди трансурановых элементов попадались такие, время жизни которых растягивалось на десятки тысяч лет. Но в области сверхтяжелых ядер в полном соответствии с предсказаниями модели жидкой капли свирепствовала эпидемия неустойчивости. Казалось, что управлять столь огромными коллективами нуклонов, действительно, уже свыше ядерных сил.

По теории, химические элементы, следующие за 105-м, должны были иметь столь малое время жизни по отношению к самопроизвольному делению, что получить их на современном уровне экспериментальной техники было невозможно. Делительная катастрофа, как окрестили физики эту роковую преграду, вот-вот должна была положить предел исканиям ученых. Но, как говорил П. Капица, хорош тот эксперимент, который не согласуется с теорией. Опыты, поставленные на ускорителях тяжелых ионов по синтезу 105-го, 106-го и 107-го элементов, показали, что делительная катастрофа не наступила.

Изотоп 105-го элемента, обнаруженный в лаборатории ядерных реакций, имел время жизни две секунды, а американские ученые сообщили о получении изотопа 105-го элемента с 262 нуклонами, который существовал в 20 раз дольше. Ученые Дубны пытаются получить более долгоживущие ядра и 106-го элемента.

Недалеко от круто обрывающегося материка стабильности физики неожиданно нащупали в море отмель. Что же тормозило наступление делительной катастрофы? Причиной этого могла быть только достаточно четкая оболочечная структура тяжелых ядер; та самая структура, которая раньше считалась привилегией легких и средних по массе ядер. Иначе просто невозможно было объяснить тот факт, что ядра фермия-256 делятся через 2,7 часа, а изотопа фермия-257, имеющего на один нуклон больше, — лишь через сто лет.

Упаковка нейтронных оболочек так влияет на устойчивость ядра, что присоединение даже одного дополнительного нейтрона к 250 нуклонам не остается незамеченным. И обнаруженный экспериментаторами прибрежный «шельф» можно рассматривать как проявление оболочечных эффектов в ядрах сверхтяжелых элементов.

Это приятное обстоятельство вселило новые надежды. Теоретики смелее посмотрели в сторону предполагаемой границы периодической системы и, сверившись с формулами, взятыми из модели оболочек, проложили курс к островам стабильности.

Один из островов соответствует тяжелейшему атомному ядру с новым магическим числом протонов — 114 и новым магическим числом нейтронов — 184. А второй — еще более тяжелому ядру с магическим числом протонов — 126 и 184 нейтронами.

Два далеких таинственных острова сверхтяжелых элементов опять лишили физиков покоя. Они заметались на трансфермиевом берегу, придумывая всевозможные способы преодоления расстояния, отделяющего их от вожделенных островов.

Директор Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ академик Г. Флеров сказал, что «открытие островов стабильности будет так же важно для ядерной физики, как для своего времени открытие Колумбом Америки».

Как же можно было достигнуть цели — доказать, что сверхтяжелые ядра существуют?