Вера Черногорова - Беседы об атомном ядре

На ускорителях тяжелых ионов пока не удается сразу синтезировать ядра со 114 или 126 протонами, и ученые решили проверить: а нет ли перешейка между материком и ближайшим островом стабильности?

От урана до ближайшей цели лежит 22 химических элемента, 22 шага тяжелейшего маршрута. 15 шагов уже позади, и каждый из них приходилось делать, прощупывая под ногами дно. В любой момент прибрежный шельф мог смениться бездонной глубиной моря нестабильности. Но смельчаки продолжают свой путь и уже готовят опыты по синтезу еще более тяжелых ядер.

Другая группа исследователей воодушевилась выводами теории о том, что время жизни элементов, примыкающих к островам стабильности, может лежать в очень широком интервале значений: от сотни миллионов лет до микросекунд. Вернее, теоретики не могли сказать ничего определенного на этот счет.

Как только возникло предположение о сверхживучести гипотетических островитян, экспериментаторы тотчас сели на корабли и поплыли в Тихий океан… за ядрами сверхтяжелых элементов. Космические лучи от источников, находящихся где-то в центре Галактики, достигают нашей провинциальной солнечной системы примерно за 10 5–10 6лет. Если в их состав входят и долгоживущие ядра сверхтяжелых элементов, то можно попытаться найти эти ядра на поверхности Земли. Общее число атомов тяжелых элементов, падающих на Землю, малó, поэтому имеет смысл исследовать лишь те объекты, в которых они могли накапливаться в течение долгого времени.

В морях и океанах, занимающих большую часть земной поверхности, тяжелые элементы, такие, как марганец и железо, постепенно осаждаются на разбросанных по дну остатках органического происхождения, например на зубах акул. Слой толщиной в один миллиметр нарастает приблизительно за 100 тысяч лет. И в таких железомарганцевых конкрециях, плотных шариках темного цвета диаметром около пяти сантиметров, могут собираться и попадающие в океан из космоса атомы элементов с острова стабильности. Сверхтяжелые элементы могут находиться также в природных минералах и рудах, если ядра этих сверхтяжелых атомов, существующих лишь в воображении теоретиков, действительно имеют время жизни, близкое к возрасту Земли.

Ученые предполагают, что по своим химическим свойствам 114-й элемент должен быть аналогом свинца. Поэтому в Лаборатории ядерных реакций тщательно исследуют образцы свинцовых руд, присылаемые из разных мест планеты.

В лабораторных комнатах появились шкафы, заполненные старинными зеркалами и кубками из стекла — предметами, которые можно встретить в антикварных магазинах, но никак не среди физических приборов. Причина этого небывалого интереса сотрудников лаборатории к предметам старины объясняется очень просто: вместе со свинцом в состав старинного зеркала мог попасть и похожий на него сверхтяжелый элемент с острова стабильности. За то время, что прошло с момента изготовления стекла средневековым мастером, сверхтяжелые ядра, распадаясь, могли создать в нем участки с нарушенной структурой. Химическая обработка превращала эти следы распада в треки, которые можно было увидеть с помощью обычного микроскопа.

Сверхтяжелые элементы искали и в верхних слоях атмосферы, в составе космических лучей. Большие стопки ядерных эмульсий на несколько десятков часов забрасывались навстречу сверхтяжелым галактическим пришельцам. Их следы выискивались в поверхностных кристаллах метеоритов, сотни миллионов лет бороздящих просторы космоса.

Поиски необычных экспонатов для ядерной физики привлекали к себе внимание физиков, химиков, геохимиков и космохимиков в научных центрах разных стран. Но в целом результаты экспериментов по поиску сверхтяжелых элементов в природе пока отрицательны.

Фантастические, огромные по масштабам исследования конкреций, метеоритов, руд, десятков тысяч кубометров подземных вод показали, что если предсказанные элементы и существуют в природе, то их концентрация в наиболее удачных образцах меньше 10 –12грамма на грамм изучаемого материала.

Американские исследователи, которые искали в природе 110-й и 111-й элементы — химические аналоги соответственно платины и золота, — тоже пока ничего не обнаружили.

Физики Лаборатории ядерных реакций в Дубне, как и американские ученые, продолжают поиски следов сверхтяжелых элементов в природе. Может быть, эти поиски ничего не дадут, может быть, разыскиваемые ядра короткоживущие и наблюдать их можно только на ускорителях, в реакциях с тяжелыми ионами.

Но если и эксперименты на ускорителях не приведут к ожидаемому результату, если острова стабильности разделят участь Земли Санникова, то теоретикам придется еще раз пересмотреть сложившееся представление о поведении сверхтяжелой ядерной материи.

Занимаясь фундаментальной проблемой синтеза сверхтяжелых элементов, пробиваясь к границам нуклонной стабильности ядер, физики попутно решают и некоторые практические задачи.

Тяжелые ускоренные ядра оказались пригодными не только для осуществления специфических ядерных реакций, но и для разработки целого ряда далеких от ядерной физики проблем. Тут и вопросы радиационной устойчивости материалов, и медико-биологические задачи.

Наиболее простым по своей идее и в то же время весьма перспективным и впечатляющим по своим результатам является применение пучков тяжелых ионов в качестве «микроигл» для производства ультрамелких по размерам и уникальных по эксплуатационным качествам фильтров.

В тонкой пленке слюды, стекла или пластмассы тяжелое ускоренное ядро пробивает канал сильного радиационного поражения. Если пораженные участки подвергнуть операции химического травления, то в пленках получаются сквозные отверстия.

На ускорителе тяжелых ионов можно получить высококачественные молекулярно-вирусные ядерные фильтры с размером пор от 4 · 10 –6до 10 –3миллиметра. Через такие отверстия не пролезть даже бактериям, размер которых более 0,2 микромикрона.

Ядерные фильтры, или, как их называют, «нуклеопоры», можно будет использовать для холодной стерилизации пищевых продуктов. Широкое применение они найдут в биологии и медицине, например, для разделения клеток различных типов.

— Хотелось бы понять: тысячи новых, искусственно полученных изотопов, новые трансурановые элементы — это что? Укор природе, которая не использовала всех своих возможностей, или они существовали когда-то, а их отсутствие в природе как-то связано с историей Земли?

— Справедливо второе предположение. Современные химические элементы и изотопы — результат естественного отбора по устойчивости среди обширного семейства рождающихся атомных ядер.