Как открываются и исследуются новые химические элементы? На каких установках работают учёные-ядерщики? На эти вопросы ответил Андрей Анатольевич Безбах, выпускник СГУ, научный сотрудник Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флёрова Объединённого института ядерных исследований (Дубна). Лекция прошла в рамках фестиваля «Лабораторный пилот» в Институте физики СГУ.
Что мы знаем об атоме?
Это маленькая-маленькая частица материи. В его центре находится ядро, то есть плотное вещество, состоящее из нуклонов (протонов и нейтронов) и окружённое электронами на орбитах. Для сравнения, плотность воды составляет примерно 1 грамм на кубический сантиметр, а плотность ядерной материи – 10 в 14 степениграммов на кубический сантиметр. И вся масса атома сосредоточена в центре – в ядре. От строения атома, а именно от числа протонов определяется химический элемент, например, 1 протон – это водород, 8 – кислород, 26 – железо.
К середине XIX века было известно около 63 элементов, и попытки упорядочить их предпринимали многие ученые, но удалось это сделать Дмитрию Ивановичу Менделееву, который обнаружил систематику и представил все элементы в виде таблицы.
Наша Вселенная состоит на 99,9% из гелия и водорода. На данный момент известно 118 элементов. Первые 92 элемента таблицы Менделеева –образовались естественным образом и встречаются в природе – это стабильные элементы. Элементы после железа в таблице Менделеева образуются в результате вспышки сверхновой или при столкновении нейтронных звёзд: ядра элементов на крайне высоких скоростях сливаются, образуя более тяжёлые химические элементы, причём и нестабильные (радиоактивные). Сверхтяжёлые элементы созданные искусственно, то есть синтезированы в лабораторных условиях.
Где получают новые элементы?
На данный момент благодаря радиоактивности получено порядка 3500 изотопов. И это не предел: теории предсказывают возможность получениия ещё порядка 3000 изотопов. Где получают новые элементы? Синтезом и исследованием новых элементов и изотопов занимаются во многих научных центрах мира. И лидером по открытиям является Лаборатория ядерных реакций имени Г.Н. Флёрова в Объединённом институте ядерных исследований, который расположен в Дубне. У нас большой опыт по изучению экзотических ядер – изотопов с экстремальным избытком нейтронов или протонов. Так нами были синтезированы 16 новых элементов, включая оганесон (Og, 118), названный в честь академика Юрия Цолаковича Оганесяна.
Изотопы, особенно радиоактивные и сверхтяжёлые, мы получаем путём искусственного ядерного синтеза, например, облучаем мишени нейтронами в реакторах или пучками легких/тяжёлых ионов на ускорителях (циклотронах). Эти методы позволяют создавать ядра с необычным соотношением протонов и нейтронов.
Какая техника используется?
В нашем институте и в целом в мире создаётся огромное количество передовых технологий, которые даже вообразить трудно обычному пользователю. Так, например, мы работаем со сцинтилляционными детекторами, полупроводниковыми детекторами на основе сверхчистого германия или кремния. Это просто топ всей научной экспериментальной техники. С их помощью мы пытаемся исследовать фундаментальные свойства ядер, создавать и прогнозировать новые экзотические процессы.
По синтезу новых химических элементов (преимущественно сверхтяжёлых за ураном) мы работаем на отдельном циклотроне ДЦ-280 – специализированном комплексе, так называемой «Фабрике сверхтяжёлых элементов». Наш научный руководитель Юрий Цолакович Оганесян – гений в этом направлении, он предложил метод синтеза сверхтяжёлых 104–108 и 118 элементов. В Дубне были открыты 10 новых сверхтяжёлых химических элементов. Многие из них увековечили память соответствующими названиями: 105-й – дубний (в честь г. Дубна), 114-й – флеровий (в честь создателя нашей лаборатории), 115-й – московий (в честь Московской области), 118-й элемент – оганесон (в честь Юрия Оганесяна).
Подготовила Екатерина Добрякова