На вопрос 118-й элемент: сделано в России? заданный автором Пользователь удален
лучший ответ это Помнится, что Брюсу Уиллису для спасения Земли в известном фильме требовалось собрать всего пять элементов. Когда я еще учился в школе, для получения нормальной оценки по химии элементов нужно было знать 108. А в 1999 году расположенная в Беркли американская лаборатория имени Лоуренса сообщила, что ее ученые синтезировали 118-й элемент и назвали его "унуноктикум". После этого, действуя по американским методикам, такой же эксперимент пытались провести японцы и немцы, но безрезультатно, из-за чего вещество стали называть элементом-невидимкой.
Недавно же американцы вообще публично объявили о научной ошибке и аннулировали свое открытие. Тогда, выступая перед сотрудниками своей лаборатории, ее директор Чарльз Франк сказал, что "эпохальное открытие" элементов номер 118 и 116 - результат научного мошенничества одного члена группы, который впоследствии был изгнан из лаборатории.
Однако то, что не удалось янки, может быть вполне по силам российским ученым. Два года назад в Дубне синтезировали 114-й и 116-й элементы. А еще раньше - 105-й, который, кстати, так и назвали - дубний. В настоящее же время наши соседи готовятся получить 118-й сверхтяжелый элемент Периодической таблицы Менделеева. Эксперимент проводят физики трех российских исследовательских центров: расположенного в Дубне Объединенного института ядерных исследований, ВНИИ экспериментальной физики и димитровградского Государственного национального центра НИИ атомных реакторов.
Собственно, значение события заключается в том, что оно реально доказывает: Периодическая таблица не заканчивается трансурановыми элементами. А по мере того как мы идем ко все более тяжелым элементам, время их жизни резко уменьшается. Если уран, 92-й номер в таблице, живет миллиард лет, то 112-й элемент, который был синтезирован в Германии в 1995 г. , живет 240 микросекунд! Но теория предсказывает, что если пойти еще дальше, ко все более тяжелым элементам, время их жизни начнет опять возрастать. Так, время жизни 116-го элемента уже 50 миллисекунд! По меркам микромира, это просто фантастически долго.
Однако важен не столько даже сам факт синтеза. В какой-то мере все 18 трансурановых элементов - творение рук человеческих. На Земле их нет. Но практические следствия проводимых экспериментов могут оказаться самыми фантастическими. Например, если критическая масса урана составляет около 20 кг, то критическая масса сверхтяжелых элементов может быть всего несколько миллиграммов. Впрочем, все это пока только научная фантастика.. .
А тем временем физики-теоретики уже обсуждают свойства элементов с порядковым номером.. . 119 и 120. Заместитель директора Института физики Национальной академии наук Беларуси Анатолий Афанасьев подтвердил, что подобные структуры вполне могут быть созданы. Однако если их и синтезируют, то, скорее всего, не белорусские ученые. Ибо на столь дорогие эксперименты у них просто нет средств...
Группа российских и американских ученых вчера заявила о том, что ею был получен самый тяжелый из когда-либо созданных в лаборатории элементов – частица вещества, просуществовавшая менее одной тысячной доли секунды. Тем не менее, элемент будет поставлен в конец периодической системы и заставит задуматься о необычных новых элементах, которые могут находиться следом за ним.
По существующему соглашению, элемент останется безымянным, пока его существование не будет подтверждено другими лабораториями. К настоящему моменту новое вещество известно как 118-й элемент – по числу протонов в ядре, которое больше, чем в любом другом существующем в природе или полученном в лаборатории элементе.
Легче всех водород, который имеет один протон в ядре, а уран – самый тяжелый из элементов, существующих в природе, – насчитывает 92 протона. Элемент 118 удобно располагается сразу под радоном в подгруппе периодической таблицы, куда входят инертные газы, называемые так за низкую химическую активность.
Полученные результаты были встречены другими специалистами в данной области радостно, но при этом с осторожностью, особенно учитывая непростую историю 118-го элемента. Другая калифорнийская лаборатория, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли, уже заявляла об открытии данного элемента в 1999 году, однако спустя два года отозвала заявление после того, как входе расследования было установлено, что один из ученых, доктор Виктор Нинов, сфабриковал данные. Позднее доктор Нинов был уволен.
Доктор Кен Муди, ведущий американский исследователь, принимавший участие в работе, заявил, что было сделано все возможное с целью уберечься от фальсификаций, анализ проводился независимо в России и в Соединенных Штатах. Отчет группы о предполагаемом открытии был принят престижным научным журналом Physical Review C, после того как другие специалисты высказали свое мнение, рассказал доктор Джонатан Линэган, редактор журнала.
Однако происходящее связано не столько с опасениями подлога, сколько с обычной осторожностью ученых, которая заставляет некоторых из них воздерживаться от оценки. Российская лаборатория и ее сотрудники сообщили об открытии пяти элементов – 113-го, 114-го, 115-го, 116-го, а теперь и 118-го – но ни одно из этих открытий не подтверждено другими учеными.
"Следует быть чрезвычайно осторожным в отношении подобных радостных заявлений", – говорит доктор Витольд Назаревич, теоретик в области ядерной физики из Университета штата Теннеси, работающий в Окриджской национальной лаборатории.
"Это происходит не из-за того, что кто-то что-то неправильно сделал, – объясняет доктор Назаревич. – Дело в том, что имеют место очень тонкие измерения – на грани статистической погрешности".
Группа, получившая новый элемент, которая состоит из ученых Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и представителей Объединенного института ядерных исследований в российском городе Дубна, заявила о получении трех атомов нового элемента в течение полугода экспериментов по синтезу его из более легких элементов.
Ученые также говорят, что полученные результаты дают надежду на приближение к давно предсказанному "острову стабильности", состоящему из еще более тяжелых элементов, время жизни которых дольше и которые, возможно, обладают новыми, необычными химическими свойствами.
"Это существенно расширяет границы существующего материального мира", – сообщил в своем электронном письме доктор Юрий Оганесян. Он является директором Лаборатории ядерных реакций при институте им. Флерова в Дубне, где проводились эксперименты с использованием циклотрона – циклического ускорителя заряженных частиц.
Исследовательница из Ливермора, доктор Нэнси Дж. Стойер, сообщила, что, по расчетам группы, вероятность того, что полученные результаты являются последствием статистической ошибки, составляет одну стотысячную. "Мы более чем уверены", – говорит доктор Стойер.
Другие ученые-экспериментаторы сообщили, что никаких явных несоответствий в работе нет.
"Я полагаю, что имеющиеся у них доказательства убедительны, – говорит доктор С. Конрад Гельбке, директор Национальной лаборатории Мичиганского университета, изучающей применение сверхпроводимости в ускорителях. – Все выглядит неплохо".
Эксперименты, проводившиеся российскими учеными с помощью циклотрона, включали бомбардировку мишени из калифорния, содержащего 98 протонов, атомами кальция, содержащими 20 протонов. В результате этого, как надеялись ученые, частицы должны были слипнуться, словно комочки клейкой массы, объяснил доктор Доун А. Шоунесси, еще один участник эксперимента из Ливермора.
В исключительно редких случаях они соединились. После 10 миллиардов миллиардов бомбардировок детекторы обнаружили, что два набора протонов соединились, породив в результате 118-й элемент.
Вес элемента определяется общим числом протонов, которые имеют положительные заряд, и нейтронов, не имеющих заряда, в ядре атома.
По этому показателю новый элемент также является самым тяжелым из когда-либо созданных.
Доктор Гельбке считает, что есть одна убедительная причина, по которой российская лаборатория опередила всех конкурентов в мире. По его словам, ученые данной лаборатории обладают высокой квалификацией в обращении с калифорнием, радиоактивным и опасным для несведущих элементом.
"Лично я бы не стал с ним работать, – говорит доктор Гельбке, посмеиваясь. – Для большинства людей это довольно опасное вещество".
Если полученные результаты будут признаны, то они станут еще одним шагом в достижении "острова стабильности", который, согласно предсказаниям теоретиков, составляет группа сверхтяжелых элементов периодической таблицы. Ядра имеют оболочечное строение, и наиболее стабильные атомы содержат так называемые "магические числа" протонов и нейтронов, которые составляют закрытую, или заполненную, оболочку.
Числа 2, 8, 20, 28, 50 и 82 являются магическими как для протонов, так и для нейтронов. Самым высоким магическим числом для нейтронов является 126, так что обычный свинец, содержащий 82 протона и 126 нейтронов, является самым тяжелым из "дважды магических", то есть особо устойчивых, изотопов в периодической таблице.
Однако теоретики предсказывает, что существуют и другие элементы с закрытой оболочкой, расположенные дальше всех известных на настоящий момент элементов, включая последний.
"Это как Плам-Айленд у оконечности Лонг-Айленда, – объясняет главный редактор Physical Review доктор Мартин Блюм. – Вы идете туда, затем море, а потом Плам-Айленд".
Предполагается, что следующее магическое число для нейтронов равняется 184. Однако это пока невозможно подтвердить экспериментально.
Вопрос о следующем магическом числе для протонов вызывает среди ученых разногласия.
"Мне кажется, есть основания для ведения поисков в данном районе, – считает доктор Блюм. – Достигнут ли уже остров стабильности?"
Джеймс Гланц
Новость о внесении в таблицу Менделеева сразу четырех новых сверхтяжелых элементов вызвала живой интерес людей даже весьма далеких от науки. Но это итог некоего пути от собственно открытия элементов до их официального признания. На основе отчетов научных групп, которым удалось синтезировать элементы с номерами 113, 115, 117 и 118, совместная комиссия международных союзов по физике (ИЮПАП) и по химии (ИЮПАК) присудила приоритеты в открытии.
Согласно пресс-релизу от 30 декабря 2015 года ИЮПАК признал приоритет в открытии элементов: 113 - за японской группой ученых, 115, 117, 118 - за дубненской.
8 июня 2016 года ИЮПАК сообщил, что принял названия, предложенные авторами открытий. После чего в течение пяти месяцев шло обсуждение этих названий в научных сообществах всех стран мира. И 28 ноября 2016 года ИЮПАК принял решение внести в Периодическую таблицу элементы:
Нихоний (Nh) - 113,
Московий (Mc) - 115,
Теннессин (Ts) - 117,
Оганесон (Og) - 118.
Научный руководитель Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, руководитель работ по синтезу сверхтяжелых элементов в Дубне, академик РАН Юрий Цолакович Оганесян, в честь которого получил название 118-й элемент, в начале нынешнего года рассказывал журналистам о том, как идет научный поиск в этом направлении, как новые элементы получают свои названия и т. д.
- Как реагировало научное сообщество на сообщение о признании приоритетов в открытии элементов с номерами 113, 115, 117 и 118?
Большие дискуссии идут, причем на высоком уровне - все вдруг оживились. Хотели найти границы: насколько может быть большой Периодическая таблица элементов? Наш эксперимент показал: она может быть очень и очень большой. Все ожидали, что этих элементов не будет, а теперь, когда оказалось, что они есть, - граница отодвинулась. Вопрос: сколько вообще может быть элементов - остается открытым. С одной стороны, это говорит о том, что надо дальше работать по этой теме. С другой стороны, это оправдывает то, что мы «фабрику» делаем - для того, чтобы идти дальше.
- Есть ли сегодня представление о том, каким путем продвигаться дальше?
На четыре новых элемента нами было потрачено 15 лет. Мы первые результаты получили в 2000 году, и за прошедшие 15 лет что-то увидели, что-то поняли. Мы не знали, есть ли вообще там какие-то элементы. Теперь наши знания пополнились. С другой стороны - (идет ) научно-технический прогресс. И если бы мы сегодня ставили такой эксперимент: с учетом того, что теперь знаем, и с техникой, которая есть сейчас, - мы могли бы в сто раз быстрее это сделать. Вот потому создается «фабрика»: она воплощает в себе все знания, которые получены здесь (в Лаборатории ядерных реакций ), и весь научно-технический прогресс, который был за 15 лет.
Тут вопрос в том, как идти дальше. Надо остановиться в какой-то момент и сказать себе: теперь надо идти по-другому. Академик Л. А. Арцимович, у которого я учился, говорил: если вы хотите какую-то установку усовершенствовать, вы можете каждый из ее узлов улучшить - здесь на 10 %, там на 20 %, где-то на 30% - и получить улучшение результата в 2-3 раза. Но если вы хотите в 10 раз лучше, надо старую установку выбросить и делать новую.
То же самое и здесь (с фабрикой сверхтяжелых элементов ): если хотим получить (чувствительность эксперимента ) в 100 раз больше, то нужно остановиться и сделать что-то новое - тогда получишь нужный фактор и увидишь то, чего сейчас не видишь. Это, кстати, естественное человеческое отношение к любой вещи: если вы хотите сделать серьезный скачок, надо остановиться и делать дальше по-другому.
- Помогает ли в дальнейшей работе признание новых элементов?
Нет. Это не только мое мнение, но и всех, кто занимается этим делом. Например, когда вы готовите обед - ждете, что скажут гости, или сами чувствуете, что вкусно получилось? Если ты занимаешься делом каждый день, виден тот момент, когда действительно получается. Может быть, остальные не очень верят, но ты-то это видишь: один, второй раз (новый элемент образуется ), потом еще и еще раз получается - вот это первая вещь, которая вселяет уверенность.
Вторая вещь, когда в другой лаборатории другие люди на другой установке повторяют тот же эксперимент «один к одному» - тогда и они верят. Еще признания нет, но уже всё понятно, и на конференциях по-другому звучит. А когда уже официально признали и вписали (новый элемент ) в Таблицу, надо понимать, что это (его существование ) не сейчас стало ясно, а гораздо раньше.
Например, по 117-му элементу, который наиболее сложно нам было получить, второй эксперимент закончили в 2010 году. За 5 лет, прошедшие с тех пор, в Америке в Беркли его повторили, в Германии в Дармштадте - всё то же самое. Хочу сказать, что это довольно-таки тяжелая работа: малое количество событий (когда синтезируется новый элемент ), контроль эксперимента надо делать и т. д. А когда всё подтверждается и признается приоритет - это завершающий этап.
- Как получилось, что несколько сверхтяжелых элементов даже не пытались синтезировать в Лаборатории ядерных реакций?
В 1974 году мы здесь, в Дубне, предложили и продемонстрировали новый метод синтеза элементов. А тогда строился ускоритель в Дармштадте, коллеги из Германии посмотрели и «ухватились» за него - было такое время, когда ездили каждую неделю к нам сюда. Они построили гигантский ускоритель, сделали замечательный сепаратор и применили наш принцип, чтобы синтезировать новые элементы в Дармштадте. Более 20 лет она работали и этим способом первыми получили элементы 107, 108, 109, 110, 111 и 112. Впрочем, 112-й и мы тоже получили.
Меня часто спрашивают: почему вы сами этим методом не занимались? Во-первых, у нас жизнь тогда была непростая - 90-е годы. Во-вторых, не важно, главное, что они нашим методом это сделали. В-третьих, что самое главное: было ясно, что этот метод более тяжелых элементов не даст - не хватает нейтронов, чтобы подойти к этой горе, к острову стабильности. Он ведет мимо «острова стабильности». Поэтому мы начали кальцием заниматься (облучением пучками изотопов кальция-48 мишеней из трансурановых элементов).
А немецкие коллеги дошли до 112-го, и это (возможности прежнего метода ) было исчерпано, тем не менее, японцы начали делать 113-й тем же методом. Они за 9 лет получили 3 события (синтеза 113-го элемента ) - я называю это «из кастрюли соскребать со дна». Это неинтересно, так как не имеет выхода дальше, а просто дает еще один элемент. Поэтому мы пошли в область нейтронно-избыточных (ядер ). Там получается гораздо больше. У нас был сначала 115-й элемент, затем (как результат его альфа-распада ) 113-й, и это примерно одно событие в день - в тысячу раз больше.
- Поэтому присуждение Японии приоритета в открытии 113-го воспринято в научных кругах неоднозначно?
О том, что мы синтезировали 115-й элемент, а из него (после альфа-распада всегда) получается 113-й, его «дочка», - я доложил на конгрессе ИЮПАК в 2003 году в Казани. А японцы свой первый результат опубликовали через год. То есть мы и по времени раньше, и событий у нас больше, и нашим методом можно к более тяжелым элементам идти, а японский эксперимент даже никто повторять не станет - какой смысл заниматься девять лет ради трех событий, если можно (действуя, как в Дубне ) получать 113-й в сотнях штук. Поэтому и физики, и химики будут пользоваться нашим методом, который дает более тяжелый изотоп 113-го.
Может быть, ИЮПАК посчитал, что «слишком много» отдавать все четыре элемента в одни руки. Может, решил отдать должное упорству японцев. Можно разные догадки строить. Плохо то, что это решение ИЮПАК ничем не подтвердил. Они должны были подготовить и опубликовать отчет, потом провести дебаты по этому поводу - а пока (на 21 января 2016 года ) отчета нет: как они смогли «дочь» (113-й ) от «матери» (115-го ) оторвать. Это всё уже номенклатура, но мы-то знаем, что это «наше дитя».
- Как придумывают названия для новых элементов?
По правилам мы должны предложить названия «своих» элементов, но это не значит, что номенклатурная комиссия ИЮПАК примет то, что мы скажем. Ведь потом названия и двухбуквенные символы элементов будут использоваться в учебниках, в формулах химических соединений - важно, чтобы они звучали приемлемо на всех языках мира. Так, 105-й элемент - дубний, в честь города Дубны, 114-й - флеровий, в честь Лаборатории ядерных реакций и ее основателя Георгия Николаевича Флерова, 116-й - ливерморий, в честь города в Америке (места нахождения национальной лаборатории, совместно с которой проводились эксперименты по синтезу сверхтяжелых ).
Обсуждается (для 115-го ) название «московий». Важно понимать, что это в честь Московии как исторической русской древней территории. Сейчас на ней находятся Москва и Московская область, но речь не об административных единицах, а о земле Московии - той местности, в которой мы живем.
По двум другим элементам предложений пока не было, но мы должны отдать дань нашим коллегам-американцам, они внесли свой вклад. Знаете, в современном мире вообще так устроено: надо взять всё лучшее, что есть - и тогда можно чего-то достичь. Поэтому мы взяли самый мощный в мире реактор, который работает в Окридже, и самый мощный ускоритель, который работает в Дубне - и это дало такой мощный симбиоз. Вот такое сотрудничество, когда одно без второго не даст ничего, когда обе стороны являются фундаментами, - это и есть настоящее сотрудничество. У нас оно и дальше будет продолжаться. Вот сейчас у нас (в циклотроне ) стоит американская мишень, на пучке облучается. И новые элементы - это наш общий результат, хотя эксперименты делаются в Дубне.
Что касается названия третьего из элементов, надо подумать - у нас есть на это время. Но, вообще говоря, мы будем следовать традиции. А по традиции принято называть элементы либо в честь планет (Плутон, Нептун, Уран), либо в честь великих ученых (Кюри, Ферми, Менделеев), либо в честь мест, где произошло их открытие (в честь немецкой земли Гессен получил название 108-й элемент, хассий). Этот вариант мне нравится больше всего, потому что когда пишешь статью по результатам эксперимента, количество авторов ограничено, хотя участвует в нем множество людей. И если элемент назван в честь места, где он открыт, все себя чувствуют упомянутыми в этом названии. Вот когда был объявлен наш приоритет по элементам 114 и 116, я предложил выписать одинаковые премии всем сотрудникам лаборатории - от директора до уборщиц, потому что все участвовали. По большому счету надо вспомнить и всех, кто работал в лаборатории раньше, ведь труд каждого здесь остался. И когда мы называем элемент в честь нашей земли, я считаю такой подход - гуманный и правильный. Не будем отходить от этой традиции.
Новые элементы
28 ноября собрание Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC) утвердило официальные названия 113, 115, 117 и 118 элементов таблицы Менделеева. За ними закрепили наименования, в июне 2016 года - нихоний (Nh), московий (Mc), теннессин (Ts) и оганессон (Og). Об этом сообщает пресс-релиз союза.
Для внесения элемента в таблицу Менделеева необходимо пройти через несколько формальных этапов. Среди них доказательство получения элементов в чистом виде, определение приоритета в открытии, определение названия для элемента его первооткрывателями и признание названия международным сообществом.
IUPAC признал синтез элементов 113,115, 117 и 118 и определил приоритет в их открытии в январе 2016 года. Согласно решению комиссии, приоритет в выборе названия для 113 элемента получил институт RIKEN, а 115, 117 и 118 элементы были открыты совместно российско-американской группой из Объединенного института ядерных исследований в Дубне (ОИЯИ), Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии (LLNL) и Национальной лаборатории Оак-Ридж в Теннесси (ORNL).
До июня 2016 года научные группы предложили названия и IUPAC порекомендовал их для включения в таблицу Менделеева. На протяжении пяти месяцев союз принимал комментарии и апелляции к названиям. Среди них комиссия выделила касавшиеся краткого сокращения для теннессина - Ts. Традиционно это обозначение используется в органической химии для тозильных групп (остатков толуолсульфокислоты). Эксперты отметили, что аналогичный вопрос возникал при наименовании коперниция (112 элемент, Cn) - первооткрыватели предлагали для него аббревиатуру Cp, также «занятую» органиками. Тогда апелляция была принята. Однако для теннессина двухбуквенное обозначение осталось неизменным - комиссия отметила, что обозначения для актиния (Ac) и празеодима (Pr) тоже «заняты» органиками (ацетил, пропил), а контекст использования названия тенессина не позволит спутать его с другими вариантами прочтения.
Интересно, что оганессон стал вторым элементом таблицы Менделеева, прижизненно названным в честь ученого - Юрия Цолаковича Оганесяна , научного руководителя лаборатории ядерных реакций ОИЯИ и соавтора открытий 104-107 элементов периодической системы. Московий получил свое название в честь Московской области, где располагается ОИЯИ. Нихоний стал первым из элементов, название которого связано с Японией.
Необычные окончания в названиях оганессона и тенессина связаны с их положением в таблице Менделеева. Оганессон относится к благородным газам: гелию, неону, аргону, криптону, ксенону и радону. Теннессин - к галогенам: фтору, хлору, брому, иоду и астату, чьи англоязычные названия оканчиваются на -ine (fluorine, chlorine, bromine, iodine, astatine). Возможно, следуя традиции, более правильным русскоязычным названием для элемента могло бы быть «теннесс».
Владимир Королёв
Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) утвердил названияновых четырёх элементов таблицы Менделеева: 113-го, 115-го, 117-го и 118-го. Последний назван в честь российского физика, академика Юрия Оганесяна. Учёные попадали "в клеточку" и раньше: Менделеев, Эйнштейн, Бор, Резерфорд, чета Кюри… Но лишь второй раз в истории это произошло при жизни учёного. Прецедент случился в 1997 году, когда такой чести удостоился Гленн Сиборг. Юрию Оганесяну давно прочат Нобелевскую премию. Но, согласитесь, получить собственную клеточку в таблице Менделеева куда круче.
В нижних строках таблицы вы легко найдёте уран, его атомный номер 92. Все последующие элементы, начиная с 93-го, - это так называемые трансураны. Некоторые из них появились примерно 10 миллиардов лет назад в результате ядерных реакций внутри звёзд. Следы плутония и нептуния были обнаружены в земной коре. Но большинство трансурановых элементов давно распалось, и теперь можно лишь предсказывать, какими они были, чтобы потом пытаться воссоздать их в лабораторных условиях.
Первыми это сделали в 1940 году американские учёные Гленн Сиборг и Эдвин Макмиллан. Родился плутоний. Позднее группа Сиборга синтезировала америций, кюрий, берклий… К тому времени чуть ли не весь мир включился в гонку за сверхтяжёлыми ядрами.
Юрий Оганесян (р. 1933). Выпускник МИФИ, специалист в области ядерной физики, академик РАН, научный руководитель лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Председатель Научного совета РАН по прикладной ядерной физике. Имеет почётные звания в университетах и академиях Японии, Франции, Италии, Германии и других стран. Награждался Государственной премией СССР, орденами Трудового Красного Знамени, Дружбы народов, «За заслуги перед Отечеством» и пр. Фото: wikipedia.org
В 1964 году новый химический элемент с атомным номером 104 впервые синтезировали в СССР, в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ), который находится в подмосковной Дубне. Позднее этот элемент получил имя "резерфордий". Руководил проектом один из основателей института Георгий Флёров. Его имя тоже вписано в таблицу: флеровий, 114.
Юрий Оганесян был учеником Флёрова и одним из тех, кто синтезировал резерфордий, потом дубний и более тяжёлые элементы. Благодаря успехам советских учёных Россия вырвалась в лидеры трансурановой гонки и сохраняет этот статус до сих пор.
Научный коллектив, работа которого привела к открытию, направляет своё предложение в IUPAC. Комиссия рассматривает аргументы "за" и "против", исходя из следующих правил: "…вновь открытые элементы могут быть названы: (а) по имени мифологического персонажа или понятия (включая астрономический объект), (б) по названию минерала или аналогичного вещества, (в) по названию населённого пункта или географической области, (г) в соответствии со свойствами элемента или (д) по имени учёного".
Названия четырём новым элементам присваивали долго, почти год. Дата объявления решения несколько раз отодвигалась. Напряжение нарастало. Наконец 28 ноября 2016 года, по истечении пятимесячного срока для приёма предложений и возражений общественности, комиссия не нашла причин отвергнуть нихоний, московий, теннессин и оганесон и утвердила их.
Кстати, суффикс "-он-" не очень типичен для химических элементов. Для оганесона он выбран потому, что по химическим свойствам новый элемент аналогичен инертным газам - это сходство подчеркивает созвучие с неоном, аргоном, криптоном, ксеноном.
Рождение нового элемента - событие исторического масштаба. На сегодняшний день синтезированы элементы седьмого периода до 118-го включительно, и это не предел. Впереди 119-й, 120-й, 121-й… Изотопы элементов с атомными номерами более 100 зачастую живут не более тысячной доли секунды. И кажется, чем тяжелее ядро, тем короче его жизнь. Это правило действует до 113-го элемента включительно.
В 1960-х годах Георгий Флёров предположил, что оно не обязано неукоснительно соблюдаться по мере углубления в таблицу. Но как это доказать? Поиск так называемых островов стабильности более 40 лет был одной из важнейших задач физики. В 2006 году коллектив учёных под руководством Юрия Оганесяна подтвердил их существование. Научный мир вздохнул с облегчением: значит, смысл искать всё более тяжёлые ядра есть.
Коридор легендарной Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Фото: Дарья Голубович/"Кот Шрёдингера"
Юрий Цолакович, что же всё-таки представляют собой острова стабильности, о которых много говорят в последнее время?
Юрий Оганесян: Вы знаете, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Но только строго определённое количество этих "кирпичиков" связаны друг с другом в единое тело, которое представляет ядро атома. Комбинаций, которые "не срабатывают", оказывается больше. Поэтому, в принципе, наш мир находится в море нестабильности. Да, есть ядра, которые остались со времён образования Солнечной системы, они стабильны. Водород, например. Участки с такими ядрами будем называть "континентом". Он постепенно уходит в море нестабильности по мере того, как мы идём к более тяжёлым элементам. Но, оказывается, если далеко уйти от суши, возникает остров стабильности, где рождаются ядра-долгожители. Остров стабильности - это открытие, которое уже сделано, признано, но точное время жизни долгожителей на этом острове пока не предсказывается достаточно хорошо.
Как были открыты острова стабильности?
Юрий Оганесян: Мы долго их искали. Когда ставится задача, важно, чтобы был однозначный ответ "да" или "нет". Причин нулевого результата на самом деле две: либо ты не дотянулся, либо того, что ищешь, вообще нет. У нас был "ноль" до 2000 года. Мы думали, что, может быть, теоретики и правы, когда рисуют свои красивые картины, но нам до них не дотянуться. В 90-е мы пришли к выводу, что стоит усложнить эксперимент. Это противоречило реалиям того времени: нужна была новая техника, а средств не хватало. Тем не менее к началу ХХI века мы были готовы опробовать новый подход - облучать плутоний кальцием-48.
Почему для вас так важен именно кальций-48, именно этот изотоп?
Юрий Оганесян: Он имеет восемь лишних нейтронов. А мы знали, что остров стабильности там, где избыток нейтронов. Поэтому тяжёлый изотоп плутония-244 облучали кальцием-48. В этой реакции синтезировали изотоп сверхтяжёлого элемента 114 - флеровия-289, который живёт 2,7 секунды. В масштабах ядерных превращений это время считается достаточно длительным и служит доказательством того, что остров стабильности существует. Мы доплыли до него, и по мере продвижения вглубь стабильность только росла.
Фрагмент сепаратора ACCULINNA-2, на котором изучается структура лёгких экзотических ядер. Фото: Дарья Голубович/"Кот Шрёдингера"
Почему, в принципе, была уверенность, что существуют острова стабильности?
Юрий Оганесян: Уверенность появилась, когда стало понятно, что ядро имеет структуру… Давно, ещё в 1928 году, наш великий соотечественник Георгий Гамов (советский и американский физик-теоретик) высказал предположение, что ядерное вещество похоже на каплю жидкости. Когда эту модель начали проверять, выяснилось, что она удивительно хорошо описывает глобальные свойства ядер. Но потом наша лаборатория получила результат, который коренным образом изменил эти представления. Мы выяснили, что в обычном состоянии ядро не ведёт себя подобно капле жидкости, не является аморфным телом, а имеет внутреннюю структуру. Без неё ядро существовало бы всего 10-19 секунды. А наличие структурных свойств ядерной материи приводит к тому, что ядро живёт секунды, часы, а мы надеемся, что может жить сутки, а может быть даже миллионы лет. Эта надежда, быть может, и слишком смелая, но мы надеемся и ищем трансурановые элементы в природе.
Один из самых волнующих вопросов: есть ли предел разнообразию химических элементов? Или их бесконечно много?
Юрий Оганесян: Капельная модель предсказывала, что их не более ста. С её точки зрения есть предел существования новых элементов. Сегодня их открыто 118. Сколько ещё может быть?.. Надо понять отличительные свойства "островных" ядер, чтобы делать прогноз для более тяжёлых. С точки зрения микроскопической теории, которая учитывает структуру ядра, мир наш не кончается за сотым элементом уходом в море нестабильности. Когда мы говорим о пределе существования атомных ядер, мы должны обязательно это учесть.
Есть ли достижение, которое вы считаете главным в жизни?
Юрий Оганесян: Я занимаюсь тем, что мне на самом деле интересно. Иногда увлекаюсь очень сильно. Иногда получается что-то, и я радуюсь, что получилось. Это жизнь. Это не эпизод. Я не принадлежу к категории людей, которые мечтали быть научными работниками в детстве, в школе, нет. Но просто у меня как-то хорошо получалось с математикой и физикой, и поэтому я пошёл в тот вуз, где надо было сдавать эти экзамены. Ну, сдал. И вообще, я считаю, что в жизни мы все очень сильно подвержены случайностям. Правда, ведь? Очень многие шаги в жизни мы делаем совершенно случайным образом. А потом, когда ты становишься взрослым, тебе задают вопрос: "Почему ты это сделал?". Ну, сделал и сделал. Это моё обычное занятие наукой.
"Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента"
Сейчас ОИЯИ строит первую в мире фабрику сверхтяжёлых элементов на базе ускорителя ионов DRIBs-III (Dubna Radioactive Ion Beams), самого мощного в своей области энергий. Там будут синтезировать сверхтяжёлые элементы восьмого периода (119, 120, 121) и производить радиоактивные материалы для мишеней. Эксперименты начнутся в конце 2017 - начале 2018 года. Андрей Попеко, из лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова ОИЯИ, рассказал, зачем всё это нужно.
Андрей Георгиевич, как предсказывают свойства новых элементов?
Андрей Попеко: Основное свойство, из которого следуют все остальные, - это масса ядра. Предсказать её очень сложно, но, исходя из массы, уже можно предположить, как ядро будет распадаться. Есть разные экспериментальные закономерности. Вы можете изучать ядро и, скажем, пытаться описать его свойства. Зная что-то о массе, можно говорить об энергии частиц, которые будет испускать ядро, делать предсказания о времени его жизни. Это довольно громоздко и не очень точно, но более-менее надёжно. А вот если ядро делится спонтанно, прогнозирование становится делом гораздо более сложным и менее точным.
Что мы можем сказать о свойствах 118-го?
Андрей Попеко: Он живёт 0,07 секунды и испускает альфа-частицы с энергией 11,7 МэВ. Это измерено. В дальнейшем можно сравнивать экспериментальные данные с теоретическими и поправлять модель.
На одной из лекций вы говорили, что таблица, возможно, заканчивается на 174-м элементе. Почему?
Андрей Попеко: Предполагается, что дальше электроны просто упадут на ядро. Чем больше заряд ядра, тем сильнее оно притягивает электроны. Ядро - плюс, электроны - минус. В какой-то момент ядро притянет электроны настолько сильно, что они должны упасть на него. Наступит предел элементов.
Могут ли такие ядра существовать?
Андрей Попеко: Полагая, что существует 174-й элемент, мы полагаем, что существует и его ядро. Но так ли это? Уран, 92-й элемент, живёт 4,5 млрд лет, а 118-й - меньше миллисекунды. Собственно, раньше считалось, что таблица заканчивается на элементе, время жизни которого пренебрежимо мало. Потом выяснилось, что не всё так однозначно, если двигаться по таблице. Сначала время жизни элемента падает, потом, у следующего, немножко увеличивается, потом опять падает.
Рулоны с трековыми мембранами - наноматериалом для очистки плазмы крови при лечении тяжёлых инфекционных заболеваний, устранении последствий химиотерапии. Эти мембраны разработали в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ ещё в 1970-е годы. Фото: Дарья Голубович/"Кот Шрёдингера"
Когда увеличивается - это и есть остров стабильности?
Андрей Попеко: Это указание на то, что он есть. На графиках это хорошо видно.
Тогда что же такое сам остров стабильности?
Андрей Попеко: Некоторая область, в которой находятся ядра изотопов, бладающие более долгим по сравнению с соседями временем жизни.
Эту область ещё предстоит найти?
Андрей Попеко: Пока только самый краешек зацепили.
Что вы будете искать на фабрике сверхтяжёлых элементов?
Андрей Попеко: Эксперименты по синтезу элементов занимают много времени. В среднем полгода непрерывной работы. Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента. Кроме того, мы работаем с высокорадиоактивными материалами, и наши помещения должны отвечать специальным требованиям. Но когда создавалась лаборатория, их ещё не было. Сейчас строится отдельное здание с соблюдением всех требований радиационной безопасности - только для этих экспериментов. Ускоритель сконструирован для синтеза именно трансуранов. Мы будем, во-первых, подробно изучать свойства 117-го и 118-го элементов. Во-вторых, искать новые изотопы. В-третьих, пробовать синтезировать ещё более тяжёлые элементы. Можно получить 119-й и 120-й.
Планируются эксперименты с новыми материалами для мишеней?
Андрей Попеко: Мы уже начали работать с титаном. На кальций потратили в общей сложности 20 лет - получили шесть новых элементов.
К сожалению, научных областей, где Россия занимает ведущие позиции, не так много. Как нам удаётся побеждать в борьбе за трансураны?
Андрей Попеко: Собственно, здесь лидерами всегда были Соединённые Штаты и Советский Союз. Дело в том, что основным материалом для создания атомного оружия был плутоний - его требовалось как-то получать. Потом задумались: а не использовать ли другие вещества? Из ядерной теории следует, что нужно брать элементы с чётным номером и нечётным атомным весом. Попробовали кюрий-245 - не подошёл. Калифорний-249 тоже. Стали изучать трансурановые элементы. Так получилось, что первыми этим вопросом занялись Советский Союз и Америка. Потом Германия - там в 60-е годы была дискуссия: стоит ли ввязываться в игру, если русские с американцами уже всё сделали? Теоретики убедили, что стоит. В итоге немцы получили шесть элементов: со 107-го по 112-й. Кстати, метод, который они выбрали, разрабатывал в 70-е годы Юрий Оганесян. И он, будучи директором нашей лаборатории, отпустил ведущих физиков помогать немцам. Все удивлялись: "Как это?" Но наука есть наука, здесь не должно быть конкуренции. Если есть возможность получить новые знания, надо участвовать.
Сверхпроводящий ECR-источник - при помощи которого получают пучки высоко-зарядных ионов ксенона, йода, криптона, аргона. Фото: Дарья Голубович/"Кот Шрёдингера"
В ОИЯИ выбрали другой метод?
Андрей Попеко: Да. Оказалось, что тоже удачный. Несколько позже подобные эксперименты стали проводить японцы. И синтезировали 113-й. Мы получили его почти на год раньше как продукт распада 115-го, но не стали спорить. Бог с ними, не жалко. Эта группа японская стажировалась у нас - многих из них мы знаем лично, дружим. И это очень хорошо. В некотором смысле это наши ученики получили 113-й элемент. Они же, кстати, подтвердили наши результаты. Желающих подтверждать чужие результаты немного.
Для этого нужна определённая честность.
Андрей Попеко: Ну да. А как по-другому? В науке, наверное, вот так.
Каково это - изучать явление, которое по-настоящему поймут от силы человек пятьсот во всём мире?
Андрей Попеко: Мне нравится. Я всю жизнь этим занимаюсь, 48 лет.
Большинству из нас невероятно сложно понять, чем вы занимаетесь. Синтез трансурановых элементов - не та тема, которую обсуждают за ужином с семьёй.
Андрей Попеко: Мы генерируем новые знания, и они не пропадут. Если мы можем изучать химию отдельных атомов, значит, обладаем аналитическими методами высочайшей чувствительности, которые заведомо пригодны для изучения веществ, загрязняющих окружающую среду. Для производства редчайших изотопов в радиомедицине. А кто поймёт физику элементарных частиц? Кто поймёт, что такое бозон Хиггса?
Да. Похожая история.
Андрей Попеко: Правда, людей, понимающих, что такое бозон Хиггса, всё же больше, чем разбирающихся в сверхтяжёлых элементах… Эксперименты на Большом адронном коллайдере дают исключительно важные практические результаты. Именно в Европейском центре ядерных исследований появился интернет.
Интернет - любимый пример физиков.
Андрей Попеко: А сверхпроводимость, электроника, детекторы, новые материалы, методы томографии? Всё это побочные эффекты физики высоких энергий. Новые знания никогда не пропадут.
Боги и герои. В честь кого называли химические элементы
Ванадий, V (1801 г.). Ванадис - скандинавская богиня любви, красоты, плодородия и войны (как у неё всё это получается?). Повелительница валькирий. Она же Фрейя, Гефна, Хёрн, Мардёлл, Сюр, Вальфрейя. Это имя дано элементу потому, что он образует разноцветные и очень красивые соединения, а богиня вроде тоже очень красивая.
Ниобий, Nb (1801 г.). Изначально назывался колумбием в честь страны, откуда привезли первый образец минерала, содержащего этот элемент. Но потом был открыт тантал, который практически по всем химическим свойствам совпадал с колумбием. В итоге решено было назвать элемент именем Ниобы, дочери греческого царя Тантала.
Палладий, Pd (1802 г.). В честь открытого в том же году астероида Паллада, название которого тоже восходит к мифам Древней Греции.
Кадмий, Cd (1817 г.). Изначально этот элемент добывали из цинковой руды, греческое название которой напрямую связано с героем Кадмом. Сей персонаж прожил яркую и насыщенную жизнь: победил дракона, женился на Гармонии, основал Фивы.
Прометий, Pm (1945 г.). Да, это тот самый Прометей, который отдал огонь людям, после чего имел серьёзные проблемы с божественными властями. И с печенью.
Самарий, Sm (1878 г.). Нет, это не совсем в честь города Самары. Элемент был выделен из минерала самарскита, который предоставил европейским учёным горный инженер из России Василий Самарский-Быховец (1803-1870). Можно считать это первым попаданием нашей страны в таблицу Менделеева (если не брать в расчёт её название, конечно).
Гадолиний, Gd (1880 г. Назван в честь Юхана Гадолина (1760-1852), финского химика и физика, открывшего элемент иттрий.
Тантал, Ta (1802 г.). Греческий царь Тантал обидел богов (есть разные версии, чем именно), за что в подземном царстве его всячески мучили. Примерно так же страдали учёные, пытаясь получить чистый тантал. На это ушло больше ста лет.
Торий, Th (1828 г.). Первооткрывателем был шведский химик Йёнс Берцелиус, который и дал элементу имя в честь сурового скандинавского бога Тора.
Кюрий, Cm (1944 г.). Единственный элемент, названный в честь двух человек - нобелевских лауреатов супругов Пьера (1859-1906) и Марии (1867-1934) Кюри.
Эйнштейний, Es (1952 г.). Тут всё понятно: Эйнштейн, великий учёный. Правда, синтезом новых элементов никогда не занимался.
Фермий, Fm (1952 г). Назван в честь Энрико Ферми (1901-1954), итало-американского учёного, внёсшего большой вклад в развитие физики элементарных частиц, создателя первого ядерного реактора.
Менделевий, Md (1955 г.). Это в честь нашего Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907). Странно только, что автор периодического закона попал в таблицу не сразу.
Нобелий, No (1957 г.). Вокруг названия этого элемента долго шли споры. Приоритет в его открытии принадлежит учёным из Дубны, которые назвали его жолиотием в честь ещё одного представителя семейства Кюри - зятя Пьера и Марии Фредерика Жолио-Кюри (тоже нобелевского лауреата). Одновременно с этим группа физиков, работавших в Швеции, предложила увековечить память Альфреда Нобеля (1833-1896). Довольно долго в советской версии таблицы Менделеева 102-й значился как жолиотий, а в американской и европейской - как нобелий. Но в итоге ИЮПАК, признавая советский приоритет, оставил западную версию.
Лоуренсий, Lr (1961 г.). Примерно та же история, что и с нобелием. Учёные из ОИЯИ предложили назвать элемент резерфордием в честь "отца ядерной физики" Эрнеста Резерфорда (1871-1937), американцы - лоуренсием в честь изобретателя циклотрона физика Эрнеста Лоуренса (1901-1958). Победила американская заявка, а резерфордием стал 104-й элемент.
Резерфордий, Rf (1964 г.). В СССР он назывался курчатовием в честь советского физика Игоря Курчатова. Окончательное название было утверждено ИЮПАК только в 1997 году.
Сиборгий, Sg (1974 г.). Первый и единственный до 2016 года случай, когда химическому элементу присвоили имя здравствующего учёного. Это было исключение из правила, но уж больно велик вклад Гленна Сиборга в синтез новых элементов (примерно десяток клеток в таблице Менделеева).
Борий, Bh (1976 г.). Тут тоже была дискуссия о названии и приоритете открытия. В 1992 году советские и немецкие учёные договорились назвать элемент нильсборием в честь датского физика Нильса Бора (1885-1962). ИЮПАК утвердил сокращённое название - борий. Это решение нельзя назвать гуманным по отношению к школьникам: им приходится запомнить, что бор и борий - это совершенно разные элементы.
Мейтнерий, Mt (1982 г.). Назван в честь Лизы Мейтнер (1878-1968), физика и радиохимика, работавшей в Австрии, Швеции и США. Кстати, Мейтнер была одним из немногих крупных учёных, отказавшихся участвовать в Манхэттенском проекте. Будучи убеждённой пацифисткой, она заявила: "Я не стану делать бомбу!".
Рентгений, Rg (1994 г.). В этой клеточке увековечен открыватель знаменитых лучей, первый в истории нобелевский лауреат по физике Вильгельм Рентген (1845-1923). Элемент синтезировали немецкие учёные, правда, в исследовательскую группу входили и представители Дубны, в том числе Андрей Попеко.
Коперниций, Cn (1996 .). В честь великого астронома Николая Коперника (1473-1543). Как он оказался в одном ряду с физиками XIX-XX века, не совсем понятно. И уж совсем непонятно, как называть элемент по-русски: коперниций или коперникий? Допустимыми считаются оба варианта.
Флеровий, Fl (1998 г.). Утвердив это название, международное сообщество химиков продемонстрировало, что ценит вклад российских физиков в синтез новых элементов. Георгий Флёров (1913-1990) руководил лабораторией ядерных реакций в ОИЯИ, где были синтезированы многие трансурановые элементы (в частности, от 102-го до 110-го). Достижения ОИЯИ увековечены также в названиях 105-го элемента (дубний ), 115-го (московий - в Московской области расположена Дубна) и 118-го (оганесон ).
Оганесон, Og (2002 г.). Первоначально о синтезе 118-го элемента заявили американцы в 1999 году. И предложили назвать его гиорсий в честь физика Альберта Гиорсо. Но их эксперимент оказался ошибочным. Приоритет открытия признали за учёными из Дубны. Летом 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название оганесон в честь Юрия Оганесяна.