shkolaput.ru 1



Научное сообщение

«Синтез и свойства сверхтяжелых элементов».


Докладчик – академик Оганесян Юрий Цолакович.


Синтез сверхтяжелых элементов является сегодня если не визитной карточкой Объединенного института, то одним из самых ярких его достижений. Опыт в этой области исследований Лаборатория ядерных реакций нарабатывает с начала своей 50-летней истории, постоянно совершенствуя методику эксперимента и модернизируя ускорительную технику. Заслуги ОИЯИ в области синтеза сверхтяжелых элементов получили мировое признание и закреплены в названии "Дубний" 105-го элемента Периодической таблицы элементов. Теперь, после открытия в Лаборатории Ядерных Реакций (ЛЯР) новой плеяды сверхтяжелых элементов, Таблица Д.И. Менделеева пополнится новыми названиями.

Одним из фундаментальных следствий микроскопической теории атомных ядер (модель ядерных оболочек) является предсказание «островов стабильности» в области гипотетических сверхтяжелых элементов (СТЭ, 1969г). Резкий подъем стабильности ожидался для деформированных ядер вблизи новых замкнутых протонных и нейтронных оболочек Z=108 и N=162; еще более сильный эффект предсказывался для более тяжелых сферических ядер при подходе к оболочкам Z=114 и N=184, следующими за «дважды магическими» стабильными ядрами свинца-208 (Z=82, N=126). Существование СТЭ и свойства их распада определяют предел массы ядер (ядерной материи).

Доклад посвящен экспериментальной проверке этих предсказаний – синтезу и изучению свойств тяжелейших ядер. В отличие от всех предыдущих безуспешных попыток синтеза СТЭ в импульсных потоках нейтронов (подземные взрывы, США, 1969-1975) равно как и в реакциях с

заряженными частицами (Франция - 1970, США – 1972-1974, Германия 1984-1985) мы использовали реакции слияния нейтронно-избыточных ядер - изотопов трансурановых элементов, нарабатываемых в мощных реакторах - с ускоренными ядрами редкого изотопа – кальция-48. После того, как на ускорителе в Дубне был получен пучок ионов кальция-48 с рекордной интенсивностью и были созданы мишени из тяжелых изотопов плутония, америция, кюрия и калифорния, чувствительность экспериментов по синтезу СТЭ была увеличена более чем в 500 раз, по отношению ко всем предыдущим экспериментам.


В течение 5 лет работы с пучком кальция-48 (2000-2005гг.) на созданном в ЛЯР ОИЯИ сепараторе ядер отдачи, были впервые получены самые тяжелые элементы с атомными номерами 113, 114, 115, 116 и 118. Позднее, в 2009-2010гг. в реакции слияния ядер берклия-249 (с периодом полураспада всего 320 дней) и кальция-48 были синтезированы также два изотопа 117 элемента.

Полученные впервые в реакциях с пучком кальция-48 свойства распада 31 самых тяжелых ядер с Z=110-118 и массой 279-294, а также еще 14 новых ядер, продуктов их распада – изотопов 104-109 элементов - дают прямое экспериментальное доказательство существования сверхтяжелых элементов. Благодаря этому значительно отодвигается предел существования ядер, предсказанный классической жидко-капельной моделью ядра. Новые элементы заполняют восьмой период Таблицы Д.И. Менделеева.

Сверхтяжелые ядра с большим избытком нейтронов оказались в зоне действия нейтронной оболочки N=184, что привело к увеличению их времени жизни на 4-5 порядков. Появились уникальные возможности исследования химического поведения сверхтяжелых элементов, в частности, определения степени их соответствия своим легким гомологам (проверка фундаментального закона о периодичность химических свойств СТЭ). Первые эксперименты, проведенные с изотопами 112 и 114 элемента, показали влияние т.н. «релятивистского эффекта» в электронной структуре сверхтяжелого атома на сдвиг химических свойств с ростом атомного номера элемента. Не исключено также, что наиболее долгоживущие ядра, находящиеся в вершине «острова стабильности», сохранились в очень малых количествах до наших дней. В докладе приводятся первые результаты по поиску СТЭ в природных объектах; обсуждается постановка экспериментов по регистрации сверхтяжелых ядер в космических лучах. Сверхтяжёлые элементы, полученные в ядерной физике, теперь становятся объектом исследований в смежных науках – в атомной физике, в астрофизике, в химии.