Страница 74 из 83
Синтез всех других трансурановых элементов связан с именем американского физика Гленна Сиборга. Это был тщательно продуманный и предельно точно подготовленный технический поход в неизвестную страну сверхтяжелых атомов.
В сложном лабиринте ядерных реакций «нитью Ариадны» служила аналогия свойств трансурановых элементов. Каждый из них в определенном валентном состоянии напоминает все более легкие и более тяжелые с той же валентностью. И систематические отклонения, нарастая с каждым элементом, образуют четкую последовательность физических и химических свойств.
И еще одно счастливое совпадение. Новая группа очень похожа на классическое редкоземельное семейство. Так, редкоземельные элементы вымываются растворителями с ионообменной смолы (например, с катионита) в строгом, никогда не нарушаемом порядке. Этот порядок сохраняется и у трансурановых элементов. В первых порциях растворителя — всегда самые тяжелые из них. В то же время ионообменный метод обладает высокой чувствительностью. С его помощью можно отделить друг от друга даже несколько атомов. Поэтому существование почти всех трансурановых элементов было доказано с помощью ионообменных смол.
Когда плутоний перестал быть дефицитным материалом, он тут же был использован для синтеза элементов № 95 и 96. Это произошло незадолго до окончания второй мировой войны. Плутониевую мишень подвергли продолжительному облучению альфа-частицами, и на ионообменной смоле из продуктов ядерной реакции был выделен новый элемент — № 95, названный в честь первых исследователей ядерных превращений Марии и Пьера Кюри кюрием.
Немного позднее Сиборг приготовил изотоп плутоний-241. Он, излучая электроны, превращался в элемент № 95 — америций. Первым заметное количество америция получил Кэнингэм. Препарат Кэнингэма был облучен нейтронами, и из него в 1945 году Вернер и Перлмен выделили чистый кюрий.
Через некоторое время америций и кюрий стали получать по нескольку миллиграммов одновременно, облучая нейтронами плутоний. Всего же для тщательного изучения свойств этих элементов потребовался промежуток в 5–6 лет.
Теперь кюриевые и америциевые мишени, в свою очередь, были использованы для синтеза элементов № 97 и 98. Он был проведен в 60-дюймовом циклотроне Калифорнийского университета в Беркли. Быстрые альфа-частицы, проникая в мишень, каждый раз давали изотопы с порядковым номером на две единицы больше, чем у исходного элемента. Оставалось только быстро выделить новые элементы из радиоактивных продуктов и, наконец, назвать их.
Когда имена всех планет в солнечной системе за Ураном были полностью «исчерпаны», на помощь пришла «генеалогия» редкоземельных аналогов. Элементы № 95, 96 и 97 похожи на европий, гадолиний, иттербий, названные так в честь континента Европы, первого исследователя редкоземельного семейства финна Гадолина и шведского городка Иттерби. Трансурановые элементы получили имена Америки, первых исследователей ядерных превращений супругов Кюри и университетского городка Беркли. Более оригинально эту систему удалось распространить и на элемент № 98. По свойствам он напоминает диспрозий — по-гречески «труднодоступный». Сиборг и Джиорсо быстро вышли из затруднительного положения. Они учли, что столетие тому назад было очень трудно достигнуть их родного штата, и назвали новый элемент его именем — калифорний.
В ноябре 1952 года в отдаленном районе Тихого океана на несколько километров над поверхностью воды поднялся гриб термоядерного взрыва. Соединенные Штаты проводили испытательную операцию «Майк». На огромной скорости сквозь облако взрыва прошли реактивные самолеты с укрепленными в специальных камерах бумажными фильтрами. Одновременно радиоактивные продукты были собраны на оказавшемся поблизости небольшом атолле. Материалы отправили для изучения в различные лаборатории США.
В Беркли группе Сиборга сразу же удалось обнаружить в них атомы нового элемента. Чтобы получить его в большом количестве, на атоллах недалеко от места взрыва были собраны сотни килограммов коралловых отложений. Под кодовым названием «дорогостоящая грязь» радиоактивные продукты поступили на дальнейшую обработку. «Грязь» действительно оказалась дорогостоящей. Из нее сразу же были выделены элементы № 99 и 100 — эйнштейний и фермий.
Гленн Сиборг считает, что эйнштейний — последний элемент, который удастся получить в заметном количестве. Период полураспада более тяжелых элементов слишком мал, и они мгновенно распадутся.
В 1955 году выполнен самый изящный и наиболее совершенный опыт в истории трансурановых элементов. В результате последний достоверно установленный элемент современной периодической таблицы был подтвержден всего на 17 атомах.
Сразу же возникли затруднения. Не было надежды выделить элемент № 101 на ионообменной смоле. Ожидался слишком небольшой период полураспада — меньше 10 минут. Сама мишень состояла из исчезающе малого количества калифорния — около 1 миллиарда атомов. При ее облучении в течение многих часов пучком альфа-частиц рассчитывали получить только один атом элемента № 101.
По-видимому, можно было рассчитывать только на подтверждение по энергии испускаемых альфа-частиц. Но на пути встало роковое сходство. Радиоактивный газ радон, присутствующий в почти незаметной концентрации в воздухе, распадаясь, выбрасывает альфа-частицы равной энергии.
Новая возможность появилась уже после того, как опыты были в разгаре. Оказалось, что элемент № 101 быстро превращается в фермий (№ 100), атомы которого способны к самопроизвольному делению. Радиоактивные осколки ионизируют частицы воздуха, и счетчик фиксирует резкий скачок ионизации.
Элемент № 101 был подтвержден одной памятной ночью после долгих безуспешных попыток, о которых лучше всего сможет рассказать непосредственный участник этого события — Гленн Сиборг:
«Атмосфера уныния царила в нашей лаборатории. При попытке синтезировать и идентифицировать элемент № 101 мы выполнили ряд весьма тщательных опытов, которые оказались неудачными. Наконец был поставлен последний опыт, на основе которого можно было лишь с большой натяжкой предвидеть возможность некоторой удачи. В лучшем случае изготовленная нами ничтожная проба могла содержать один или два атома ускользавшего из наших рук элемента № 101. Мы ожидали затаив дыхание показаний прибора, связанного с ионизационной камерой… Прошел час. Ночь уже была на исходе. Ожидание казалось бесконечным. И, наконец, перо самописца стремительно двинулось к середине шкалы и вернулось обратно, оставив позади тонко очерченную красную линию. Такой скачок ионизации ни разу не наблюдался при исследовании природных радиоактивных материалов… По-видимому, вероятным было считать, что этот скачок действительно является сигналом ожидаемого расщепления. Наблюдение продолжалось. Примерно через час перо зарегистрировало второй такой же скачок. Теперь мы были уверены, что присутствуем при распаде двух атомов элемента № 101 и можем вписать его в существующий список химических элементов».
Еще одна интересная деталь. Счетчик был присоединен к оглушительному пожарному звонку. Рождение каждого нового атома сто первого элемента сопровождалось мощным трезвоном и радостными возгласами.
Элементу № 101 присвоено имя Менделеева. Сейчас можно получать уже более 100 атомов менделеевия одновременно.
В 1957 году в печати появились сообщения о синтезе элемента № 102. Шведские исследователи назвали его нобелием. Правда, работы советских ученых во главе с Г. Н. Флеровым и американских физиков не подтвердили эти результаты: в их опытах были получены другие изотопы элемента № 102. Возможно, что для него примут другое название. На Второй Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии предлагалось дать ему имя резерфордий, в честь Эрнеста Резерфорда. В 1961 году появилось сообщение о синтезе элемента № 103, названного лоуренсием (в честь создателя циклотрона Лоуренса).