Страница 64 из 68
По всей вероятности, дискуссия по поводу синтезов трансурановых элементов с Z>102 — явление довольно закономерное. Каждый такой синтез равнозначен научно-техническому подвигу. Это очень сложный процесс, в котором неизбежны и неточности, и ошибки. Ученые уже давно считают, что должны быть выработаны строгие критерии достоверности синтеза новых элементов. Для синтезированных элементов второй сотни само понятие «открытие» приобретает принципиально иное звучание. Прежде всего потому, что продолжительность жизни этих элементов очень коротка. И символы их в периодической системе, образно говоря, не имеют материального обеспечения. Эти элементы никогда не удастся накопить в весовых количествах. Считанные атомы — вот их удел. Всякий раз, когда ставится цель исследования свойств этих элементов, процессы синтеза приходится осуществлять заново. Мы видим здесь не столько открытие нового элемента, сколько наблюдение образования (в соответствующих условиях) ядер с определенным значением Z.
ЭЛЕМЕНТЫ № 106 И № 107
Название этим элементам пока и не пытались давать, как и не определяли их химическую природу. Периоды полураспада здесь измеряются сотыми и тысячными долями секунд. Правда, есть надежда получить более долгоживущие изотопы. Метод синтеза этих элементов имеет новые черты. Во всех предыдущих случаях получения трансуранов мишень была в той или иной степени радиоактивной, и, конечно же, это было осложняющим обстоятельством. Для синтеза элементов № 106 и № 107 физики из Дубны впервые применили мишени из стабильных элементов (свинца и висмута) и обстреляли их ускоренными ионами хрома:
Первая реакция была осуществлена в 1974 г., вторая — в 1976 г.
А ЧТО ЖЕ ДАЛЬШЕ?
В ту уже сравнительно далекую пору, когда удался синтез первого трансуранового элемента, — нептуния, ученые оставались в полном неведении, сколько же еще шагов за уран сумеют они сделать. И в наши дни, ученые уже другого поколения, также затрудняются дать ответ на вопрос: где же предел синтеза новых элементов?
Но есть принципиальная разница между исследователями — современниками Е. Макмиллана и П. Абельсона и учеными конца 70-х годов. Первые знали слишком мало, вторые (как ни парадоксально это звучит) знают слишком много, чтобы судить о проблеме с какой-либо определенностью. За сорокалетнюю историю синтеза трансуранов были времена, когда казалось, что конец близок. По мере того как синтез продвигался в область все бóльших значений Z, четко вырисовывалась закономерность: постоянное уменьшение периодов полураспада, в особенности по спонтанному делению, от миллиардов лет к часам, минутам, секундам и долям секунды. Простая экстраполяция показывала, что при значении Z, равном 108–110, ядра станут настолько короткоживущими, что будут разваливаться в момент образования.
Какое-то время в ученом мире царило мнение о скором окончательном завершении периодической системы элементов. Но появлялись сигналы о синтезе все новых и новых изотопов элементов второй сотни, и экспериментаторы убеждались, что выводы теоретиков не столь уж безупречны. Все эти изотопы жили, конечно, очень мало, но не настолько мало, как это предсказывалось теорией. Вот хотя бы один пример. Изотоп элемента № 107 с массовым числом 261 спонтанно делится с периодом полураспада 0,002 с. Очень небольшая величина, но она в десять миллиардов раз больше той, которая бы наблюдалась, если бы происходило нарастание неустойчивости ядер по мере роста Z, в согласии с расчетами теории. На деле же рост нестабильности ядер начинает словно бы тормозиться.
Почему? Здесь-то стоит вспомнить работы немецкого физика Р. Свинне (см. с. 191). Если перевести его идеи на язык современной физики, то их суть можно изложить следующим образом: среди элементов с большими порядковыми номерами, в сильной степени радиоактивных, возможно существование своеобразных островков стабильности. Расположенные на них элементы будут в гораздо меньшей степени неустойчивы, чем соседние с ними.
Об удивительном, на долгие годы забытом предвосхищении Р. Свинне вспомнили в середине 60-х годов, когда идея об островках стабильности (или, точнее говоря, островках относительной стабильности) повисла на кончике пера теоретиков. Расчеты показывали, что первый такой островок должен быть приурочен к Z=114. Но взор теоретиков проникал в еще более далекие, гипотетические области периодической системы. Контуры новых островков обозначались около Z=126, 164 и даже у Z=184.
Наша книга посвящена истории открытия элементов, и поэтому не будем обсуждать, насколько правомерны все эти прогнозы. В соответствии с ними ядра, лежащие на островках, должны быть очень долгоживущими по отношению к спонтанному делению, а, следовательно, сама возможность их синтеза перестает быть фантастической. Эту смелую и красивую гипотезу может подтвердить только факт синтеза того или иного элемента — «островитянина». Попытки таких синтезов предпринимались начиная с 1967 г. Все они пока оказались безрезультатными.
И все же следует верить, что написание историй открытия элементов будет продолжено.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вот и близится к концу повествование, героями которого стали сто семь химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Различными были их судьбы, много сил и труда пришлось затратить ученым разных стран, чтобы обнаружить их в природе или получить искусственно. Теперь, когда в нашем распоряжении все факты, данные, события, относящиеся к историям открытия всех элементов, можно сделать некоторые выводы.
Предметом для анализа нам послужит сводная хронологическая таблица (табл. 4), в которой приведены даты и авторы открытий химических элементов, за исключением тех элементов, которые стали известны в древности и в средние века. Открытия почти девяти десятков элементов связаны с именами реальных исследователей. Можно подсчитать, что в открытиях стабильных элементов в природных объектах непосредственно участвовало всего 50 человек; 9 человек являются авторами открытий естественных радиоактивных элементов (однако в обнаружении радиоэлементов — членов радиоактивных семейств — приняло участие примерно 25 человек).
Более многочисленной выглядит группа авторов открытий синтезированных элементов, которая насчитывает более 30 человек. Это и неудивительно: ведь в синтезах трансурановых элементов, особенно с большими значениями Z, принимает участие большое число специалистов — теоретиков и экспериментаторов, физиков, химиков, инженеров. Например, над статьей о синтезе элемента № 106, осуществленном в Дубне, стоят фамилии одиннадцати авторов, и каждый внес заметный вклад в общее дело.
Таблица 4