История синтеза сверхтяжелых элементов

1 декабря 2011 года

Президент Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) Николь Маро (Nicole Moreau) в четверг объявила, что для 114-го и 116-го элементов таблицы Менделеева официально предложены названия в честь Лаборатории ядерных реакций и ее основателя - советского физика Георгия Флерова, и в честь Ливерморской национальной лаборатории и одноименного города в США.

Ниже приводится информация об истории исследований сверхтяжелых элементов таблицы Менделеева.

На Земле встречаются 83 химических элемента, самый легкий из них - водород (его атомный номер - Z=1), а самый тяжелый - уран (Z=92). На самом деле, в Солнечной системе и на нашей планете сохранились лишь те элементы, время жизни которых больше возраста Земли (4,5 миллиарда лет), другие распались и не дожили до настоящего момента. Уран, период полураспада которого составляет около 4,5 миллиардов лет, еще распадается, он является радиоактивным элементом.

Все химические элементы с атомными номерами Z>92, расположенные в периодической системе элементов за ураном, тяжелее его. Они образовались когда-то в процессе нуклеосинтеза (процесс, в котором ядра сложных, тяжелых химических элементов образуются из более простых и легких атомных ядер), но уже распались.

Сегодня их можно получить только искусственным способом.

Развитие науки о строении атомов и ядер, разработка экспериментальных методов превращения элементов привели к расширению периодической таблицы за счет трансурановых элементов. Первый трансурановый элемент с атомным номером 93 был получен в 1940 году. Он был назван нептунием.

В 1940-1953 годах профессором Гленом Сиборгом и его коллегами в Радиационной национальной лаборатории (Беркли, США) были синтезированы искусственные элементы с Z=93-100. Они были получены в реакциях последовательного захвата нейтронов ядрами изотопа урана 235U в длительных облучениях на мощных ядерных реакторах.

Элемент с Z=101 (менделевий) был открыт в 1955 году при облучении эйнштейния ускоренными aльфа-частицами.

В России в 1957 году для синтеза новых элементов была создана специальная лаборатория в Дубне, которую возглавил член-корреспондент Академии наук СССР Георгий Николаевич Флеров.

С 1960-х годов началась эпоха ускорителей элементарных частиц - циклотронов, эпоха ускорения тяжелых ионов, когда синтез новых элементов стали производить только при взаимодействии двух тяжелых ядер.

Пять элементов с Z>101 были получены на ускорителях заряженных частиц (циклотрон Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ; Дубна, СССР) и линейный ускоритель тяжелых ионов "Хайлак" (Беркли, США) в ядерных реакциях с ускоренными тяжелыми ионами.

Элементы с атомными номерами, начиная с 105, являются сверхтяжелыми искусственно полученными радиоактивными химическими элементами. Элементы с атомными номерами 104 и далее называются трансактинидными.

Новый элемент не считается открытым до тех пор, пока одна группа исследователей не получит надежных результатов по исследованию его атомов и пока другая (независимая) группа ученых не подтвердит эти результаты.

104-й элемент был впервые синтезирован в Дубне в 1964 году. Его получила группа ученых Лаборатории ядерных реакций во главе с Флеровым. В 1969 году элемент был получен группой ученых в университете Беркли, Калифорния. В 1997 году элемент получил название резерфордий, символ Rf.

105-й элемент был синтезирован в 1970 году двумя независимыми группами исследователей в Дубне и Беркли (США). Получил название дубний в честь города Дубна, где располагается Объединенный институт ядерных исследований, символ Db.

Впервые 106-й элемент был получен в СССР Флеровым с сотрудниками в 1974 году, практически одновременно он был синтезирован в США Гленом Сиборгом с коллегами. В 1997 году Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) утвердил для 106 элемента название сиборгий (в честь Сиборга), символ Sg.

Первые опыты по получению 107-го элемента были выполнены в СССР Юрием Оганесяном с группой ученых в 1976 году. Первые надежные сведения о ядерных свойствах 107 элемента были получены в ФРГ в 1981 и 1989 годах. В 1997 году Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) утвердил для 107 элемента название борий (в честь Нильса Бора), символ Bh.

Первые опыты по получению 108-го элемента были выполнены в СССР в 1983-1984 годах. Надежные данные о ядерных свойствах 108 элемента были получены в ФРГ в 1984 и 1987 годах. В 1997 году ИЮПАК утвердил для 108 элемента название хассий (по земле Гессен, Германия), символ Hs.

Впервые 109-й элемент был получен в ФРГ в 1982 году и подтвержден в 1984 году. В 1994 году ИЮПАК утвердил для 109 элемента название мейтнерий (в честь Лизы Мейтнер), символ Mt.

110-й элемент был открыт в 1994 году в Центре исследований тяжелых ионов в Дармштатде (ФРГ) в ходе эксперимента по напылению на пластины специального сплава, содержащего свинец, и его бомбардировки изотопами никеля. Назван дармштадтий в честь города Дармштадт (Германия), где был обнаружен. Символ Ds.

111-й элемент тоже был открыт в Германии, получил название рентгений (химический символ Rg) в честь германского ученого Вильгельма-Конрада Рентгена.

112-й элемент представляет собой трансурановый элемент, полученный при бомбардировке свинцовой мишени ядрами цинка. Период его полураспада составляет около 34 сек. Элемент был впервые получен в феврале 1996 года на ускорителе тяжелых ионов в Дармштадте. Для получения атомов нового элемента команда ученых использовала ионы цинка с атомным номером 30, которые разгонялись до очень больших энергий в 120-метровом ускорителе, после чего ударялись о мишень из свинца, атомный номер которого равен 82. При слиянии ядер цинка и свинца и происходило формирование ядер нового элемента, порядковый номер которого равен сумме атомных номеров исходных компонентов.

В июне 2009 года ИЮПАК официально признала его существование. В июле 2010 году 112-му элементу было присвоено официальное имя "коперникий".

Более тяжелые элементы - с атомными номерами 112-116 - и самый тяжелый на данный момент 118-й элемент были получены российскими учеными из Объединенного института ядерных исследований в 2000-2008 годах, но пока еще ждут официального признания со стороны ИЮПАК.

В 2011 году два из них, с номерами 114 и 116, получили официальный статус. Международными экспертами, устанавливающими приоритет открытия и имена для новых элементов таблицы Менделеева, был подтвержден факт открытия новых химических элементов и подтвержден приоритет в этом процессе специалистов группы под руководством академика РАН Юрия Оганесяна из Объединенного института ядерных исследований в подмосковной Дубне, синтезировавших эти элементы при содействии американских коллег из Ливероморской национальной лаборатории.

Элемент под номером 114 был впервые синтезирован в декабре 1998 года путем бомбардировки ядрами кальция-48 мишени из плутония-244, а 116 элемент - в июле 2000 года путем бомбардировки ядрами кальция-48 мишени из кюрия-248.

Новые элементы будут добавлены в периодическую таблицу Менделеева, когда получат название.

Последний успешный эксперимент по синтезу нового сверхтяжелого элемента был проведен в Лаборатории имени Флерова Объединенного института ядерных исследований в 2010 году, был получен 117-й элемент таблицы Менделеева.

Первые ядра 117 элемента были синтезированы еще в 2009 году, однако ученые долгое время проверяли и анализировали полученные данные.

В апреле 2011 года физики из немецкого Центра исследования тяжелых ионов (GSI) в Дармштадте (Гессен) при участии российских коллег начали эксперимент по синтезу нового химического элемента с атомным номером 120.