13
Сверхяжелые элементы — открытие или ошибка?
В середине юня 1976 года в газетах разных стран появились сообщения о том, что группа американских ученых, в котором входили физики, химики и геологии, обнаружила в микросочечках кристаллах монцаита следы сверхяжелых элементов, которые должны стоять в таблице Менделеева на 116, 124 и 126 местах! Корреспонденты ссылались на выступление Поля Дирака, одного из создателей квантовой механики, во время научной конференции. 5 июля в американском журнале «Physical Review Letters» появился научная статья об этом открытии.
Но можно ли верить сразу этому сообщению? Ведь безупречные понки сверхяжелых элементов ведутся давно, и надо очень тщательно проверить всевозможные интерпретации полученных результатов, чтобы настоящего в подлинности открытия.
История, которая разворачивается сейчас на наших глазах, очень хорошо иллюстрирует, как трудно доказать достоверность научного открытия, которое сделано на самом границе цветительности современной физической аппаратуры.
Пройдет еще несколько времени, пока можно будет окончательно ответить на вопрос «открытие или ошибка?». Сейчас же мы можем лишь расскажать о том, в чем состоит сама процедура и что позволяет экспериментаторам заподозить существование новых элементов в их образцах породы.
Конец таблицы Менделеева
В таблице Менделеева в клетке под номером 92 стоит последний элемент, который можно найти в природе — уран.
Физики получили в laboratorиях много новых элементов — список их теперь простирается более чем на 10 клеток дальше урана. Элементы 93 (нептутный) и 94 (плутонный), которые получаются из урана после захвата нейтрона и последующего β-распада, были получены в первые годы развития atomной энергетики. Последующие элементы получались либо после многоократных захватов нейтронов образцами, помещены в atomные реакторы, либо при bombardировке тяжелых элементов более легкими ядрами при помощиускорителей. Физики найдются, что в ближайшие годы можно будет даже посмотреть, что произойдет, когда столкнутся два ядра урана.
Почему же объявиется таблица Менделеева? В тяжелых ядрах слишком величик электрический загрязн, в них слишком много протонов. Электрические силы отталкивания так велики, что ядро самопроизвольно делится. Конечно, между всеми частицами ядра действуют ядрные силы, которые удерживают их от разлега, но все же у ядра с большим числом протонов электрическое отталкивание оказывается сильнее.
«Магические числа»
Давно было обнаружено, что когда число нейтронов или протонов в ядре оказывается равным одному из таких называемых «магических» чисел, например, 20, 56, 82, то такие ядра оказаются более устойчивыми, чем их соседи. Из теоретических сообщений
14
ний следовало, что «магическая» должны быть и числа 114 и 126. Поэтому неокоторые учены считали возможным существование очень чистых ядер с такими загрязнами, несмотря на то, что ядра с меньшими загрязнами распадаются очень быстро.
Конечно, устойчивость таких ядер не абсолитная, как, например, у ядер железа или золота. Но если физик повышет и время жизни таких ядер окажется порядка миллиарда лет, их можно даже попасть в природа, например, в каких-нибудь старых минералах.
Но как они могут быть туда попасть?
Наши взгляды на проискождение элементов связи с представлением о постепенном возникновении все более и более тяжелых элементов в результате захвата нейтронов. Такие процессы проискодили на раннем этапе развития Вселенной и, может быть, проискодят и сейчас в ядрах галактики и в недрах звезд. Но последовательный захват нейтронов не может превращать ядро урана в сверхтяжею ядро с зарядом 114 или 126 — таким путем нельзя перескочить через область элементов с порядковыми номерами 100—110, нельзя навести мест между «материком» обичных ядер и «островом стабильности». Если, тем не менее, ядра с острова стабильности будут обнаружены, то вопрос о том, как возник такой остров, станет весыма актуальный.
Эксперимент
Именно поэтому существование сверхтяжеих элементов в природа встречает скпитческое отношение со стороны многих учены. Однако, не может доказать, что их в природа нет. Нужны опыты.
В опытах, о которых говорилось вначале, сверхтяжеые элементы искали в очень старых образцах слюды, содержащих включения микрокристаллов монацита. В этих микрокристаллов находится ядра радиоактивных torия и урана. Альфа-частицы, выпLETаошие из этих ядер, заставвали в слюде, создавая сферические галло (темные сферы), прохождение через места, где они нанесли атомам слюды набольшие повреждения. Некоторые галло имели радиус больший, чем обычно, что указывал на вылет альфа-частиц большой энергии (до 14 миллионов электрон-вольт). В этих местах и были предприяты попски новых элементов.
В циклотроне создавался очень тонкий пучок протонов с энергий 4,7—5,7 миллионов электрон-вольт, диаметром ~ 30 мкм. Этим пучком обстрельалось место, где надялись обнаружить атомы сверхтяжеих элементов — центр галло. Протоны должны выбивать из внутренних оболочек этих атомов электроны. При этом на освободившиеся места переходили бы электроны более дальнейх от ядра слоев, излучая рентгеновские лучи. Зная энергию рентгеновских лучей, можно было вычислить заряд ядра.
Полученные таким путем рентгеновские лучи указывали на присутствие в образцах элементов 116*) и 126 (и менее чем 124). Но интенсивность рентгеновских лучей была краяне неевелка, и необходимы новые еще более точные опыты, «которые должны подтверждить или опровернуть указыние на сверхтяжеые элементы» (это цитата из статьи).
Если считать интерпретацию опытов правильно, то можно оценить, что в образцах находится несколько сот пикограммов (1,ne=10⁻¹² e) сверхтяжеих элементов. И тогда мы скоро узнаем о свойствах этих новых элементов.
*) А не 114, как это предсказывали теоретики.