Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство
Шрифт:
Первые опыты предусматривали бомбардировку мишеней, содержащих изотопы плутония и кюрия. Снарядами служили ускоренные ионы кислорода и углерода. Метод оказался весьма эффективным. Он был воспринят и в других институтах.
Основные работы по синтезу трансурановых элементов при помощи бомбардировки мишеней тяжелыми ионами проводились в лаборатории ядерных реакций в Дубне и в Радиационной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США). В Дубне для этого применяют большой циклотрон, Царь-пушку. В Беркли для экспериментов служат два линейных ускорителя ионов. Физики назвали их Адам и Ева.
В качестве снарядов обычно
При проведении бомбардировки тяжелыми ионами необходимо придать им значительную энергию. Она должна быть достаточна для преодоления электростатического барьера, препятствующего проникновению положительно заряженного ядра-снаряда в положительно заряженное ядро-мишень. Высота этого барьера увеличивается вместе с увеличением зарядов ядер-мишеней и ядер-снарядов. Для того чтобы вероятность слияния этих ядер воедино была достаточно велика, необходимо, чтобы энергия ядра-снаряда значительно превосходила электрический барьер. Но при этом ядро-снаряд, проникнув в ядро-мишень, вносит с собой большую избыточную энергию. Поэтому слившееся ядро оказывается сильно возбужденным.
Основным процессом «охлаждения» — снятия возбуждения составного ядра — является процесс деления. Доля составных ядер, остывающих путем испарения нейтронов, оказывается очень малой. Для изотопов 102-го элемента эта доля составляет от миллионной до стомиллионной от общего количества ядер мишени, слившихся с ускоренными ядрами. Остальные испытывают процесс деления, не приводящий к образованию трансурановых элементов, ибо осколки имеют массы, средние между массой ядра-мишени и массой поглощенного ядра-снаряда. Для изотопов 103-го элемента доля ядер, не успевших претерпеть деление, в десять раз меньше, а для изотопов 104-го элемента она близка к десятимиллиардной доле по отношению к процессам, происходящим при образовании 101-го элемента. На лучших из существующих ускорителей рождается за час лишь несколько десятков атомов 102-го элемента и только один атом 103-го элемента за несколько часов.
Первое сообщение о синтезе элемента-102 было сделано в 1957 году международной группой американских, английских и шведских ученых, работавших совместно в Нобелевском институте в Стокгольме. Вторая работа была проведена в 1958 году в Радиационной лаборатории им. Лоуренса в Беркли. Результаты этой работы подтвердили, что 102-й действительно синтезирован.
Однако, когда в Беркли в том же 1958 году был пущен новый линейный ускоритель тяжелых ионов, позволивший получить значительно больше материала для идентификации вновь рожденных элементов, оказалось, что предыдущие результаты ошибочны!
В среде ученых возникла дискуссия, многие ее участники произвели переоценку результатов и пришли к заключению, что элемент-102 в этих экспериментах не был синтезирован.
Однако попытки синтеза элемента-102 в Беркли продолжались с применением других методов идентификации. В это время в исследования включился Институт атомной энергии в Москве. И та и другая группа время от времени сообщали о синтезе и идентификации
Окончательное решение проблемы элемента-102 было дано в 1964 году в Дубне. При этом применялось несколько взаимно контролировавшихся методов и различные варианты аппаратуры.
В результате были надежно зафиксированы и изучены изотопы элемента-102 с различными массовыми числами от 252 до 256 и показано, что в ранних работах допущены существенные ошибки. После этого в Беркли были синтезированы изотопы элемента-102 с массовыми числами 251 и 257 и подтверждены дубненские данные об остальных изотопах.
Так, в 1966 году была завершена десятилетняя работа, позволившая ученым получить и надежно изучить свойства элемента-102.
Еще большие трудности возникли на пути к элементу-103. В Беркли эти работы велись с 1958 года по 1961 год, причем сообщалось о синтезе изотопов с массовыми числами 257, 259 и 260. Но эти эксперименты не удалось повторить. В позднейших публикациях авторы сообщали о пересмотре толкований ранних экспериментов, однако попытки воспроизвести их в 1965 году в Дубне не дали положительного результата.
Наконец, результаты, полученные в 1965 году в Дубне по изотопу элемента-103 с массовым числом 256, были подтверждены в Беркли. Так мир услышал о новом трансурановом элементе, названном «резерфордий».
Несмотря на очевидное усложнение задачи синтеза и опознания трансурановых элементов при увеличении их атомного номера работы не прекращались. В 1964–1967 годах в Дубне велись интенсивные работы с целью получения следующего элемента, теперь уже 104-го. Синтез осуществлялся бомбардировкой ионами неона-22 мишени, содержавшей атомы плутония-242. Анализ результатов проводился несколькими физическими и химическими методами и увенчался успехом. Исследователи предложили назвать новый трансурановый элемент-104 курчатовием (химический символ Ки) в честь академика И. В. Курчатова.
В 1970 году Дубна подарила миру еще один новый элемент, 105-й, — нильсборий.
Возникает законный вопрос: где природа положила предел синтезу еще более тяжелых трансурановых элементов?
Ответ на этот вопрос еще не известен. Окончательное решение может вынести только опыт. Ясно, что подобные опыты сопряжены с величайшими трудностями. Однако теория может и должна указать экспериментаторам наиболее простые пути. Должна и может с достаточно хорошей достоверностью оценить возможности проведения таких опытов. Об этом мы еще будем говорить чуть дальше.
Прежде чем продолжить путь в трансурановые заповедники природы, следует ответить на другой вопрос: зачем это нужно? Зачем тратить силы и средства на подобные работы?
Уйти от этого вопроса невозможно. Он возникал и возникает вновь. Существует несколько ответов на него.
Первый: это нужно для удовлетворения естественного стремления человека к познанию окружающего мира. Люди будут бороться за знания, жертвуя для этого многим. На основе многовекового опыта мы знаем, что борьба за понимание явлений природы обычно порождает неожиданные открытия, имеющие не только научное, но и практическое значение. Поиск трансурановых элементов не является исключением.