Рисунок из статьи J. Khuyagbaatar et al., Phys. Rev. Lett., 2014 г
В природе, как известно, не существует элементов с атомными номерами (числом протонов в ядре атома) больше 92, то есть тяжелее урана. Более тяжелые, чем уран элементы, согласно современным астрофизическим представлениям, могут синтезироваться при взрыве сверхновых звезд путем массового захвата нейтронов и (или) некоторых видов термоядерных реакций. При этом наиболее тяжелые (сверхтяжелые) элементы должны были тотчас распасться в силу крайней их нестабильности. Однако часть из них, как оказалось, возможно реконструировать в лабораторных условиях путем слияния ядер более легких элементов на мощных ускорителях ионов. К настоящему времени таким путем получен ряд короткоживущих сверхтяжелых элементов (СТЭ). Об одном из них – элементе № 117, «герое дня», а точнее месяца мая 2014 года, и пойдет речь в настоящей заметке.
Совсем недавно в СМИ появились сведения о том, что периодическая таблица Д.И. Менделеева в самое ближайшее время может пополниться новым элементом, в ядре которого содержится 117 протонов. Благодаря экспериментам большой международной группы физиков и химиков, подтвердилось существование этого супертяжёлого элемента, который пока имеет лишь временное (рабочее) название – унунсептий (оно означает просто цифры "1", "1" и "7" по латыни). Работа была выполнена на линейном немецком ускорителе GSI (Центра Гельмгольца по исследованию тяжелых ионов), а результаты ее опубликованы 1 мая в журнале Physical Review Letters. 2014, (DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.172501).
Вид 120 метрового линейного ускорителя GSI, который использовался для ускорения ионов кальция для получения элемента 117. Фото университета г. Майнца
Интересно, что результатом большой целеустремленной работы группы высококвалифицированных ученых было создание лишь четырех атомов унунсептия, которые просуществовали менее 0,1 секунды. Этого времени, однако, хватило, чтобы зафиксировать появление этого элемента и характеристик его распада. Учёные также обнаружили неизвестный ранее изотоп искусственно полученного лоуренсия (N=103).
Следует заметить, что первая регистрация унунсептия произошла еще в 2010 году в результате совместной работы группы российских и американских ученых в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна). Для горячего синтеза 117-го элемента мишень из 97-го элемента, берклия-249, полученного в Окриджской национальной лаборатории (США), обстреливали ионами кальция-48 на линейном ускорителе ионов У-400 Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Однако для того, чтобы элемент занял полноправное место в Периодической системе и получил свое название, правила Международного Союза по Прикладной и Теоретической Химии (ИЮПАК) требуют подтверждения факта синтеза элемента независимыми исследовательскими группами, а пока это не произошло, элемент называют его «рабочим именем» – унунсептий. И вот, через четыре года такое подтверждение, кажется, появилось.
Как отмечает участник экспериментов в GSI профессор Дэвид Хинде (David Hinde) из Австралийского Национального Университета, «синтез элемента 117 открывает новые границы возможностей – именно поэтому получение и идентификация нескольких атомов этого элемента может рассматриваться как своего рода триумф». Как и в более ранней работе, выполненной в Дубне, ученым GSI проекта удалось провести слияние нуклидов 48Ca и 249Bk. Это не простая задача – берклий-249 довольно сложно получить, а период полураспада этого нуклида составляет 320 дней, поэтому нельзя медлить с очисткой полученного препарата, его перевозкой и использованием в дочерних экспериментах. Несмотря на мизерное количество ядер нового элемента, господин Д. Хинде уверен, что такое количество атомов и подробное описание эксперимента наряду с цепочками распадов может служить достаточным доказательством для существования элемента №117, а также запустит процесс признания его ИЮПАК и присвоения ему уже постоянного, а не рабочего названия и символа.
Понятно, что четыре атома элемента 117 не могут позволить собрать сколько-нибудь надежную информацию о его химических свойствах. Полагают, что формально он относится к галогенам, но для таких сверхтяжелых элементов как унунсептий, правила простой прямой периодичности могут и нарушаться.
Следует отметить, что элемент №117 является лишь одним из шести СТЭ, о синтезе которых было заявлено в ходе исследований, в которых принимал участие ОИЯИ в Дубне. Факт синтеза элементов 114 и 116 был уже подтвержден ИЮПАК пару лет назад, они получили названия флеровий (Fl) и ливерморий (Lv), заявка на открытие элементов 113, 115, 117 и 118 сейчас находится на рассмотрении.
В заключение отметим, что цикл работ по синтезу унунсептия являются важным шагом на пути к достижению гипотетического «острова относительной стабильности» – долгоживущих ядер сверхтяжелых элементов, существование которого предсказал когда-то российский физик Г.Н. Флёров. Самый распространенный аргумент в пользу этого — предсказания модели ядерных оболочек, которая хорошо зарекомендовала себя при описании обычных ядер. Расчеты, основанные на «оболочечных» моделях, предсказывают такие острова стабильности где-то в области от 114-го до 126-го элемента. Обнадеживают также некоторые экспериментальные работы, так недавно была опубликована статья, в которой сообщается, что методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой в очищенном природном тории якобы был(и) обнаружен(ы) сверхтяжёлый элемент(ы), характеризующиеся большим числом протонов Z=122 и/или Z=124. Авторы утверждают, что этим элементом является эка-Th и/или эка-U соответственно. Понятно, что результаты этой интересной работы требуют самой тщательной проверки.
П.Л. Смолянский Отдел перспективного развития ИВЦ ВСЕГЕИ
Источники: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.172501
http://www.chemport.ru/datenews.php?news=3535
http://www.himsnab-spb.ru/announce/08-04-2010_2/
http://www.huffingtonpost.com/2014/05/03/element-117-ununseptium-confirmed_n_5259648.html
http://www.smh.com.au/technology/sci-tech/anu-researchers-lay-new-element-117-on-the-periodic-table-20140501-zr2ee.html
http://www.huffingtonpost.com/2014/05/03/element-117-ununseptium-confirmed_n_5259648.html
http://kosmos-x.net.ru/news/astrofiziki_zafiksirovali_sintez_nikelja_56_v_sverkhnovoj_sn_2014j/2014-03-22-2946
