Գերծանր տարրերի սինթեզ. Որոնման արդյունքներ «կայուն տարրեր» համար

Նոր Հարավային Ուելսի համալսարանի (Ավստրալիա) և Մայնցի համալսարանի (Գերմանիա) գիտնականները ենթադրել են, որ աստղագետներին հայտնի ամենաարտասովոր աստղերից մեկը քիմիական տարրեր է պարունակում կայունության կղզուց: Սրանք պարբերական աղյուսակի ամենավերջում գտնվող տարրեր են, դրանք տարբերվում են ձախ կողմում գտնվող իրենց հարևաններից ավելի երկար կյանքով: Հետազոտությունը հրապարակված է arXiv.org էլեկտրոնային նախնական տպագրության գրադարանում և խոսում է դրա արդյունքների և կայուն գերծանր քիմիական տարրերի մասին։

HD 101065 աստղը հայտնաբերվել է 1961 թվականին լեհ-ավստրալիացի աստղագետ Անտոնին Պրժիբիլսկու կողմից։ Այն գտնվում է Երկրից մոտ 400 լուսատարի հեռավորության վրա՝ Կենտավրոս համաստեղությունում։ Ամենայն հավանականությամբ, HD 101065-ը ավելի թեթև է, քան Արեգակը և հանդիսանում է հիմնական հաջորդականության ենթահսկա աստղ: Պրժիբիլսկու աստղի առանձնահատկությունը երկաթի և նիկելի չափազանց ցածր պարունակությունն է մթնոլորտում։ Միևնույն ժամանակ աստղը հարուստ է ծանր տարրերով, այդ թվում՝ ստրոնցիումով, ցեզիումով, թորիումով, իտերբիումով և ուրանով։

Պրժիբիլսկու աստղը միակն է, որում հայտնաբերվել են կարճատև ռադիոակտիվ տարրեր՝ ակտինիդներ, ատոմային թվով (միջուկի պրոտոնների թիվը) 89-ից մինչև 103՝ անեմոններ, պլուտոնիում, ամերիցիում և էյնշտեյն։ HD 101065-ը նման է HD 25354-ին, սակայն այնտեղ ամերիցիումի և կուրիումի առկայությունը կասկածներ է հարուցում:

Պրժիբիլսկու աստղի վրա գերծանր տարրերի առաջացման մեխանիզմը դեռևս լիովին պարզ չէ։ Ենթադրվում էր, որ HD 101065-ը նեյտրոնային աստղի հետ միասին կազմում է երկուական համակարգ՝ երկրորդից մասնիկներն ընկնում են առաջինի վրա՝ առաջացնելով ծանր տարրերի սինթեզի ռեակցիաներ։ Այս վարկածը դեռ չի հաստատվել, չնայած հնարավոր է, որ թույլ արբանյակը գտնվում է HD 101065-ից մոտ հազար աստղագիտական ​​միավոր հեռավորության վրա։

Լուսանկարը՝ N. Dautel / Globallookpress.com

Ամենից շատ HD 101065-ը հիշեցնում է Ap աստղերը՝ A սպեկտրալ դասի յուրօրինակ (յուրահատուկ) լուսատուներ, որոնց սպեկտրում ընդլայնված են հազվագյուտ երկրային մետաղների գծերը։ Նրանք ունեն ուժեղ մագնիսական դաշտ, ծանր տարրերը նրանց մթնոլորտ են գալիս խորքից։ HD 101065-ը տարբերվում է այլ Ap աստղերից լույսի կորի կարճաժամկետ փոփոխություններով, ինչը հնարավորություն տվեց այն ներառել Արագ տատանվող Ap աստղերի առանձին խմբի մեջ (RoAp աստղեր):

Հավանաբար, HD 101065-ը գրելու գիտնականների փորձերը գոյություն ունեցող դասակարգումաստղերը մի օր հաջողությամբ կպսակվեն. Թեև Պրժիբիլսկու աստղը համարվում է ամենաարտասովորներից մեկը, դա հիմք է տալիս կասկածելու նրա մի շարք անսովոր հատկությունների մասին: Մասնավորապես, HD 101065-ի վերջին աշխատանքում ավստրալիացի և գերմանացի հետազոտողները ենթադրել են, որ Պշիբիլսկու աստղում ծնվում են կայունության կղզու հետ կապված քիմիական տարրեր։

Գիտնականները ելնել են միջուկի կեղևի մոդելից և դրա ընդարձակումից: Մոդելը կապում է ատոմային միջուկի կայունությունը թաղանթների էներգիայի մակարդակների լրացման հետ, որոնք ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների անալոգիայով կազմում են միջուկը։ Յուրաքանչյուր նեյտրոն և պրոտոն գտնվում են որոշակի թաղանթում (ատոմի կենտրոնից կամ էներգիայի մակարդակից հեռավորության վրա) և միմյանցից անկախ շարժվում են որոշակի ինքնահաստատ դաշտում։

Ենթադրվում է, որ որքան ավելի հագեցած են միջուկի էներգիայի մակարդակները, այնքան ավելի կայուն է իզոտոպը: Մոդելը լավ բացատրում է ատոմային միջուկների, սպինների և մագնիսական պահերի կայունությունը, սակայն այն կիրառելի է միայն չգրգռված կամ թեթև և միջին զանգվածի միջուկների համար։

Կեղևի մոդելի համաձայն՝ ամբողջությամբ լցված էներգետիկ պատյաններով միջուկները բնութագրվում են բարձր կայունությամբ։ Այս տարրերը կազմում են «կայունության կղզին»։ Այն սկսվում է 114 և 126 սերիական համարներով իզոտոպներով, որոնք համապատասխանում են կախարդական և կրկնակի կախարդական թվերին։

Նուկլոնների կախարդական թվով միջուկները (պրոտոններ և նեյտրոններ) ունեն ամենաուժեղ կապող էներգիան։ Նուկլիդների աղյուսակում դրանք դասավորված են հետևյալ կերպ՝ հորիզոնական, ձախից աջ, աճող, նշվում է պրոտոնների թիվը, իսկ ուղղահայաց՝ վերևից ներքև՝ նեյտրոնների թիվը։ Կրկնակի կախարդական միջուկն ունի պրոտոնների և նեյտրոնների թիվը, որը հավասար է ցանկացած կախարդական թվի:

Դուբնայում ստացված ֆլերովիումի իզոտոպների (տարր 114) կիսամյակը մինչև 2,7 վայրկյան է։ Ըստ տեսության՝ պետք է լինի ֆլերովիում-298 իզոտոպ՝ N=184 նեյտրոնների կախարդական թվով և մոտ տասը միլիոն տարի կյանքով։ Նման միջուկ սինթեզել դեռևս չի հաջողվել։ Համեմատության համար նշենք, որ միջուկում 113 և 115 պրոտոնների քանակով հարևան տարրերի կիսամյակը կազմում է համապատասխանաբար մինչև 19,6 վայրկյան (նիկոնիում-286) և 0,156 վայրկյան (մուսկովիում-289-ի համար):

arXiv.org-ի հրապարակման հեղինակները կարծում են, որ մթնոլորտում HD 101065 ակտինիդների առկայությունը խոսում է այն բանի օգտին, որ այնտեղ առկա են նաեւ կայունության կղզու քիմիական տարրեր։ Այս դեպքում ակտինիդները կայուն գերծանր տարրերի քայքայման արդյունք են: Գիտնականներն առաջարկում են HD 101065 սպեկտրում որոնել նոբելիումի, լորենցիայի, նիկոնիումի, ֆլերովիումի հետքերի և նկարագրել կոնկրետ սպեկտրներ, որոնք կարող են արտադրել կայուն իզոտոպները:

Ներկայումս պարբերական աղյուսակի նոր տարրեր են սինթեզվում Ռուսաստանում, ԱՄՆ-ում, Ճապոնիայում և Գերմանիայում։ Երկրի վրա բնական միջավայրում տրանսուրանային տարրեր չեն հայտնաբերվել: HD 101065 աստղը կարող է նոր հնարավորություններ բացել միջուկային ֆիզիկոսների տեսությունների փորձարկման համար՝ ենթադրելով կայունության կղզու գոյությունը։

60-ականների վերջին բազմաթիվ տեսաբանների ջանքերով՝ Օ.Բոր և Բ.Մոտելսոն (Դանիա), Ս.Նիլսոն (Շվեդիա), Վ.Մ. Ստրուտինսկին և Վ.Վ. Պաշկևիչ (ԽՍՀՄ), Հ. Մայերս և Վ. Սվյատեցկի (ԱՄՆ), Ա. Սոբիչևսկի և այլք (Լեհաստան), Վ. Գրեյներ և այլք (Գերմանիա), Ռ. Նիքս և Պ. Մյոլեր (ԱՄՆ), Ջ. Բերգեր (Ֆրանսիա): ) և շատ ուրիշներ ստեղծեցին ատոմային միջուկների մանրադիտակային տեսություն։ Նոր տեսությունը վերը նշված բոլոր հակասությունները մտցրեց ֆիզիկական օրենքների համահունչ համակարգի մեջ:
Ինչպես ցանկացած տեսություն, այն ուներ որոշակի կանխատեսող ուժ, մասնավորապես, շատ ծանր, դեռևս անհայտ միջուկների հատկությունները կանխատեսելու հարցում: Պարզվեց, որ միջուկային պարկուճների կայունացնող ազդեցությունը կգործի միջուկի կաթիլային մոդելով նշված սահմաններից դուրս (այսինքն՝ Z> 106 տարածաշրջանում)՝ ձևավորելով այսպես կոչված. «Կայունության կղզիներ» Z = 108, N = 162 և Z = 114, N = 184 կախարդական թվերի շուրջ: Ինչպես երևում է Նկար 2-ում, այս «կայունության կղզիներում» տեղակայված գերծանր միջուկների կյանքի տևողությունը կարող է զգալիորեն աճել։ Սա հատկապես ճիշտ է ամենածանր, գերծանր տարրերի համար, որտեղ փակ թաղանթների ազդեցությունը Z = 114 (հնարավոր է 120) և N = 184 մեծացնում է կիսատ կյանքը մինչև տասնյակ, հարյուր հազարավոր և գուցե միլիոնավոր տարիներ, այսինքն. - 32-35 կարգով ավելի, քան միջուկային պարկուճների ազդեցության բացակայության դեպքում: Այսպես առաջացավ գերծանր տարրերի հնարավոր գոյության մասին ինտրիգային վարկածը՝ զգալիորեն ընդլայնելով նյութական աշխարհի սահմանները։ Տեսական կանխատեսումների ուղղակի փորձարկումը կլինի գերծանր նուկլիդների սինթեզը և դրանց քայքայման հատկությունների որոշումը: Ուստի մենք ստիպված կլինենք համառոտ դիտարկել տարրերի արհեստական ​​սինթեզի հետ կապված հիմնական խնդիրները։

2. Ծանր տարրերի սինթեզի ռեակցիաներ

Ուրանից ծանր շատ տեխնածին տարրեր սինթեզվել են ուրանի իզոտոպի միջուկների կողմից նեյտրոնների հաջորդական գրավման ռեակցիաներում՝ 235 U հզոր միջուկային ռեակտորներում երկարատև ճառագայթման ժամանակ: Նոր նուկլիդների երկար կիսամյակը հնարավորություն տվեց նրանց առանձնացնել ռեակցիայի այլ ենթամթերքներից ռադիոքիմիական մեթոդներով, որին հաջորդեց դրանց ռադիոակտիվ քայքայման հատկությունների չափումը: Պրոֆ. Գ.Սիբորգը և նրա գործընկերները, իրականացված 1940 - 1953 թթ. Ռադիացիոն ազգային լաբորատորիայում (Բերկլի, ԱՄՆ) հանգեցրեց Z = 93 -100 ութ արհեստական ​​տարրերի հայտնաբերմանը, ամենածանր իզոտոպը 257 Fm (T 1/2 ~ 100 օր): Հետագա առաջխաղացումը դեպի ավելի ծանր միջուկների տարածաշրջան գործնականում անհնար էր հաջորդ իզոտոպի չափազանց կարճ կիսամյակի պատճառով՝ 258 Fm (T SF = 0,3 միլիվայրկյան): Միջուկային պայթյունից առաջացող բարձր հզորության նեյտրոնների իմպուլսային հոսքերում այս սահմանափակումը շրջանցելու փորձերը ցանկալի արդյունքներ չտվեցին. ինչպես նախկինում, ամենածանր միջուկը 257 Fm էր:

Pm-ից ավելի ծանր տարրեր (Z = 100) սինթեզվել են արագացված ծանր իոնների հետ ռեակցիաներում, երբ պրոտոնների և նեյտրոնների համալիրը ներմուծվում է թիրախային միջուկ։ Բայց այս տեսակի ռեակցիան տարբերվում է նախորդ դեպքից։ Երբ էլեկտրական լիցք չունեցող նեյտրոնը բռնվում է, նոր միջուկի գրգռման էներգիան կազմում է ընդամենը 6-8 ՄէՎ: Ի հակադրություն, երբ թիրախային միջուկները միաձուլվում են նույնիսկ թեթև իոնների հետ, ինչպիսիք են հելիումը (4 He) կամ ածխածինը (12 C), ծանր միջուկները կջեռուցվեն մինչև Е х = 20 - 40 ՄէՎ էներգիա: Արկի միջուկի ատոմային թվի հետագա աճի դեպքում այն ​​պետք է ավելի ու ավելի շատ էներգիա հաղորդի դրական լիցքավորված միջուկների վանման էլեկտրական ուժերը հաղթահարելու համար (Կուլոնյան ռեակցիայի արգելքը): Այս հանգամանքը հանգեցնում է երկու միջուկների՝ արկի և թիրախի միաձուլումից հետո ձևավորված բարդ միջուկի գրգռման էներգիայի (տաքացման) ավելացմանը։ Նրա սառեցումը (անցումը հիմնական վիճակի Е х = 0) տեղի կունենա նեյտրոնների և գամմա ճառագայթների արտանետման միջոցով։ Եվ հենց այստեղ է առաջանում առաջին խոչընդոտը.

Տաքացվող ծանր միջուկը կարող է նեյտրոն արձակել միայն դեպքերի 1/100-ում, այն սովորաբար բաժանվելու է երկու հատվածի, քանի որ միջուկի էներգիան զգալիորեն ավելի բարձր է, քան նրա տրոհման պատնեշի բարձրությունը։ Հեշտ է հասկանալ, որ բարդ միջուկի գրգռման էներգիայի ավելացումը վնասակար է դրա համար: Տաքացած միջուկի գոյատևման հավանականությունը կտրուկ նվազում է ջերմաստիճանի (կամ E x էներգիայի) բարձրացման հետ կապված գոլորշիացված նեյտրոնների քանակի ավելացման հետ, որոնց հետ տրոհումը խիստ մրցակցում է։ Մոտ 40 ՄէՎ էներգիայով տաքացած միջուկը սառեցնելու համար անհրաժեշտ է գոլորշիացնել 4 կամ 5 նեյտրոն։ Ամեն անգամ տրոհումը մրցելու է նեյտրոնի արտանետման հետ, որի արդյունքում գոյատևման հավանականությունը կլինի ընդամենը (1/100) 4-5 = 10 -8 -10 -10։ Իրավիճակը բարդանում է նրանով, որ միջուկի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ թաղանթների կայունացնող ազդեցությունը նվազում է, հետևաբար, տրոհման պատնեշի բարձրությունը նվազում է, իսկ միջուկի տրոհունակությունը կտրուկ մեծանում է։ Այս երկու գործոններն էլ հանգեցնում են գերծանր նուկլիդների առաջացման չափազանց ցածր հավանականության։

106-ից ավելի ծանր տարրերի տարածաշրջան առաջխաղացումը հնարավոր դարձավ 1974 թվականին հայտնաբերումից հետո, այսպես կոչված. սառը միաձուլման ռեակցիաներ. Այս ռեակցիաներում որպես թիրախ նյութ օգտագործվում են կայուն իզոտոպների «կախարդական» միջուկները՝ 208 Pb (Z = 82, N = 126) կամ 209 Bi (Z = 83, N = 126), որոնք ռմբակոծվում են արգոնից ծանր իոններով։ (Յու.ծ. Օգանեսյան, Ա.Գ. Դեմին և ուրիշներ): Միաձուլման գործընթացում «կախարդական» թիրախային միջուկում նուկլոնների կապակցման բարձր էներգիան հանգեցնում է էներգիայի կլանման երկու փոխազդող միջուկների վերադասավորման ժամանակ։
ընդհանուր զանգվածի ծանր միջուկի մեջ: Նուկլոնների «փաթեթավորման» էներգիաների այս տարբերությունը փոխազդող միջուկներում և վերջնական միջուկում մեծապես փոխհատուցում է ռեակցիայի բարձր Կուլոնյան արգելքը հաղթահարելու համար պահանջվող էներգիան։ Արդյունքում ծանր միջուկն ունի ընդամենը 12-20 ՄէՎ գրգռման էներգիա։ Որոշ չափով նման ռեակցիան նման է «հակադարձ տրոհման» գործընթացին։ Իրոք, եթե ուրանի միջուկի երկու բեկորների տրոհումը տեղի է ունենում էներգիայի արտազատմամբ (այն օգտագործվում է ատոմակայաններում), ապա հակառակ ռեակցիայի դեպքում, երբ բեկորները միաձուլվում են, ստացված ուրանի միջուկը գրեթե սառը կլինի։ Ուստի սառը միաձուլման ռեակցիաներում տարրերի սինթեզի ժամանակ բավական է, որ ծանր միջուկը արձակի միայն մեկ կամ երկու նեյտրոն, որպեսզի անցնի հիմնական վիճակ։
Զանգվածային միջուկների սառը միաձուլման ռեակցիաները հաջողությամբ օգտագործվել են 6 նոր տարրերի սինթեզի համար՝ 107-ից մինչև 112 (Պ. Արմբրուստեր, Զ. Հոֆման, Գ. Մյունցենբերգ և այլն) Դարմշտադտի GSI միջուկային ֆիզիկայի ազգային կենտրոնում ( Գերմանիա): Վերջերս Կ. Մորիտան և այլոք RIKEN ազգային կենտրոնում (Տոկիո) կրկնեցին GSI-ի փորձերը 110-112 տարրերի սինթեզի վերաբերյալ: Երկու խմբերն էլ մտադիր են առաջ շարժվել դեպի 113 և 114 տարր՝ օգտագործելով ավելի ծանր արկեր: Այնուամենայնիվ, սառը միաձուլման ռեակցիաներում ավելի ու ավելի ծանր տարրեր սինթեզելու փորձերը կապված են մեծ դժվարությունների հետ: Իոնների ատոմային լիցքի ավելացմամբ, 208 Pb կամ 209 Bi թիրախային միջուկների հետ դրանց միաձուլման հավանականությունը կտրուկ նվազում է Կուլոնյան վանող ուժերի ավելացման պատճառով, որոնք համաչափ են, ինչպես հայտնի է, արտադրյալին: միջուկային մեղադրանքները։ 104 տարրից, որը կարելի է ստանալ 208 Pb + 50 Ti (Z 1) ռեակցիայում × Z 2 = 1804) 112 տարրին 208 Pb + 70 Zn (Z 1) ռեակցիայի մեջ × Z 2 = 2460), միաձուլման հավանականությունը նվազում է ավելի քան 10 4 անգամ:

Նկար 3Ծանր նուկլիդների քարտեզ. Միջուկների կիսամյակները ներկայացված են տարբեր գույներով (աջ մասշտաբով): Սև քառակուսիներ - հայտնաբերված կայուն տարրերի իզոտոպներ երկրի ընդերքը(T 1/2 ≥ 10 9 տարի): Մուգ կապույտ գույնը «անկայունության ծովն» է, որտեղ միջուկներն ապրում են 10-6 վայրկյանից պակաս: Դեղին գծերը համապատասխանում են փակ թաղանթներին, որոնք ցույց են տալիս պրոտոնների և նեյտրոնների կախարդական թվերը: Թորիումի, ուրանի և տրանսուրանի տարրերի «թերակղզուն» հետևող «Կայունության կղզիներ»՝ միջուկի մանրադիտակային տեսության կանխատեսումներ։ Z = 112 և 116 երկու միջուկներ, որոնք ստացվել են տարբեր միջուկային ռեակցիաներում և դրանց հաջորդական քայքայումը, ցույց են տալիս, թե որքան մոտ կարելի է մոտենալ «կայունության կղզիներին» գերծանր տարրերի արհեստական ​​սինթեզում։

Կա նաև մեկ այլ սահմանափակում. Սառը միաձուլման ռեակցիաներում առաջացած բարդ միջուկներն ունեն համեմատաբար փոքր քանակությամբ նեյտրոններ։ Վերը դիտարկված 112-րդ տարրի ձևավորման դեպքում Z = 112-ով վերջնական միջուկն ունի ընդամենը 165 նեյտրոն, մինչդեռ նեյտրոնների N> 170 թվի համար սպասվում է կայունության աճ (տես նկ. 3):

Նեյտրոնների մեծ ավելցուկով միջուկներ, սկզբունքորեն, կարելի է ձեռք բերել, եթե որպես թիրախ օգտագործվեն արհեստական ​​տարրեր՝ պլուտոնիում (Z = 94), ամերիցիում (Z = 95) կամ կուրիում (Z = 96), որոնք արտադրվում են միջուկային ռեակտորներում, և հազվագյուտ կալցիումի իզոտոպ - 48 Ca. (տես ներքեւում).

48 Ca ատոմի միջուկը պարունակում է 20 պրոտոն և 28 նեյտրոն. երկու արժեքներն էլ համապատասխանում են փակ թաղանթներին: 48 Ca միջուկներով միաձուլման ռեակցիաներում կաշխատի նաև դրանց «կախարդական» կառուցվածքը (սառը միաձուլման ռեակցիաներում այս դերը կատարել են կախարդական թիրախային միջուկները՝ 208 Pb), ինչի արդյունքում գերծանր միջուկների գրգռման էներգիան կկազմի մոտ 30 - 35 ՄՎ. Դրանց անցումը հիմնական վիճակին կուղեկցվի երեք նեյտրոնների և գամմա ճառագայթների արտանետմամբ։ Կարելի էր ակնկալել, որ այս գրգռման էներգիայի դեպքում միջուկային թաղանթների ազդեցությունը դեռ առկա է տաքացած գերծանր միջուկներում, դա կբարձրացնի նրանց գոյատևման մակարդակը և թույլ կտա մեզ սինթեզել դրանք մեր փորձերում: Նշենք նաև, որ փոխազդող միջուկների զանգվածների անհամաչափությունը (Z 1 × Զ 2 ≤ 2000) նվազեցնում է նրանց Կուլոնյան վանումը և այդպիսով մեծացնում է միաձուլման հավանականությունը:

Չնայած այս թվացյալին ակնհայտ առավելություններ 1977-1985 թվականներին տարբեր լաբորատորիաներում 48 Ca իոնների հետ ռեակցիաներում գերծանր տարրեր սինթեզելու բոլոր նախորդ փորձերը։ պարզվեց, որ անարդյունավետ է: Այնուամենայնիվ, վերջին տարիներին փորձարարական տեխնոլոգիայի զարգացումը և, առաջին հերթին, մեր լաբորատորիայում ինտենսիվ 48 Ca ion ճառագայթների արտադրությունը նոր սերնդի արագացուցիչների վրա, հնարավորություն տվեցին գրեթե 1000 անգամ բարձրացնել փորձի զգայունությունը: Այս առաջընթացներն օգտագործվել են գերծանր տարրերը սինթեզելու նոր փորձի մեջ։

3 Ակնկալվող հատկություններ

Ի՞նչ ենք ակնկալում տեսնել փորձի մեջ, եթե սինթեզը հաջող լինի: Եթե ​​տեսական վարկածը ճիշտ է, ապա գերծանր միջուկները կայուն կլինեն ինքնաբուխ տրոհման դեմ։ Այնուհետև նրանք կզգան այլ տեսակի քայքայում՝ ալֆա քայքայում (2 պրոտոնից և 2 նեյտրոնից բաղկացած հելիումի միջուկի արտանետում): Այս գործընթացի արդյունքում դուստր միջուկը ձևավորվում է 2 պրոտոնից և 2 նեյտրոնից ավելի թեթև, քան մայրը: Եթե ​​դուստր միջուկը նույնպես ունի ինքնաբուխ տրոհման փոքր հավանականություն, ապա երկրորդ ալֆա քայքայվելուց հետո թոռնուհու միջուկն այժմ 4 պրոտոնով և 4 նեյտրոնով ավելի թեթև կլինի, քան սկզբնական միջուկը։ Ալֆայի քայքայումը կշարունակվի այնքան ժամանակ, մինչև տեղի ունենա ինքնաբուխ տրոհում (նկ. 4):

Դա. մենք ակնկալում ենք տեսնել ոչ թե մեկ քայքայում, այլ «ռադիոակտիվ ընտանիք», հաջորդական ալֆա քայքայման շղթա, բավական երկար ժամանակով (միջուկային մասշտաբով), որոնք մրցակցում են, բայց ի վերջո ընդհատվում են ինքնաբուխ տրոհմամբ: Սկզբունքորեն նման քայքայման սցենարն արդեն իսկ վկայում է գերծանր միջուկի առաջացման մասին։

Կայունության ակնկալվող աճն ամբողջությամբ տեսնելու համար անհրաժեշտ է հնարավորինս մոտենալ Z = 114 և N = 184 փակ թաղանթներին: Միջուկային ռեակցիաներում նեյտրոններով հարուստ միջուկներ սինթեզելը չափազանց դժվար է, քանի որ միաձուլման ժամանակ. կայուն տարրերի միջուկներից, որոնցում արդեն կա պրոտոնների և նեյտրոնների որոշակի հարաբերակցություն, անհնար է հասնել կրկնակի կախարդական միջուկին 298 114: Հետևաբար, մենք պետք է փորձենք ռեակցիայի մեջ օգտագործել միջուկներ, որոնք սկզբում պարունակում են առավելագույնը: նեյտրոնների հնարավոր քանակը. Սա, մեծ չափով, որոշեց նաև արագացված 48 Ca իոնների ընտրությունը որպես արկ: Ինչպես գիտեք, բնության մեջ շատ կալցիում կա։ Այն բաղկացած է 40 Ca իզոտոպի 97%-ից, որի միջուկը պարունակում է 20 պրոտոն և 20 նեյտրոն։ Բայց այն պարունակում է 0,187% ծանր իզոտոպ՝ 48 Ca (20 պրոտոն և 28 նեյտրոն), որն ունի 8 ավելցուկ նեյտրոն։ Դրա արտադրության տեխնոլոգիան շատ ժամանակատար և թանկ է. Հարստացված 48 Ca-ի մեկ գրամի արժեքը կազմում է մոտ 200 000 դոլար։ Հետևաբար, մենք ստիպված եղանք էապես փոխել մեր արագացուցիչի դիզայնը և աշխատանքային ռեժիմները՝ փոխզիջումային լուծում գտնելու համար՝ ստանալ իոնային ճառագայթի առավելագույն ինտենսիվությունը ժամը նվազագույն սպառումըայս էկզոտիկ իրերը:

Նկար 4
Տեսական կանխատեսումներ տարբեր թվով պրոտոններով և նեյտրոններով գերծանր տարրերի իզոտոպների քայքայման տեսակների (նկարում ներկայացված են տարբեր գույներով) և կիսատևության մասին։ Որպես օրինակ ցույց է տրվում, որ 293 զանգվածով 116-րդ տարրի իզոտոպի համար, որը ձևավորվել է 248 St և 48 Ca միջուկների միաձուլման արդյունքում, սպասվում են երեք հաջորդական ալֆա քայքայում, որոնք ավարտվում են մեծ-ի ինքնաբուխ տրոհմամբ։ 110-րդ տարրի թոռնուհին՝ 281 զանգվածով: Ինչպես երևում է Նկար 8-ում, հենց այդպիսի քայքայման սցենար է՝ շղթայի տեսքով: α - α - α - Փորձի ընթացքում այս միջուկի համար դիտարկվել է SF: Ավելի թեթև միջուկի քայքայումը - 271 զանգվածով 110-րդ տարրի իզոտոպը, որը ստացվել է 208 Pb + 64 Ni միջուկների «սառը միաձուլման» ռեակցիայի արդյունքում: Նրա կիսամյակը 10 4 անգամ պակաս է իզոտոպից: 281 110։

Այսօր մենք հասել ենք ճառագայթի ռեկորդային ինտենսիվության 8-ի × 10 12/վրկ, 48 Ca իզոտոպի շատ ցածր սպառման դեպքում՝ մոտ 0,5 միլիգրամ/ժամ: Որպես թիրախային նյութ՝ մենք օգտագործում ենք արհեստական ​​տարրերի երկարակյաց հարստացված իզոտոպներ՝ Pu, Am, Cm և Cf (Z = 94-96 և 98) նաև նեյտրոնների առավելագույն պարունակությամբ: Դրանք արտադրվում են հզոր միջուկային ռեակտորներում (ԱՄՆ-ի Օք Ռիջում և Ռուսաստանի Դիմիտրովգրադում), այնուհետև հարստացվում են Փորձարարական ֆիզիկայի համառուսաստանյան գիտահետազոտական ​​ինստիտուտի (Սարով) հատուկ կայանքներում, զանգվածային բաժանարարներում։ 48 Ca միջուկների միաձուլման ռեակցիաները այս իզոտոպների միջուկների հետ ընտրվել են Z = 114 - 118 տարրերի սինթեզի համար։

Այստեղ ես կցանկանայի մի փոքր շեղում անել.

Ոչ բոլոր լաբորատորիաները, նույնիսկ աշխարհի առաջատար միջուկային կենտրոնները, ունեն այնպիսի եզակի նյութեր և այնպիսի քանակությամբ, որոնք մենք օգտագործում ենք մեր աշխատանքում: Բայց դրանց արտադրության տեխնոլոգիաները մշակվել են մեր երկրում, և դրանք մշակվում են մեր արդյունաբերության կողմից։ Ռուսաստանի ատոմային էներգիայի նախարարն առաջարկեց 5 տարվա աշխատանքային ծրագիր մշակել նոր տարրերի սինթեզի համար, և այդ ուսումնասիրությունների համար հատկացվեց հատուկ դրամաշնորհ։ Մյուս կողմից, աշխատելով Միջուկային հետազոտությունների միացյալ ինստիտուտում, մենք լայնորեն համագործակցում ենք (և մրցակցում) աշխարհի առաջատար լաբորատորիաների հետ։ Գերծանր տարրերի սինթեզի հետազոտության մեջ մենք երկար տարիներ սերտորեն համագործակցում ենք Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայի (ԱՄՆ) հետ: Այս համագործակցությունը ոչ միայն միավորում է մեր ջանքերը, այլև ստեղծում է պայմաններ, որոնց դեպքում փորձարարական արդյունքները մշակվում և վերլուծվում են երկու խմբերի կողմից՝ փորձի բոլոր փուլերում անկախ եղանակով:
5 տարվա աշխատանքի համար, երկարաժամկետ ճառագայթման ժամանակ, դոզան մոտ 2 × 10 20 իոն (մոտ 16 միլիգրամ 48 Ca, արագացված լույսի արագության 1/10-ի չափով, անցել է թիրախային շերտերով): Այս փորձերում նկատվել է 112 ÷ 118 տարրի իզոտոպների առաջացում (բացառությամբ 117-րդ տարրի) և ստացվել են առաջին արդյունքները նոր գերծանր նուկլիդների քայքայման հատկությունների վերաբերյալ։ Բոլոր արդյունքների ներկայացումը չափազանց շատ տեղ կխլի, և ընթերցողին չհոգնեցնելու համար մենք կսահմանափակվենք միայն 113 և 115 տարրերի սինթեզի վերաբերյալ վերջին փորձի նկարագրությամբ. մնացած բոլոր ռեակցիաները հետազոտվել են։ Նույն կերպ... Բայց մինչ այս առաջադրանքը սկսելը, նպատակահարմար կլինի հակիրճ ուրվագծել փորձի ձևակերպումը և բացատրել մեր տեղադրման շահագործման հիմնական սկզբունքները:

4. Փորձի կարգավորում

Թիրախային միջուկների և մասնիկի միաձուլումից առաջացած կոմպոզիտային միջուկը նեյտրոնների գոլորշիացումից հետո կշարժվի իոնային ճառագայթի ուղղությամբ։ Թիրախային շերտը ընտրվում է բավական բարակ, որպեսզի ծանր հետադարձ ատոմը կարողանա դուրս թռչել դրանից և շարունակել իր շարժումը դեպի դետեկտոր, որը գտնվում է թիրախից մոտ 4 մ հեռավորության վրա: Թիրախի և դետեկտորի միջև տեղադրված է գազով լցված բաժանարար: , որը նախատեսված է ճնշելու ռեակցիայի ճառագայթային մասնիկները և ենթամթերքները։
Անջատիչի աշխատանքի սկզբունքը (նկ. 5) հիմնված է այն փաստի վրա, որ ատոմները գազային միջավայրում - մեր դեպքում ջրածնում, ընդամենը 10 -3 ատմ ճնշման տակ: - կունենան տարբեր իոնային լիցք՝ կախված դրանց արագությունից: Սա թույլ է տալիս նրանց առանձնացնել մագնիսական դաշտում «թռիչքի վրա» 10 -6 վայրկյանում: և ուղիղ դեպի դետեկտոր: Անջատիչով անցած ատոմները տեղադրվում են կիսահաղորդչային դետեկտորի զգայուն շերտում՝ առաջացնելով ազդանշաններ հետադարձ ատոմի ժամանման ժամանակի, դրա էներգիայի և իմպլանտացիայի վայրի մասին (այսինքն՝ կոորդինատները. Ն.Ս և ժամը դետեկտորի աշխատանքային մակերեսի վրա): Այդ նպատակների համար մոտ 50 սմ 2 ընդհանուր մակերեսով դետեկտորը պատրաստված է 12 «շերտի» տեսքով՝ դաշնամուրի ստեղն հիշեցնող ժապավենների տեսքով, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի երկայնական զգայունություն: Եթե ​​իմպլանտացված ատոմի միջուկը ենթարկվում է ալֆա քայքայման, ապա արտանետվող ալֆա մասնիկը (մոտ 10 ՄէՎ ակնկալվող էներգիայով) կգրանցվի դետեկտորի կողմից՝ նշելով նախկինում թվարկված բոլոր պարամետրերը՝ ժամանակը, էներգիան և կոորդինատները: Եթե ​​առաջին քայքայվելուց հետո կհաջորդի երկրորդը, ապա նմանատիպ տեղեկատվություն կստացվի երկրորդ ալֆա-մասնիկի համար և այլն։ մինչև ինքնաբուխ բաժանումը տեղի ունենա: Վերջին քայքայումը կգրանցվի մեծ ամպլիտուդով երկու համընկնող ազդանշանների տեսքով (E 1 + E 2 ~ 200 MeV): Ալֆա-մասնիկների և զուգակցված տրոհման բեկորների գրանցման արդյունավետությունը բարձրացնելու համար առջևի դետեկտորը շրջապատված է կողային դետեկտորներով՝ ձևավորելով «տուփ»՝ բաժանարարի կողմից բացված պատով։ Դետեկտորների հավաքման դիմաց կան երկու բարակ թռիչքի ժամանակի դետեկտորներ, որոնք չափում են հետադարձ միջուկների արագությունը (այսպես կոչված TOF դետեկտորները, անգլերեն բառերի հապավումը - թռիչքի ժամանակը): Հետևաբար, հետադարձ միջուկից բխող առաջին ազդանշանը գալիս է TOF նշանով: Միջուկային քայքայման հաջորդող ազդանշաններն այս հատկանիշը չունեն:
Իհարկե, քայքայումները կարող են լինել տարբեր տևողության, որոնք բնութագրվում են տարբեր էներգիաներով մեկ կամ մի քանի ալֆա մասնիկների արտանետմամբ: Բայց եթե նրանք պատկանում են միևնույն միջուկին և կազմում են ռադիոակտիվ ընտանիք (մայրական միջուկ - դուստր - թոռ և այլն), ապա բոլոր ազդանշանների կոորդինատները `հետադարձ միջուկից, ալֆա մասնիկներից և տրոհման բեկորներից, պետք է համընկնեն ճշգրտության հետ: դիրքային դետեկտորի լուծաչափը: Մեր դետեկտորները, որոնք արտադրվում են Canberra Electronics-ի կողմից, չափում են ալֆա մասնիկների էներգիան ~ 0,5% ճշգրտությամբ և յուրաքանչյուր շերտի համար ունեն մոտ 0,8 մմ դիրքային լուծում:

Նկար 5
Ծանր տարրերի սինթեզի փորձարկումներում հետադարձ միջուկների բաժանման տեղադրման սխեմատիկ տեսք

Մտավոր կերպով դետեկտորի ամբողջ մակերեսը կարող է ներկայացվել որպես մոտ 500 բջիջ (պիքսել), որոնցում հայտնաբերվում են քայքայումներ: Հավանականությունը, որ երկու ազդանշան պատահականորեն կդիպչեն նույն տեղում, 1/500 է, երեք ազդանշանը՝ 1/250000 և այլն։ Սա հնարավորություն է տալիս մեծ հուսալիությամբ ընտրել գերծանր միջուկների գենետիկորեն կապված հաջորդական քայքայման դեպքերը հսկայական քանակությամբ ռադիոակտիվ արտադրանքներից, նույնիսկ եթե դրանք ձևավորվում են չափազանց փոքր քանակությամբ (~ 1 ատոմ / ամիս):

5. Փորձարարական արդյունքներ

(ֆիզիկական փորձ)

Կարգավորումը «գործողության մեջ» ցույց տալու համար եկեք ավելի մանրամասն նկարագրենք, որպես օրինակ, միջուկային միաձուլման ռեակցիայում ձևավորված 115 տարրի սինթեզի փորձերը 243 Am (Z = 95) + 48 Ca (Z = 20) → 291 115։
Z-կենտ միջուկի սինթեզը գրավիչ է նրանով, որ կենտ պրոտոնի կամ նեյտրոնի առկայությունը զգալիորեն նվազեցնում է ինքնաբուխ տրոհման հավանականությունը, և հաջորդական ալֆա անցումների թիվն ավելի մեծ կլինի (երկար շղթաներ), քան զույգի քայքայման դեպքում։ նույնիսկ միջուկներ. Կուլոնյան արգելքը հաղթահարելու համար 48 Ca իոնները պետք է ունենան E> 236 ՄէՎ էներգիա: Մյուս կողմից, այս պայմանի կատարումը, եթե ճառագայթի էներգիան սահմանափակվում է E = 248 ՄէՎ-ով, ապա 291 115 բաղադրյալ միջուկի ջերմային էներգիան կկազմի մոտ 39 ՄէՎ; այն կսառչի 3 նեյտրոնների և գամմա ճառագայթների արտանետմամբ։ Այնուհետև ռեակցիայի արտադրյալը կլինի տարրի 115 իզոտոպը՝ N = 173 նեյտրոնների թվով։ Թիրախային շերտից փախչելով՝ նոր տարրի ատոմը կանցնի այն փոխանցելու համար կազմաձևված բաժանարարի միջով և կմտնի դետեկտոր: Հետագա իրադարձությունները զարգանում են, ինչպես ցույց է տրված Նկար 6-ում: Ճակատային դետեկտորում հետադարձ միջուկի կանգից 80 միկրովայրկյան անց տվյալների հավաքագրման համակարգը ազդանշաններ է ստանում ժամանման ժամանակի, էներգիայի և կոորդինատների մասին (շերտի համարը և դիրքը դրանում): Նկատի ունեցեք, որ այս տեղեկատվությունը «TOF» է (առաջացել է բաժանարարից): Եթե ​​10 վայրկյանի ընթացքում դետեկտորի մակերևույթի նույն տեղից 9,8 ՄէՎ-ից ավելի էներգիայով երկրորդ ազդանշան է գալիս, ապա ճառագայթն անջատվում է առանց «TOF» նշանի (այսինքն՝ իմպլանտացված ատոմի քայքայումից) և բոլորը։ հետագա քայքայումն արձանագրվում է ֆոնի գրեթե լիակատար բացակայության պայմաններում։ Ինչպես երևում է նկ. 6-ի վերին գրաֆիկում, առաջին երկու ազդանշանների հետևում` հետադարձ միջուկից և առաջին ալֆա մասնիկից, մոտ 20 վրկ: Ճառագայթն անջատելուց հետո հետևեցին ևս 4 ազդանշան, որոնց դիրքերը ± 0,5 մմ ճշգրտությամբ համընկնում են նախորդ ազդանշանների հետ։ Հաջորդ 2,5 ժամվա ընթացքում դետեկտորը լռել է։ Ինքնաբուխ տրոհումը նույն շերտում և նույն դիրքում գրանցվել է միայն հաջորդ օրը՝ 28,7 ժամ անց, 206 ՄէՎ ընդհանուր էներգիայով տրոհման բեկորներից երկու ազդանշանի տեսքով։
Նման շղթաներ գրանցվել են երեք անգամ։ Նրանք բոլորն ունեն նույն ձևը (ռադիոակտիվ ընտանիքի միջուկների 6 սերունդ) և համաձայն են միմյանց հետ և՛ ալֆա մասնիկների էներգիայի, և՛ դրանց առաջացման ժամանակ՝ հաշվի առնելով միջուկային քայքայման էքսպոնենցիալ օրենքը։ Եթե ​​դիտարկված էֆեկտը, ինչպես և սպասվում էր, վերաբերում է 288 զանգվածով 115-րդ տարրի իզոտոպի քայքայմանը, որը ձևավորվում է 3 նեյտրոնից բաղկացած միջուկով միացության գոլորշիացումից հետո, ապա էներգիայի ավելացման հետ: 48 Ca իոնային ճառագայթը ընդամենը 5 ՄէՎ-ով, այն պետք է նվազի 5-6 գործակցով: Իրոք, E = 253 MeV-ի դեպքում ազդեցությունը բացակայում էր: Բայց այստեղ նկատվեց մեկ այլ, ավելի կարճ, քայքայման շղթա՝ բաղկացած չորս ալֆա մասնիկներից (կարծում ենք, որ դրանք նույնպես 5-ն էին, բայց վերջին ալֆա մասնիկը թռավ դեպի բաց պատուհան) տևում է ընդամենը 0,4 վրկ. Քայքայման նոր շղթան ավարտվել է 1,5 ժամում ինքնաբուխ տրոհմամբ։ Ակնհայտ է, որ սա մեկ այլ միջուկի քայքայումն է՝ 287 զանգվածով 115-րդ տարրի հարևան իզոտոպի մեծ հավանականությամբ, որը ձևավորվել է 4 նեյտրոնների արտանետմամբ միաձուլման ռեակցիայի ժամանակ։ Կենտ-կենտ իզոտոպի Z = 115, N = 173 հաջորդական քայքայումների շղթան ցույց է տրված նկ. 6-ի ստորին գրաֆիկում, որտեղ տարբեր թվով պրոտոններով և նեյտրոններով գերծանր նուկլիդների հաշվարկված կես կյանքը ներկայացված է ձևով. ուրվագծային քարտեզի վրա: Այն նաև ցույց է տալիս 111-րդ տարրի մեկ այլ, ավելի թեթև կենտ-կենտ իզոտոպի քայքայումը՝ N = 161 նեյտրոնների քանակով, որը սինթեզված է 209 Bi + 64 Ni ռեակցիայի մեջ գերմանական լաբորատորիայում - GSI (Դարմշտադտ), այնուհետև ճապոնական լաբորատորիայում - ՌԻԿԵՆ (Տոկիո).

Նկար 6
Փորձ 115 տարրի սինթեզի վրա 48 Ca + 243 At ռեակցիայում:
Վերևի նկարը ցույց է տալիս ազդանշանի ի հայտ գալու ժամանակը հետադարձ միջուկի դետեկտորում (R) իմպլանտացիայից հետո: Կարմիրով նշվում են ալֆա մասնիկների գրանցման ազդանշանները, իսկ կանաչով` ինքնաբուխ տրոհման ազդանշանները: Որպես օրինակ, երեք իրադարձություններից մեկի համար R → քայքայման շղթայից բոլոր 7 ազդանշանների դիրքային կոորդինատները (մմ-ով):α 1 → α 2 → α 3 → α 4 → α 5 → SF գրանցված թիվ 4 շերտում։ Ստորին նկարում ներկայացված են միջուկների քայքայման շղթաները՝ Z = 111, N = 161 և Z = 115, N = 173։ Եզրագծային գծեր, որոնք ուրվագծում են միջուկների շրջանները տարբեր կիսամյակներով ( տարբեր աստիճաններմթագնում) - մանրադիտակային տեսության կանխատեսումներ:

Նախ, պետք է նշել, որ միջուկների կիսամյակները երկու դեպքում էլ լավ համընկնում են տեսական կանխատեսումների հետ։ Չնայած այն հանգամանքին, որ 288 115 իզոտոպը գտնվում է N = 184 նեյտրոնային թաղանթից 11 նեյտրոնով հեռավորության վրա, տարրերի 115 և 113 իզոտոպները համեմատաբար երկար կյանք ունեն (համապատասխանաբար T 1/2 ~ 0,1 վ և 0,5 վրկ):
Հինգ ալֆա քայքայվելուց հետո ձևավորվում է տարրի 105 իզոտոպը՝ դուբնիում (Db)՝ N=163-ով, որի կայունությունը որոշվում է մեկ այլ փակ թաղանթով՝ N=162։ Այս թաղանթի ուժը դրսևորվում է երկու Db իզոտոպների կիսամյակի հսկայական տարբերությամբ, որոնք միմյանցից տարբերվում են ընդամենը 8 նեյտրոնով: Եվս մեկ անգամ ուշադրություն դարձրեք, որ կառուցվածքի (միջուկային թաղանթների) բացակայության դեպքում 105 ÷ 115 տարրերի բոլոր իզոտոպները պետք է ենթարկվեն ինքնաբուխ տրոհման ~ 10 -19 վրկ ժամանակում:

(քիմիական փորձ)

Վերը նկարագրված օրինակում անկախ հետաքրքրություն են ներկայացնում երկարակյաց 268 Db իզոտոպի հատկությունները, որը փակում է 115-րդ տարրի քայքայման շղթան։
Համաձայն Պարբերական օրենքի՝ 105-րդ տարրը V շարքում է։ Այն, ինչպես երևում է Նկար 7-ում, նիոբիումի (Nb) և տանտալի (Ta) քիմիական հոմոլոգն է և քիմիական հատկություններով տարբերվում է բոլոր ավելի թեթև տարրերից՝ ակտինիդներից (Z = 90 ÷ 103), որոնք ներկայացնում են առանձին խումբ D.I-ում: Մենդելեևը։ Երկար կիսամյակի շնորհիվ 105-րդ տարրի այս իզոտոպը կարող է առանձնացվել ռեակցիայի բոլոր արտադրանքներից։ ռադիոքիմիական մեթոդդրա քայքայման հետագա չափման հետ՝ ինքնաբուխ տրոհում: Այս փորձը ապահովում է վերջնական միջուկի ատոմային թվի (Z = 105) և բոլոր նուկլիդների անկախ նույնականացում, որոնք ձևավորվել են 115-րդ տարրի հաջորդական ալֆա քայքայման ժամանակ:
Քիմիական փորձի ժամանակ հետադարձ անջատիչի կարիք չկա: Ռեակցիայի արգասիքների բաժանումն ըստ ատոմային թվերի իրականացվում է մեթոդներով, որոնք հիմնված են դրանց քիմիական հատկությունների տարբերության վրա։ Հետևաբար, այստեղ օգտագործվել է ավելի պարզեցված տեխնիկա: Թիրախից փախչող ռեակցիայի արգասիքները քշվել են պղնձե կոլեկտորի մեջ, որը գտնվում է դրանց շարժման ճանապարհին 3-4 մկմ խորության վրա։ 20-30 ժամ ճառագայթումից հետո հավաքածուն լուծարվում է։ Լուծույթից առանձնացվել է տրանսակտինոիդների մասնաբաժինը՝ Z> 104 տարրերը, իսկ այս մասնաբաժինը, այնուհետև 5-րդ շարքի տարրերը՝ Db՝ ուղեկցվելով իրենց քիմիական հոմոլոգներով՝ Nb և Ta։ Վերջիններս որպես «մարկերներ» ավելացվել են լուծույթին մինչև քիմիական տարանջատումը։ Db պարունակող լուծույթի մի կաթիլ նստեցրեց բարակ հիմքի վրա, չորացրեց, այնուհետև դրվեց երկու կիսահաղորդչային դետեկտորների միջև, որոնք գրանցեցին երկու ինքնաբուխ տրոհման բեկորները: Ամբողջ հավաքույթը, իր հերթին, տեղադրվել է նեյտրոնային դետեկտորի մեջ, որը որոշում է նեյտրոնների քանակը, որոնք արտանետվում են բեկորների կողմից Db միջուկների տրոհման ժամանակ։
2004 թվականի հունիսին իրականացվել են 12 միանման փորձեր (Ս. Ն. Դմիտրիև և ուրիշներ), որոնցում գրանցվել է Դբ–ի ինքնաբուխ տրոհման 15 դեպք։ Ինքնաբուխ տրոհման Db-ի բեկորներն ունեն մոտ 235 ՄէՎ կինետիկ էներգիա, միջինում մոտ 4 նեյտրոն է արտանետվում յուրաքանչյուր տրոհման իրադարձության համար։ Նման բնութագրերը բնորոշ են բավականին ծանր միջուկի ինքնաբուխ տրոհմանը: Հիշեցնենք, որ 238 U-ի համար այս արժեքները համապատասխանաբար մոտ 170 ՄէՎ և 2 նեյտրոն են:
Քիմիական փորձը հաստատում է ֆիզիկական փորձի արդյունքները. 115-րդ տարրի միջուկները, որոնք ձևավորվել են 243 Am + 48 Ca ռեակցիայի արդյունքում, հաջորդական հինգ ալֆա քայքայման արդյունքում. Z = 115 → 113 → 111 → 109 → 107 → 105 իրականում հանգեցնում են 105 ատոմային համարով երկարակյաց ինքնաբուխ տրոհվող միջուկի ձևավորումը: Այս փորձերում, որպես 115 տարրի ալֆա քայքայման դուստր արդյունք, սինթեզվել է 113 ատոմային համարով նախկինում անհայտ մեկ այլ տարր:

Նկար 7
Ֆիզիկական և քիմիական փորձեր՝ 115-րդ տարրի ռադիոակտիվ հատկությունների ուսումնասիրության համար։
48 Ca + 243 At ռեակցիայում ֆիզիկական կարգաբերման օգնությամբ ցույց է տրվել, որ հինգ անընդմեջ
288 115 իզոտոպի ալֆա քայքայումը հանգեցնում է 105-րդ տարրի երկարակյաց իզոտոպին՝ 268 Դբ, որը
ինքնաբերաբար բաժանվում է երկու մասի. Քիմիական փորձի ժամանակ պարզվել է, որ 105 ատոմային համարով միջուկը ենթարկվում է ինքնաբուխ տրոհման։

6. Մեծ պատկերը և ապագան

243 Am + 48 Ca ռեակցիայում ստացված արդյունքներն առանձնահատուկ դեպք չեն։ Z- նույնիսկ նուկլիդների՝ 112, 114 և 116 տարրերի իզոտոպների սինթեզի ընթացքում մենք նկատեցինք նաև երկար քայքայման շղթաներ, որոնք ավարտվում էին միջուկների ինքնաբուխ տրոհմամբ Z = 104-110-ով, որոնց կյանքի տևողությունը տատանվում էր վայրկյանից մինչև ժամ՝ կախված միջուկի ատոմային թիվը և նեյտրոնային կազմը… Մինչ օրս տվյալներ են ստացվել Z = 104-118 29 նոր միջուկների քայքայման հատկությունների մասին; դրանք ներկայացված են նուկլիդային քարտեզի վրա (նկ. 8): Տրանսակտինոիդների տարածաշրջանում տեղակայված ամենածանր միջուկների հատկությունները, դրանց քայքայման տեսակը, էներգիաները և քայքայման ժամանակները լավ համընկնում են ժամանակակից տեսության կանխատեսումների հետ: Գերծանր միջուկների կայունության կղզիների գոյության վարկածը, որոնք զգալիորեն ընդլայնում են տարրերի աշխարհը, կարծես առաջին անգամ փորձարարական հաստատում գտավ։

Հեռանկարներ

Այժմ խնդիր է դրված ավելի մանրամասն ուսումնասիրել նոր տարրերի միջուկային և ատոմային կառուցվածքը, ինչը շատ խնդրահարույց է, առաջին հերթին, ցանկալի ռեակցիայի արտադրանքի ցածր ելքի պատճառով: Գերծանր տարրերի ատոմների քանակն ավելացնելու համար անհրաժեշտ է մեծացնել 48 Ca իոնային ճառագայթի ինտենսիվությունը և բարձրացնել արդյունավետությունը։ ֆիզիկական տեխնիկա... Ծանր իոնային արագացուցիչի արդիականացումը, որը նախատեսված է առաջիկա տարիներին, օգտագործելով արագացուցիչ տեխնոլոգիայի բոլոր նորագույն ձեռքբերումները, թույլ կտա մեզ մոտ 5 անգամ ավելացնել իոնային ճառագայթի ինտենսիվությունը: Երկրորդ մասի լուծումը պահանջում է փորձերի նախագծման արմատական ​​փոփոխություն. այն կարելի է գտնել գերծանր տարրերի հատկությունների վրա հիմնված նոր փորձարարական տեխնիկայի ստեղծման մեջ:

Նկար 8
Ծանր և գերծանր տարրերի նուկլիդային քարտեզ.
Տարբեր միաձուլման ռեակցիաներին համապատասխանող օվալների ներսում գտնվող միջուկների համար (ցուցված է նկարում), ցուցադրվում են արտանետվող ալֆա մասնիկների կիսամյակները և էներգիաները (դեղին քառակուսիներ): Տվյալները ներկայացված են ուրվագծային քարտեզՏարածաշրջանը բաժանելով միջուկի կաղապարի էֆեկտի ներդրման համաձայն միջուկի կապակցման էներգիային: Միջուկային կառույցի բացակայության դեպքում ամբողջ դաշտը սպիտակ կլիներ: Երբ մթնում է, խեցիների ազդեցությունը մեծանում է։ Երկու հարակից գոտիները տարբերվում են ընդամենը 1 ՄՎ-ով: Սա, սակայն, բավարար է ինքնաբուխ տրոհման նկատմամբ միջուկների կայունության զգալի աճի համար, որի արդյունքում պրոտոնների և նեյտրոնների «կախարդական» թվերի մոտ տեղակայված նուկլիդները ենթարկվում են գերակշռող ալֆա քայքայման։ Մյուս կողմից, 110-րդ և 112-րդ տարրերի իզոտոպներում նեյտրոնների թվի ավելացումը 8 ատոմային միավորով հանգեցնում է միջուկների ալֆա քայքայման ժամանակաշրջանների ավելացմանը ավելի քան 10 5 անգամ։

Գոյություն ունեցող մոնտաժի շահագործման սկզբունքը` հետադարձ միջուկների կինեմատիկական բաժանարար (նկ. 5) հիմնված է տարբեր տեսակի ռեակցիաների կինեմատիկական բնութագրերի տարբերության վրա: Թիրախային միջուկների և 48 Ca-ի միաձուլման ռեակցիայից մեզ հետաքրքրող արտադրանքները դուրս են նետվում թիրախից դեպի առաջ՝ ± 3 0 նեղ անկյունային կոնում՝ մոտ 40 ՄէՎ կինետիկ էներգիայով: Սահմանափակելով հետադարձ միջուկների հետագծերը՝ հաշվի առնելով այս պարամետրերը, մենք գրեթե ամբողջությամբ անջատվում ենք իոնային ճառագայթից, ճնշում ենք ռեակցիայի կողմնակի արտադրանքների ֆոնը 10 4 ÷ 10 6 անգամ և մոտ 40% արդյունավետությամբ առաքում ենք նոր ատոմներ։ տարրեր դետեկտորին 1 միկրովայրկյան ժամանակում: Այլ կերպ ասած, ռեակցիայի արտադրանքի տարանջատումը տեղի է ունենում «թռիչքի վրա»:

Նկար 8 MASHA-ի տեղադրում
Վերին նկարը ցույց է տալիս բաժանարարի դիագրամը և դրա գործողության սկզբունքը: Թիրախային շերտից արտանետվող հետադարձ միջուկները կանգ են առնում գրաֆիտի կոլեկցիոներում մի քանի միկրոմետր խորության վրա: Որպես հետեւանք բարձր ջերմաստիճանիԴրանք ցրվում են իոնային աղբյուրի խցիկի մեջ, քաշվում են պլազմայից, արագանում են էլեկտրական դաշտով և զանգվածով վերլուծվում մագնիսական դաշտերով՝ դեպի դետեկտոր շարժման ուղղությամբ։ Այս նախագծում ատոմի զանգվածը կարելի է որոշել 1/3000 ճշգրտությամբ։ Ներքևի նկարը ցույց է տալիս ընդհանուր ձևտեղադրում.

Բայց տեղադրման բարձր ընտրողականություն ստանալու համար կարևոր է պահպանել, ոչ թե «քսել» կինեմատիկական պարամետրերը՝ ելքի անկյունները և հետադարձ միջուկների էներգիաները։ Դրա պատճառով անհրաժեշտ է օգտագործել 0,3 միկրոմետրից ոչ ավելի հաստությամբ թիրախային շերտեր՝ մոտ երեք անգամ պակաս, քան անհրաժեշտ է տվյալ զանգվածով գերծանր միջուկի արդյունավետ ելք ստանալու համար, կամ 5-6 անգամ պակաս, երբ: խոսքը վերաբերում է զանգվածով հարակից տվյալ տարրի երկու իզոտոպների սինթեզին։ Բացի այդ, գերծանր տարրի իզոտոպների զանգվածային թվերի վերաբերյալ տվյալներ ստանալու համար անհրաժեշտ է իրականացնել փորձերի երկար և աշխատատար շարք՝ կրկնել չափումները 48 Ca իոնային ճառագայթի տարբեր էներգիաներով:
Միևնույն ժամանակ, ինչպես հետևում է մեր փորձերից, գերծանր տարրերի սինթեզված ատոմներն ունեն կիսամյակներ, որոնք զգալիորեն գերազանցում են կինեմատիկական անջատիչի արագությունը: Հետեւաբար, շատ դեպքերում անհրաժեշտ չէ առանձնացնել ռեակցիայի արտադրանքը այդքան կարճ ժամանակում։ Այնուհետև կարող եք փոխել տեղադրման գործարկման սկզբունքը և իրականացնել ռեակցիայի արտադրանքի բաժանումը մի քանի փուլով:
Նոր տեղադրման դիագրամը ներկայացված է Նկար 9-ում: Հետադարձ միջուկները 2000 0 C ջերմաստիճանում ջեռուցվող կոլեկտորի մեջ տեղադրվելուց հետո ատոմները ցրվում են իոնային աղբյուրի պլազմայի մեջ, իոնացվում են պլազմայում մինչև լիցք q = 1 +, աղբյուրից դուրս են բերվում էլեկտրական դաշտով, զանգվածով առանձնացված են հատուկ պրոֆիլի մագնիսական դաշտերում և, վերջապես, գրանցվում են (ըստ քայքայման տեսակի) կիզակետային հարթությունում տեղակայված դետեկտորների միջոցով: Ամբողջ ընթացակարգը կարող է տևել մոտավոր ժամանակ՝ վայրկյանի տասներորդից մինչև մի քանի վայրկյան՝ կախված նրանից ջերմաստիճանի ռեժիմներև ֆիզիկական և քիմիական հատկություններառանձնացված ատոմներ. Արագությամբ զիջելով կինեմատիկական տարանջատողին, նոր տեղադրումը` MASHA (համար լրիվ անվանումը Գերծանր ատոմների զանգվածային անալիզատոր) - մոտ 10 անգամ կբարձրացնի աշխատանքի արդյունավետությունը և քայքայման հատկությունների հետ մեկտեղ կտա գերծանր միջուկների զանգվածի ուղղակի չափում։
Մոսկվայի մարզի նահանգապետ Բ.Վ.-ի կողմից հատկացված դրամաշնորհի շնորհիվ. Գրոմովը ստեղծելու համար այս տեղադրումը, այն նախագծվել և արտադրվել է մ կարճաժամկետ- 2 տարում, փորձարկված և պատրաստ է գնալու: Արագացուցիչի վերակառուցումից հետո՝ MASNA-ի տեղադրմամբ։ մենք զգալիորեն կընդլայնենք նոր նուկլիդների հատկությունների մեր ուսումնասիրությունները և կփորձենք ավելի հեռուն գնալ՝ ավելի ծանր տարրերի տարածք։

(բնության մեջ գերծանր տարրերի որոնում)

Գերծանր տարրերի խնդրի մյուս կողմը կապված է ավելի երկարակյաց նուկլիդների արտադրության հետ։ Վերևում նկարագրված փորձերի ժամանակ մենք հասանք միայն «կղզու» եզրին, հայտնաբերեցինք կտրուկ վերելք, բայց դեռևս հեռու նրա գագաթից, որտեղ միջուկները կարող են ապրել հազարավոր և գուցե նույնիսկ միլիոնավոր տարիներ: Մենք չունենք բավականաչափ նեյտրոններ սինթեզված միջուկներում, որպեսզի մոտենանք N = 184 թաղանթին։ Այսօր դա անհասանելի է. չկան այնպիսի ռեակցիաներ, որոնք հնարավորություն կտան ստանալ նեյտրոններով առատ նուկլիդներ: Հավանաբար, հեռավոր ապագայում ֆիզիկոսները կկարողանան օգտագործել ռադիոակտիվ իոնների ինտենսիվ ճառագայթներ ավելի շատ նեյտրոններով, քան 48 Ca միջուկներ: Նման նախագծերն այժմ լայնորեն քննարկվում են՝ չանդրադառնալով նման արագացուցիչ հսկաների ստեղծման համար պահանջվող ծախսերին։

Այնուամենայնիվ, դուք կարող եք փորձել այս խնդրին մոտենալ մյուս կողմից:

Եթե ​​ենթադրենք, որ ամենաերկարակյաց գերծանր միջուկներն ունեն 10 5 ÷ 10 6 տարի կիսամյակ (դա շատ չի տարբերվում տեսության կանխատեսումներից, որը նույնպես որոշակի ճշգրտությամբ է անում իր գնահատականները), ապա դա. հնարավոր է, որ դրանք կարող են հայտնաբերվել տիեզերական ճառագայթներով՝ Տիեզերքի այլ, ավելի երիտասարդ մոլորակների վրա ձևավորման տարրերի վկաներ: Եթե ​​նույնիսկ ավելի ուժեղ ենթադրություն անենք, որ «հարյուրամյակների» կիսամյակը կարող է լինել տասնյակ միլիոնավոր տարիներ կամ ավելի, ապա նրանք կարող են ներկա լինել Երկրի վրա՝ պահպանվելով շատ փոքր քանակությամբ տարրերի ձևավորման պահից սկսած։ արեգակնային համակարգ մինչև մեր օրերը:
Հնարավոր թեկնածուներից նախապատվությունը տալիս ենք 108-րդ տարրի (Hs) իզոտոպներին, որոնց միջուկները պարունակում են մոտ 180 նեյտրոն։ 269 ​​Hs կարճատև իզոտոպով (T 1/2 ~ 9 s) իրականացված քիմիական փորձերը ցույց են տվել, որ 108 տարրը, ինչպես և սպասվում էր, ըստ Պարբերական օրենքի, 76 տարրի քիմիական հոմոլոգն է՝ օսմիում (Os):

Նկար 10
Տեղադրում 108 տարրի քայքայման ժամանակ միջուկային ինքնաբուխ տրոհումից նեյտրոնային պայթյունի գրանցման համար։ (Ստորգետնյա լաբորատորիա Մոդանում, Ֆրանսիա)

Այնուհետև մետաղական օսմիումի նմուշը կարող է շատ փոքր քանակությամբ պարունակել 108 Eka (Os) տարրը: Eka-ի (Os) առկայությունը օսմիումում կարելի է որոշել նրա ռադիոակտիվ քայքայմամբ։ Հավանաբար, գերծանր երկար լյարդը ինքնաբուխ տրոհում կունենա, կամ ինքնաբուխ տրոհում տեղի կունենա նախորդ ալֆա կամ բետա քայքայվելուց հետո (ռադիոակտիվ փոխակերպման տեսակ, երբ միջուկի նեյտրոններից մեկը վերածվում է պրոտոնի) ավելի թեթև և կարճատև դստեր: կամ թոռան միջուկը. Հետևաբար, առաջին փուլում հնարավոր է ստեղծել օսմիումի նմուշի ինքնաբուխ տրոհման հազվադեպ դեպքեր գրանցելու փորձ: Նման փորձ է պատրաստվում։ Չափումները կսկսվեն այս տարվա վերջին և կտևեն 1-1,5 տարի։ Գերծանր միջուկի քայքայումը կգրանցվի նեյտրոնային պոռթկումով, որն ուղեկցում է ինքնաբուխ տրոհմանը: Տեղադրումը տիեզերական ճառագայթներից առաջացած նեյտրոնների ֆոնից պաշտպանելու համար չափումներ կիրականացվեն ստորգետնյա լաբորատորիայում, որը գտնվում է Ալպերի տակ՝ Ֆրանսիան Իտալիայի հետ կապող թունելի կենտրոնում՝ 4000 մետր շերտին համապատասխանող խորության վրա։ ջրի համարժեք:
Եթե ​​մեկ տարվա չափումների ընթացքում նկատվում է գերծանր միջուկի ինքնաբուխ տրոհման առնվազն մեկ դեպք, ապա դա կհամապատասխանի Os- նմուշում 108 տարրի կոնցենտրացիային մոտ 5: × 10-15 գ / գ, ենթադրելով, որ դրա կես կյանքը 10 9 տարի է: Այսքան փոքր արժեքը երկրակեղևում ուրանի կոնցենտրացիայի միայն 10-16-ն է։
Չնայած փորձի գերբարձր զգայունությանը, ռելիկտային, գերծանր նուկլիդների հայտնաբերման հավանականությունը փոքր է։ Բայց ցանկացած գիտական ​​որոնում միշտ էլ փոքր շանսեր ունի... Էֆեկտի բացակայությունը կտա երկար լյարդի կիսամյակի վերին սահմանը T 1/2 մակարդակում։ ≤ 3× 10 7 տարի. Ոչ այնքան տպավորիչ, բայց կարևոր՝ գերծանր տարրերի կայունության նոր տարածաշրջանում միջուկների հատկությունները հասկանալու համար։

Կուլոնյան արգելքի մոտ կրիպտոնի իոնների էներգիայի վրա նկատվել է 118 տարրի առաջացման երեք դեպք։ 293 118 միջուկները տեղադրվեցին սիլիցիումի դետեկտորի մեջ և նկատվեց վեց հաջորդական α-քայքայման շղթա, որն ավարտվեց 269 Sg իզոտոպով։ 118 տարրի ձևավորման խաչմերուկը կազմել է ~ 2 պիկոբար: 293 118 իզոտոպի կես կյանքը 120 ms է: Նկ. 3-ը ցույց է տալիս 293 118 իզոտոպի հաջորդական α-քայքայման շղթան և ցույց է տալիս α-քայքայման արդյունքում ձևավորված դուստր միջուկների կիսատ կյանքը:

Գերծանր միջուկների քայքայման բնութագրերը հաշվարկվել են տարբեր տեսական մոդելների հիման վրա։ Այս հաշվարկներից մեկի արդյունքները ներկայացված են Նկ. 4. Զույգ-նույնիսկ գերծանր միջուկների կիսատ-ժամկետները տրված են ինքնաբուխ տրոհման (a), α-քայքայման (b), β-քայքայման (c) և բոլոր հնարավոր քայքայման գործընթացների նկատմամբ (d): Ինքնաբուխ տրոհման նկատմամբ ամենակայուն միջուկը (նկ. 4ա) Z = 114 և N = 184 ունեցող միջուկն է: Նրա համար ինքնաբուխ տրոհման նկատմամբ կիսադադարը ~ 10 16 տարի է: 114-րդ տարրի իզոտոպների համար, որոնք ամենակայունից տարբերվում են 6-8 նեյտրոններով, կիսատ-ժամկետները նվազում են 10-15 կարգով։ Կիսաժամկետները α-քայքայման նկատմամբ ներկայացված են Նկ. 4բ. Ամենակայուն միջուկը գտնվում է Z շրջանում< 114 и N = 184 (T 1/2 = 10 15 лет). Для изотопа 298 114 период полураспада составляет около 10 лет.

β-քայքայման նկատմամբ կայուն միջուկները ներկայացված են Նկ. 4 մուգ կետերով: Նկ. 4d-ը ցույց է տալիս ընդհանուր կիսամյակը: Կենտրոնական եզրագծի ներսում գտնվող հավասարաչափ միջուկների համար դրանք կազմում են ~ 10 5 տարի: Այսպիսով, քայքայման բոլոր տեսակները հաշվի առնելուց հետո պարզվում է, որ Z = 110 և N = 184 հարևանությամբ գտնվող միջուկները կազմում են «կայունության կղզի»։ 294 110 միջուկն ունի մոտ 10 9 տարի կիսամյակ: Կեղևի մոդելի կողմից կանխատեսված Z արժեքի և 114 կախարդական թվի միջև տարբերությունը կապված է տրոհման (որում Z = 114 միջուկն առավել կայուն է) և α-քայքայման մրցակցության հետ (որ միջուկներն ունեն ավելի ցածր): Z կայուն են): Կենտ-զույգ և կենտ միջուկների համար կիսատ-ժամկետներն ավելանում են α-քայքայման և ինքնաբուխ տրոհման նկատմամբ, իսկ β-քայքայման դեպքում նվազում են: Հարկ է նշել, որ վերը նշված գնահատականները մեծապես կախված են հաշվարկներում օգտագործվող պարամետրերից և կարող են դիտվել միայն որպես գերծանր միջուկների գոյության հնարավորության ցուցումներ, որոնց կյանքը բավարար է դրանց փորձարարական հայտնաբերման համար:

Գերծանր միջուկների հավասարակշռության ձևի և դրանց կիսամյակի մեկ այլ հաշվարկի արդյունքները ներկայացված են Նկ. 5, 11.11. Նկ. 11.10 ցույց է տալիս հավասարակշռության լարվածության էներգիայի կախվածությունը նեյտրոնների և պրոտոնների քանակից Z = 104-120 միջուկների համար: Լարվածության էներգիան սահմանվում է որպես հավասարակշռության և գնդաձև ձևերի միջուկների էներգիաների տարբերություն: Այս տվյալներից երևում է, որ Z = 114 և N = 184 շրջաններում պետք է լինեն հիմնական վիճակում գնդաձև ձև ունեցող միջուկներ։ Մինչ այժմ հայտնաբերված բոլոր գերծանր միջուկները (նկար 5-ում ներկայացված են մուգ ռոմբուսներով) դեֆորմացված են։ Բաց ռոմբուսները ցույց են տալիս միջուկներ, որոնք կայուն են β-քայքայման նկատմամբ: Այս միջուկները պետք է քայքայվեն α-քայքայման կամ տրոհման արդյունքում։ Հիմնական քայքայման ալիքը պետք է լինի ալֆա քայքայումը:

Հավասարաչափ β-կայուն իզոտոպների կիսատ-ժամկետները ներկայացված են Նկ. 6. Համաձայն այս կանխատեսումների՝ միջուկների մեծ մասի համար ակնկալվում է, որ կիսատ կյանքը շատ ավելի երկար է, քան արդեն հայտնաբերված գերծանր միջուկների համար (0,1-1 մվ): Օրինակ, 292 110 միջուկի համար կանխատեսվում է ~ 51 տարի կյանք:
Այսպիսով, ժամանակակից մանրադիտակային հաշվարկների համաձայն, գերծանր միջուկների կայունությունը կտրուկ աճում է N = 184 նեյտրոնների կախարդական թվին մոտենալուն զուգահեռ: Մինչև վերջերս Z = 112 ունեցող տարրի միակ իզոտոպը 277 112 իզոտոպն էր, որն ունի կիսով չափ: կյանքը 0,24 ms. Ավելի ծանր 283 112 իզոտոպը սինթեզվել է սառը միաձուլման ռեակցիայի մեջ 48 Ca + 238 U: Ճառագայթման ժամանակը 25 օր էր: Թիրախի վրա 48 Ca իոնների ընդհանուր թիվը 3,5 × 10 18 է: Արձանագրվել է երկու դեպք, որոնք մեկնաբանվել են որպես ձևավորված 283 112 իզոտոպի ինքնաբուխ տրոհում։ Այսպիսով, երևում է, որ 283 112 իզոտոպում նեյտրոնների քանակի աճը 277 112 իզոտոպի համեմատությամբ 6 միավորով մեծացնում է կյանքի տևողությունը 5 կարգով։

Նկ. 7-ը ցույց է տալիս ծովային իզոտոպների Sg (Z = 106) չափված կյանքի տևողությունը՝ տարբեր տեսական մոդելների կանխատեսումների համեմատ: Հատկանշական է N = 164-ով իզոտոպի կյանքի ընթացքում գրեթե մեծության կարգով նվազումը N = 162 իզոտոպի կյանքի տևողության համեմատությամբ:
Կայունության կղզուն ամենամոտ մոտեցումը կարելի է ձեռք բերել 76 Ge + 208 Pb ռեակցիայում: Գերծանր գրեթե գնդաձև միջուկը կարող է ձևավորվել միաձուլման ռեակցիայի արդյունքում, որին հաջորդում է γ-քվանտա կամ մեկ նեյտրոնի արտանետում: Ըստ հաշվարկների, ձևավորված միջուկը 284 114 պետք է քայքայվի ալֆա մասնիկների արտանետմամբ, որոնց կիսամյակը կազմում է ~ 1 ms: N = 162 տարածաշրջանում ծրարի լցման վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկություններ կարելի է ստանալ՝ ուսումնասիրելով 271 108 և 267 106 միջուկների α-քայքայվածությունը: Այս միջուկների համար կանխատեսվում է 1 րոպեի կիսատևում: և 1 ժամ: 263 106, 262 107, 205 108, 271.273 110 միջուկների համար ակնկալվում է իզոմերիզմ, որի պատճառը դեֆորմացված միջուկների համար ենթափեղկերի լցումն է j=1/2 և j=13/2 N = 162 շրջանում՝ դեֆորմացված միջուկների համար։ հիմնային վիճակ.

Նկ. 8-ը ցույց է տալիս Rf (Z = 104) և Hs (Z = 108) տարրերի ձևավորման փորձնականորեն չափված գրգռման գործառույթները 208 Pb թիրախային միջուկի հետ 50 Ti և 56 Fe իոնների միաձուլման ռեակցիաների համար:
Ստացված բաղադրյալ միջուկը սառչում է մեկ կամ երկու նեյտրոնների արտանետմամբ։ Ծանր իոնային միաձուլման ռեակցիաների գրգռման ֆունկցիաների մասին տեղեկատվությունը հատկապես կարևոր է գերծանր միջուկների արտադրության համար։ Ծանր իոնների միաձուլման ռեակցիայի ժամանակ անհրաժեշտ է ճշգրիտ հավասարակշռել Կուլոնյան ուժերի և մակերեսային լարվածության ուժերի գործողությունները։ Եթե ​​միջադեպի իոնի էներգիան բավականաչափ մեծ չէ, ապա ամենամոտ մոտեցման հեռավորությունը անբավարար կլինի երկուական միջուկային համակարգի միաձուլման համար։ Եթե ​​ընկնող մասնիկի էներգիան չափազանց մեծ է, ապա ստացված համակարգը կունենա գրգռման բարձր էներգիա և մեծ հավանականությամբ այն կկոտրվի բեկորների։ Միաձուլումը արդյունավետորեն տեղի է ունենում բախվող մասնիկների էներգիաների բավականին նեղ շրջանակում:

Առանձնահատուկ հետաքրքրություն են ներկայացնում միաձուլման ռեակցիաները նվազագույն թվով նեյտրոնների (1-2) արտանետմամբ, քանի որ. սինթեզված գերծանր միջուկներում ցանկալի է ունենալ ամենամեծ N/Z հարաբերակցությունը։ Նկ. 9-ը ցույց է տալիս ռեակցիայի միջուկների միաձուլման պոտենցիալը
64 Ni + 208 Pb 272 110. Ամենապարզ գնահատականները ցույց են տալիս, որ միջուկային միաձուլման համար թունելային էֆեկտի հավանականությունը ~ 10 -21 է, ինչը զգալիորեն ցածր է դիտարկված խաչմերուկից: Սա կարելի է բացատրել հետևյալ կերպ. Միջուկների կենտրոնների միջև 14 fm հեռավորության վրա 236,2 ՄէՎ սկզբնական կինետիկ էներգիան ամբողջությամբ փոխհատուցվում է Կուլոնյան պոտենցիալով։ Այս հեռավորության վրա շփվում են միայն միջուկի մակերեսին գտնվող նուկլոնները։ Այս նուկլոնների էներգիան ցածր է։ Հետևաբար, մեծ է հավանականությունը, որ նուկլեոնները կամ զույգ նուկլեոնները մեկ միջուկում թողնեն ուղեծրերը և տեղափոխվեն գործընկեր միջուկի ազատ վիճակներ։ Նուկլեոնների տեղափոխումը արկի միջուկից թիրախային միջուկ հատկապես գրավիչ է, երբ որպես թիրախ օգտագործվում է կապարի կրկնակի կախարդական իզոտոպը՝ 208 Pb։ 208 Pb-ում լցված են h 11/2 պրոտոնային ենթափեղկերը և h 9/2 և i 13/2 նեյտրոնային ենթափեղկերը։ Սկզբում պրոտոնի փոխանցումը խթանվում է պրոտոն-պրոտոն ձգող ուժերի կողմից, իսկ h 9/2 ենթաշենքը լցվելուց հետո՝ պրոտոն-նեյտրոն ձգողական ուժերով։ Նմանապես, նեյտրոնները շարժվում են դեպի ազատ i 11/2 ենթաթաղանթ՝ ձգվելով արդեն լցված i 13/2 ենթափեղկի նեյտրոններով։ Զույգացման էներգիայի և մեծ ուղեծրի անկյունային իմպուլսի շնորհիվ զույգ նուկլոնների տեղափոխումը ավելի հավանական է, քան մեկ նուկլեոնի փոխանցումը։ 64 Ni 208 Pb-ից երկու պրոտոնների փոխանցումից հետո Կուլոնյան պատնեշը նվազում է 14 ՄէՎ-ով, ինչը նպաստում է փոխազդող իոնների ավելի սերտ շփմանը և նուկլեոնների փոխանցման գործընթացի շարունակմանը։
Աշխատանքներում [Վ.Վ. Վոլկովը։ Խորը ոչ առաձգական փոխանցումների միջուկային ռեակցիաները. M. Energoizdat, 1982; Վ.Վ. Վոլկովը։ Իզվ. ՀԽՍՀ ԳԱ, մատենաշար fizich., 1986 vol 50 p. 1879] մանրակրկիտ ուսումնասիրվել է միաձուլման ռեակցիայի մեխանիզմը։ Ցույց է տրված, որ արդեն գրավման փուլում պատահող մասնիկի կինետիկ էներգիայի ամբողջական ցրումից հետո ձևավորվում է երկուական միջուկային համակարգ, և միջուկներից մեկի նուկլեոններն աստիճանաբար կեղև առ պատյան են տեղափոխվում մեկ այլ միջուկ։ Այսինքն՝ միջուկների թաղանթային կառուցվածքը էական դեր է խաղում բարդ միջուկի ձևավորման գործում։ Այս մոդելի հիման վրա հնարավոր եղավ բավականին լավ նկարագրել բաղադրյալ միջուկների գրգռման էներգիան և սառը միաձուլման ռեակցիաներում 102-112 տարրերի ձևավորման խաչմերուկը:
Լաբորատորիայում միջուկային ռեակցիաներնրանց. Գ.Ն. Ֆլերովա (Դուբնա), սինթեզվել է Z=114 տարր, կիրառվել է ռեակցիան

289 114 միջուկը ճանաչվել է α-քայքայման շղթայով: Իզոտոպի կիսամյակի փորձնական գնահատականը 289 114 ~ 30 վ է։ Ստացված արդյունքը լավ համընկնում է նախկինում կատարված հաշվարկների հետ։
48 Cu + 244 Pu ռեակցիայի 114 տարրի սինթեզում առավելագույն ելքը ստանում է երեք նեյտրոնների գոլորշիացմամբ ալիքը։ Այս դեպքում 289 114 միացության միջուկի գրգռման էներգիան 35 ՄէՎ էր։
Տեսականորեն կանխատեսված քայքայման հաջորդականությունը, որը տեղի է ունենում ռեակցիայի մեջ ձևավորված 296 116 միջուկի հետ, ներկայացված է Նկար 10-ում:

Բրինձ. 10. Միջուկային քայքայման սխեման 296 116

296 116 միջուկը սառչում է չորս նեյտրոնների արտանետմամբ և վերածվում 292 116 իզոտոպի, որն այնուհետև 5% հավանականությամբ երկու հաջորդական էլ-գրավումների արդյունքում վերածվում է իզոտոպի 292 114: (T 1/2 = 85 օր) 292 114 իզոտոպը վերածվում է 288 112 իզոտոպի: 288 112 իզոտոպը նույնպես ձևավորվում է ալիքով:

Երկու շղթաներից առաջացած վերջնական միջուկը 288 112 ունի մոտ 1 ժամ կիսամյակ և քայքայվում է ինքնաբուխ տրոհման արդյունքում: Մոտ 10% հավանականությամբ 284 112 իզոտոպը կարող է ձևավորվել 288 114 իզոտոպի α-քայքայման արդյունքում։ Վերոհիշյալ ժամանակաշրջանները և քայքայման ուղիները ստացվել են հաշվարկով։
Ծանր իոնների հետ ռեակցիաներում գերծանր տարրերի առաջացման տարբեր հնարավորությունները վերլուծելիս պետք է հաշվի առնել հետևյալ հանգամանքները.

1. Անհրաժեշտ է ստեղծել միջուկ՝ նեյտրոնների քանակի և պրոտոնների քանակի բավական մեծ հարաբերակցությամբ։ Հետևաբար, ծանր իոնները մեծ N/Z-ով պետք է ընտրվեն որպես ներթափանցող մասնիկ:
2. Անհրաժեշտ է, որ առաջացած բարդ միջուկն ունենա գրգռման ցածր էներգիա և փոքր անկյունային իմպուլս, հակառակ դեպքում տրոհման արգելքի արդյունավետ բարձրությունը կնվազի։
3. Անհրաժեշտ է, որ ձևավորված միջուկը ունենա գնդաձևին մոտ ձև, քանի որ նույնիսկ աննշան դեֆորմացիան կհանգեցնի գերծանր միջուկի արագ տրոհման:

Գերծանր միջուկներ ստեղծելու շատ խոստումնալից մեթոդ են այնպիսի ռեակցիաները, ինչպիսիք են 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es: Նկ. 11-ը ցույց է տալիս 248 սմ, 249 Cf և 254 Es արագացված 238 U իոններով թիրախների ճառագայթման ժամանակ տրանսուրանի տարրերի առաջացման գնահատված խաչմերուկները: Այս ռեակցիաներում Z> 100-ով տարրերի ձևավորման խաչմերուկներում արդեն ստացվել են առաջին արդյունքները: Ուսումնասիրվող ռեակցիաների ելքը մեծացնելու համար թիրախների հաստություններն ընտրվել են այնպես, որ ռեակցիայի արտադրանքները մնան թիրախ. Ճառագայթումից հետո առանձին քիմիական տարրեր առանձնացվել են թիրախից։ Ստացված նմուշներում α-քայքայման արգասիքները և տրոհման բեկորները գրանցվել են մի քանի ամիս շարունակ։ Արագացված ուրանի իոնների հետ ձեռք բերված տվյալները հստակ ցույց են տալիս ծանր տրանսուրանի տարրերի ելքի աճ՝ համեմատած ավելի թեթև ռմբակոծող իոնների հետ։ Այս փաստը չափազանց կարևոր է գերծանր միջուկների սինթեզի խնդրի լուծման համար։ Չնայած համապատասխան թիրախների հետ աշխատելու դժվարություններին, մեծ Z-ի ուղղությամբ առաջընթացի կանխատեսումները բավականին լավատեսական են թվում։

Վերջին տարիներին գերծանր միջուկների առաջխաղացումը չափազանց տպավորիչ է: Սակայն մինչ այժմ կայունության կղզին գտնելու բոլոր փորձերը հաջողությամբ չեն պսակվել։ Նրա որոնողական աշխատանքները շարունակվում են ինտենսիվ։

Պիտեր Արմբրուստեր, Գոթֆրիդ Մյունցերբերգ

Նուրբ քվանտային մեխանիկական ազդեցությունները կայունացնում են միջուկները, որոնք շատ ավելի ծանր են, քան բնական միջուկները: Փորձարարները պետք է վերանայեին, թե ինչպես կարելի է լավագույնս սինթեզել նման գերծանր տարրերը:

ընթացքումՎերջին 20 տարիների ընթացքում աշխարհի շատ երկրներում ֆիզիկոսների ուշադրությունը գրավել է գերծանր տարրերի ստացման խնդիրը։ Ծանր իոնների հետազոտությունների ինստիտուտի Դարմշտադտում (GSI) մենք որոշակի հաջողության ենք հասել՝ սինթեզելով 107, 108 և 109 տարրերի միջուկները: Այս միջուկները գտնվում են 106-րդ պրոտոնից այն կողմ, որը սահմանում է ստացման նախկինում գոյություն ունեցող մեթոդները: և ծանր տարրերի հայտնաբերում...

Միջուկների զանգվածների փորձնական չափումներ և տեսական վերլուծությունցույց են տալիս, որ այս նոր տարրերի կայունությունը հիմնականում պայմանավորված է նրանց պրոտոնային և նեյտրոնային համակարգերի միկրոկառուցվածքով, այլ ոչ թե մակրոսկոպիկ հատկություններով, որոնք որոշում են ավելի թեթև միջուկների կայունությունը։ Այնուամենայնիվ, մենք հանդիպեցինք խնդիրների, որոնք դեռևս դժվարացնում են 60-ականների վերջին դրված նպատակներին հասնելը, երբ թվում էր, թե մինչև 114 տարրերը հասանելի են: Հաղթահարելով այս դժվարությունները՝ մենք առաջընթաց գրանցեցինք միջուկային միաձուլման ռեակցիաների միջուկային կառուցվածքի և դինամիկայի ուսումնասիրության մեջ։

Նուկլեոսինթեզը երկար ճանապարհ է անցել վաղ շրջաներբ բնության մեջ գոյություն չունեցող տարրերը ստացվել են միջուկային ռեակտորներում։ Ֆիզիկոսներն օգտագործում էին ավելի ու ավելի ծանր արագացված իոններ՝ թիրախ ատոմները ռմբակոծելու համար: Այս զարգացման վերջին փուլը միջուկների «սառը միաձուլման» մեթոդն էր, որի ժամանակ մասնիկների զանգվածները և ռմբակոծության էներգիան պետք է ուշադիր որոշվեն, որպեսզի նոր ձևավորված միջուկների գրգռումը լինի նվազագույն:

Մեր աշխատանքի ընթացքում գերծանր տարրերի սինթեզի վերաբերյալ գրեթե բոլոր նախնական գաղափարները պետք է վերանայվեին. սինթեզվող տարրերի միջուկները դեֆորմացված են, անասֆերիկ, ինչպես ենթադրվում էր 1966 թվականին: Միաձուլման համար մենք օգտագործել ենք կայուն, լայնորեն տարածված բնությունը, գնդաձև միջուկները և արագացված իոնների միջին զանգվածը ամենածանր արհեստական ​​ռադիոակտիվ միջուկների և համապատասխանաբար ընտրված լույսի արագացված իոնների փոխարեն, ինչպես առաջարկվել էր ավելի վաղ: Միաձուլումը պետք է տեղի ունենա ռմբակոծման հնարավոր ամենացածր էներգիայով՝ հնարավորինս «փափուկ», առանց «կոպիտ ուժի» կիրառման՝ փոխազդեցության ավելցուկային էներգիայի տեսքով, որը, ինչպես նախկինում ենթադրվում էր, նպաստում է միաձուլման գործընթացին:

Սինթեզի գաղափարտրանսուրանի տարրերը (92-ից ավելի ատոմային թվով) առաջացել են 30-ական թթ. 1934 թվականին Էնրիկո Ֆերմին ռմբակոծեց թալիումը դանդաղ նեյտրոններով՝ բետա քայքայվելուց հետո կապար ստանալու համար (նեյտրոնի քայքայումը պրոտոնի և էլեկտրոնի)։ Նեյտրոնների գրավման և հետագա բետա քայքայման արդյունքում ձևավորվեցին տարրեր ատոմային թվերով, որոնք մեկով բարձր էին սկզբնականներից։

1940-ից մինչև 1950-ականների կեսերը 93, 94, 99 և 100 տարրերը ստացվել են նեյտրոնային ճառագայթման միջոցով: Ֆերմին՝ 100-րդ տարրը, պատահական չէ, որ վերջինն էր այն տարրերի շարքից, որոնք կարող էին ստացվել նեյտրոնների գրավման և բետա քայքայման արդյունքում: Ֆերմի. նրա իզոտոպներից ոչ մեկը չի ենթարկվում բետա քայքայման: Նույն ժամանակահատվածում ալֆա մասնիկներով ճառագայթմամբ ստացվել են 95-ից 98 և 101 տարրեր։ Այս գործընթացում ծանր միջուկը կլանում է երկու պրոտոն և երկու նեյտրոն; այս դեպքում ատոմային թիվը մեծանում է միանգամից երկու միավորով։ Ինչպես բոլոր ծանր տարրերը, տրանսուրանային տարրերը պարունակում են ավելի շատ նեյտրոններ, քան պրոտոններ; օրինակ, պլուտոնիումը (տարր 94) պարունակում է 145 նեյտրոն՝ 239 ընդհանուր զանգվածով; Ֆերմիումի ամենաերկարակյաց իզոտոպն ունի 157 նեյտրոն՝ 257 ընդհանուր զանգվածով:

100-ից բարձր տարրեր ստանալու բնական ճանապարհը համարվում էր ամենածանր տարրերի միջուկների միաձուլումը թեթեւ տարրերի միջուկների հետ, որոնք պարունակում են ավելի շատ պրոտոններ և նեյտրոններ, քան հելիումը։ Մինչև 99 տարրերը հասանելի են, քանի որ դրանք կարող են սինթեզվել մակրոսկոպիկ կշռված քանակությամբ: Բերկլիում (ԱՄՆ) և Դուբնայում (ԽՍՀՄ) արագացուցիչներ են կառուցվել ծանր իոններ արտադրելու համար, որոնք բավարար են միջուկների միաձուլումը կանխող էլեկտրաստատիկ ուժերը հաղթահարելու համար։ 1958-1974թթ Ծանր իոնների այս արագացուցիչները հնարավորություն են տվել սինթեզել տարրեր 102-ից մինչև 106: Այս տարրերի հայտնաբերման առաջնահերթությունը և, հետևաբար, դրանց անվանման իրավունքը դեռևս քննարկման առարկա են:

Բերկլիում և Դուբնայում այդքան հաջող կիրառված մեթոդները անարդյունավետ են 100-ից ավելի ծանր տարրեր ստանալու համար։ Հասկանալու համար, թե ինչու է այդքան դժվար գերծանր տարրեր սինթեզելը և ինչու նրանցից ոմանք կարող են հատկապես կայուն լինել, անհրաժեշտ է պարզել, թե ինչպես են միջուկները պահպանվում որպես ամբողջություն կամ քանդվում և որպես տարբեր ուժերի հավասարակշռություն: որոշելով դրանց կայունությունը, փոխվում է զանգվածի աճով: Էֆեկտները, որոնք կարող են անտեսվել ավելի թեթև միջուկների համար, որոշում են ընդհանուր անկայունության և համեմատաբար տարբերությունը մեծ ժամանակներգերծանր միջուկների կյանքը.

Բոլոր միջուկների համար հատկապես կարևոր է ուժեղ միջուկային ուժերի փոխհարաբերությունները, որոնք ձգում են և՛ պրոտոնները, և՛ նեյտրոնները, և՛ էլեկտրաստատիկ ուժերը, որոնք վանում են պրոտոնները: Որքան ծանր է միջուկը, այնքան ավելի շատ նեյտրոններ են դրանք պարունակում, ինչը որոշ չափով փոխհատուցում է պրոտոնների միջև վանող ուժերի ազդեցությունը։ Այնուամենայնիվ, նուկլեոնների միջև կապի ուժը հասնում է առավելագույնին երկաթի համար (26 պրոտոն և 30 նեյտրոն), որը համապատասխանում է պարբերական աղյուսակի ուղու քառորդից պակասին, այնուհետև այն նվազում է։

Երկաթից ծանր ցանկացած միջուկի տրոհումը պետք է ուղեկցվի էներգիայի արտազատմամբ, սակայն կապարից պակաս զանգվածային միջուկների տրոհման համար պահանջվող էներգիան այնքան մեծ է, որ նման ռեակցիան կարող է իրականացվել միայն հատուկ պայմաններում: Քանի որ միջուկները կապարից ծանր են, նրանք կարող են անցնել ավելի կայուն վիճակի, արտանետելով իրենց նուկլոնների նույնիսկ մի փոքր մասը, նրանք անկայուն են: Թորիումի և ուրանի բնական իզոտոպները քայքայվում են հիմնականում ալֆա մասնիկների արտանետման միջոցով։ Միայն ուրանում և ավելի ծանր տարրերում կարող են չգրգռված միջուկները ենթարկվել ինքնաբուխ տրոհման:

Հիմնականում ատոմային թվի աճով (միջուկում պրոտոնների թիվը) մեծանում է ատոմային միջուկների անկայունությունը. դրանց կիսատ կյանքը մի քանի հազար տարուց նվազում է մինչև վայրկյանի միլիոներորդականը։ Այնուամենայնիվ, միջուկի կառուցվածքի տեսությունից հետևում է, որ տարրերը, որոնք միայն մի փոքր ավելի ծանր են, քան մինչ օրս ստացվածները, կլինեն ոչ պակաս, այլ ավելի կայուն:

Նեյտրոնների և պրոտոնների որոշակի համակցություններով միջուկներն ունեն հատկապես բարձր կապող էներգիա. հելիում-4, թթվածին-16, կալցիում-40, կալցիում-48 և կապար-208 շատ կայուն են իրենց հարևան տարրերի համեմատ: Այս մեծ արժեքները պայմանավորված են թաղանթի կառուցվածքով` թաղանթների միջուկային համարժեքով, որոնց վրա էլեկտրոնները տեղակայված են միջուկի շուրջ: Հատկապես կայուն են նուկլեոնային կոնֆիգուրացիաները, որոնք կազմում են ամբողջությամբ լցված (փակ) պատյաններ։ Կապարի դեպքում թաղանթի կառուցվածքը մեծացնում է միջուկի կապող էներգիան 11 միլիոն էլեկտրոն վոլտով (MeV)՝ համեմատած առանց կառուցվածքի և նույն թվով նեյտրոնների և պրոտոնների հիպոթետիկ միջուկային կաթիլների: Մինչև 2 միլիարդ էՎ կապող էներգիա ունեցող միջուկների մեծ մասի համար նման աճը համեմատաբար աննշան է։ Այնուամենայնիվ, ամենածանր տարրերի համար, որոնք գտնվում են կայունության եզրին, «կեղևի կայունացումը» կարող է հանգեցնել ակնթարթային քայքայման և միջուկների համեմատաբար երկար գոյության միջև:

Հատկապես կայուն են փակ նեյտրոնային և պրոտոնային թաղանթներով միջուկները. կապարից հետո նման թաղանթները հայտնվում են 114 պրոտոնի և 184 նեյտրոնի վրա: Թեթև միջուկների համար կապող էներգիաների կանխատեսման մեջ թաղանթների տեսության հաջողությունները հույս են տվել, որ 298-ին մոտ զանգված ունեցող միջուկները կարող են այնքան ուժեղ կայունանալ, որ, ինչպես ուրանը և թորիումը, նրանք կարող են կազմել համեմատաբար կայուն տարրերի տարածք: Նման կճեպով կայունացված գերծանր տարրերը, ի տարբերություն ուրան-թորիումի տարածաշրջանի տարրերի, պետք է անկայուն լինեն որպես միջուկային նյութի միատարր կաթիլներ:

Պատյանով կայունացված գերծանր տարրերից առաջինը՝ 107-րդը, որի հատկությունները Ֆերմին առաջարկեց, որ պետք է համապատասխանեն էկարենիայի հետ, հայտնաբերվել է Դարմշտադտում 1981 թվականին՝ այս կանխատեսումից 47 տարի անց:

Այնուհետև մենք ստացանք և բացահայտեցինք 108 և 109 տարրերը: Նրանց կապող էներգիաների չափումները ցույց են տալիս, որ մենք արդեն մտել ենք գերծանր տարրերի դաշտ: Ներկայումս մենք ուսումնասիրում ենք ավելի ծանր տարրեր ձեռք բերելու սահմանափակումները:

Ծանր տարրերի սինթեզՄիաձուլման ռեակցիաներում փորձարկողից պահանջում է «քայլել նուրբ գիծը» ռմբակոծման այն մեթոդների միջև, որոնցում միաձուլումը տեղի չի ունենում, և նրանց, որոնք հանգեցնում են արտադրանքի միջուկի տրոհմանը, այլ ոչ թե այն համեմատաբար կայուն վիճակում թողնելը: Նոր ձևավորված միջուկի տաքացման նվազումը ամենակարևոր պատճառն է համեմատաբար թեթև իոններով ծանր թիրախների ռմբակոծությունից համեմատաբար ավելի ծանր իոններով ավելի քիչ զանգվածային թիրախների ռմբակոծմանը (անցում սկսել է Յու. Ծ. Օգանեսյանը և նրա գործընկերները Դուբնայի միջուկային հետազոտությունների միացյալ ինստիտուտից):

Օրինակ, երբ կապար-208-ը կամ բիսմութ-209-ը միաձուլվում են քրոմ-54-ի կամ երկաթ-58-ի հետ, նոր միջուկի գրգռման էներգիան կազմում է մոտ 20 ՄէՎ: Միևնույն ժամանակ, ծանր ակտինիդային թիրախների (կալիֆորնիում-249, բերկելիում-249 կամ կուրիում-248) միաձուլումը ածխածնի-12-ի, ազոտ-15-ի կամ թթվածնի-18-ի հետ հանգեցնում է գրգռման էներգիայի մոտ 45 ՄէՎ-ի:

Թեթև իոնների և իզակտինոիդ թիրախների միջոցով ձևավորված միջուկը սառչում է չորս նեյտրոնների արտանետմամբ: Ի հակադրություն, կապարից կամ բիսմութից և ավելի ծանր իոններից ձևավորված միջուկը սառչում է միայն մեկ նեյտրոն արձակելով։ Քանի որ հավանականությունը, որ միջուկը կսառչի նեյտրոն արձակելով, նրա տրոհման հավանականության միայն մի քանի տոկոսն է, գերծանր միջուկների վերջնական ելքը զգալիորեն նվազում է նեյտրոնների արտանետումների կասկադի յուրաքանչյուր փուլում: Մեկ նեյտրոնային թուլացման մեխանիզմը շատ ավելի հարմար է նոր ձևավորված միջուկի պահպանման համար։

Ցավոք սրտի, սառը միաձուլումն ունի նաև մի թերություն. այս դեպքում երկու միջուկների միջև էլեկտրաստատիկ վանող ուժերը ավելի մեծ չափով խանգարում են դրանց միաձուլմանը։ Երբ երկու միջուկները մոտենում են միմյանց, նրանց կինետիկ էներգիայի մի մասը վերածվում է բախվող միջուկների միջանկյալ համակարգի գրգռման էներգիայի և, հետևաբար, չի կարող օգտագործվել միաձուլման պատնեշը հաղթահարելու համար, որն իր հերթին նվազեցնում է միաձուլման հավանականությունը: Ավելի ծանր իոնների օգտագործմամբ սառը միաձուլման դեպքում, միաձուլման պատնեշին մոտենալու և միջով անցնելու գործընթացում փոխակերպվում է ավելի շատ կինետիկ էներգիա, և այս արգելքը հաղթահարելու հավանականությունը նվազում է՝ համեմատած լույսի իոնների և ամենածանր թիրախների միջև ռեակցիաների հետ։

Եթե ​​սկզբնական էներգիան ավելացվի այդ կորուստները փոխհատուցելու համար, գրգռման էներգիան կավելանա, իսկ ձևավորված միջուկների թիվը կնվազի։ Արդյունքում միայն 106 տարրը ցույց է տալիս սառը միաձուլման մեթոդի առավելությունները։

Մենք ցույց ենք տվել, որ ծանր տարրերի ձևավորման առավելագույն խաչմերուկները գտնվում են էներգիայի նեղ միջակայքում՝ միաձուլման պատնեշից մոտ 5 ՄԲ-ով:

ՄինչդեռԳերծանր միջուկների ստացման տեսությունն ինքնին կարող է շատ հետաքրքիր լինել, գործնականում դա շատ ավելի բարդ խնդիր է։ Տեսական հաշվարկները պետք է զուգակցվեն արագացուցիչի և թիրախի նախագծման հետ, ինչպես նաև դետեկտորային համակարգի մշակման հետ, որը կարող է արձանագրել գերծանր միջուկի գոյությունը հենց այն սինթեզվում է։ Երբ 1960-ականների վերջին գերծանր տարրեր ստանալու գաղափարը գրավեց ֆիզիկոսների և քիմիկոսների երևակայությունը, Գերմանիայում ոչ ոք նուկլեոսինթեզ իրականացնելու փորձ չուներ: Այս ոլորտում սկսնակների համար բազմաթիվ «դռներ» են բացվել։ Ավելի վաղ Բերկլիում և Դուբնայում իրականացված փորձերից շատ բան կար սովորելու, բայց պարզ էր, որ հետագա առաջընթացը հնարավոր չէր լինի կրկնօրինակելով այս ուսումնասիրությունները: Անհրաժեշտ էր ծանր իոնային արագացուցիչ, նոր տարրերի մեկուսացման արագ տարանջատման մեթոդներ և դրանց նույնականացման համապատասխան տեխնիկա։ Պատասխան չկար նաեւ այն հարցին, թե որ արձագանքները պետք է հանգեցնեն հաջողության։

1969-ին Գերմանիայի Դաշնային Հանրապետության կառավարությունը Հեսսեն նահանգի կառավարության հետ միասին որոշեց ֆինանսավորել Դարմշտադում ծանր իոններով հետազոտությունների նոր ինստիտուտի ստեղծումը (Society for Research with Heavy Ions, gay): Universal Linear Accelerator-ը (UNILAC), որը փորձեր է անցկացնում միասեռականների մոտ, սկսել է գործել 1975 թվականին։

UNILAC-ը կարող է արագացնել բոլոր իոնները մինչև և ներառյալ ուրանը մինչև Կուլոնյան արգելքը գերազանցող էներգիա: Հենց սկզբից այս հաստատությունը նախատեսված էր արտադրելու ամենաինտենսիվ իոնային ճառագայթները: Առանձնահատուկ ջանքեր են գործադրվել՝ ապահովելու, որ իոնային էներգիան կարող է սահուն կերպով փոխվել և սահմանվել տվյալ մակարդակում՝ բավականին լավ վերարտադրելիությամբ: Սկզբում արագացուցիչի նախագիծը մշակվել է Կ. Շմելցերի և Հայդելբերգի իր գործընկերների կողմից: Այս դեպքում հաշվի է առնվել այլ գիտական ​​խմբերի արդեն կուտակված փորձը. իոնային աղբյուրները Դուբնայում օգտագործվող աղբյուրների փոփոխությունն են՝ բարձր լիցքավորված իոններ ստանալու համար, իսկ Բերքլիում մշակված Ալվարես համակարգը՝ բարձր հաճախականության համակարգում։ գծային արագացուցիչի.

Երբ կառուցվեց UNILAC-ը, շատ գիտնականների հարց դրվեց. ո՞րն է արագացուցիչն օգտագործելու լավագույն միջոցը: Ի՞նչ ռեակցիաներ և ի՞նչ փորձարարական մեթոդներ պետք է կիրառել: Իր գոյության սկզբնական շրջանում UNILAC-ը օգտագործվել է գաղափարների լայն տեսականի փորձարկելու համար, սակայն միակ ռազմավարությունը հաջողված է եղել՝ սառը միաձուլումը զուգակցված հետադարձ միջուկների տեղափոխման հետ (միաձուլման արտադրանք):

Քանի որ 1941 թվականին պլուտոնիումի հայտնաբերման արդյունքում սինթեզվեց այս տարրի մոտ 400 տոննա, ինչը համապատասխանում է 1030 ատոմի: Մյուս կողմից, 109-րդ տարրի միայն մի քանի ատոմներ են ստացվել և նույնականացվել։ Ինչո՞ւ են ամենածանր տարրերը ստանում այդքան անհետացող փոքր քանակությամբ: Պատասխանը հետևյալն է. պլուտոնիում արտադրելու համար տոննաներով նեյտրոնները ռմբակոծում են մի քանի սանտիմետր կամ ավելի հաստությամբ ուրան-238 բլոկներ, մինչդեռ UNILAC-ում միայն 100 մկգ երկաթ-58 է արագանում՝ մի քանի հարյուր նանոմետր հաստությամբ կապար-208 թիրախը ռմբակոծելու համար: Բացի այդ, նեյտրոնային գրավման ռեակցիայի խաչմերուկը, որն առաջացնում է պլուտոնիում-239, մոտավորապես 10 տրիլիոն անգամ գերազանցում է միաձուլման ռեակցիայի խաչմերուկը, որն առաջացնում է 109-րդ տարրը:

Ավելի ծանր տարրեր ձեռք բերելու դժվարությունները խնդրի միայն մի մասն են: Երբ սինթեզվում են, այնպիսի տարրեր, ինչպիսիք են 109-ը, այնքան արագ են քայքայվում, որ միաձուլումը չի «համապատասխանում» քայքայմանը: Ամենածանր տարրերն այնքան կարճատև են, որ ճառագայթման ավարտին բոլոր ձևավորված ատոմներն արդեն քայքայվել են։ Հետևաբար, այդ ատոմները պետք է հայտնաբերվեն և նույնականացվեն դրանց արտադրության ժամանակ:

Մինչև 106 տարրերի ստացման և գրանցման մեթոդները հիմնված էին հիմնականում առաջացած ատոմները ռեակցիայի գոտուց դետեկտորներ տեղափոխելու մեխանիկական միջոցների վրա։ Ռեակցիայի արտադրանքների ձևավորման և հայտնաբերման միջև փոխադրման ժամանակը որոշվել է գազի հոսքում դրանց փոխանցման արագությամբ, պինդ մակերեսներից դրանց տարածման ժամանակով կամ պտտվող թիրախների արագությամբ: Այս մեթոդները, սակայն, բավարար չէին 106-ից ավելի ծանր տարրեր հայտնաբերելու համար՝ ստիպելով անընդունելի ընտրություն կատարել հայտնաբերման արագության և ճշգրտության միջև, ուստի ավելի շատ արագ մեթոդներ, պարզվեց, որ անհնար է հուսալիորեն բացահայտել նոր իզոտոպները։

Ձևավորված միջուկները դետեկտորներ տեղափոխելու համար մենք ընտրել ենք տեխնիկա, որը հիմնված է հետադարձ արագության օգտագործման վրա, որը ռեակցիայի արտադրանքները ստանում են ծանր իոններից: Երբ ծանր իոնը բախվում է թիրախային ատոմին և միաձուլվում նրա հետ, առաջացած միջուկը շարժվում է իոնի սկզբնական շարժման ուղղությամբ՝ լույսի արագության մոտ մի քանի տոկոս արագությամբ։ Արդյունքում կարող են հայտնաբերվել մինչև 100 ns կիսամյակ ունեցող միջուկներ։

Չնայած հետադարձ միջուկների տեղափոխման տեխնիկան հնարավորություն է տալիս հայտնաբերել և նույնականացնել շատ կարճատև միջուկներ, հայտնաբերման տեխնիկան դառնում է ավելի բարդ: Ոչ միայն առանձին միջուկները, որոնք ձևավորվել են միաձուլման ռեակցիայի ժամանակ, այլ նաև տրիլիոնավոր ծանր իոններ, ինչպես նաև թիրախից դուրս մղված հազարավոր ատոմներ, բարձր արագությամբ հեռանում են ռեակցիայի գոտուց: Գերծանր միջուկները մնացորդային ճառագայթից առանձնացնելու համար մենք կառուցեցինք արագության հատուկ զտիչ՝ «Ծանր-իոնային ռեակցիայի արտադրանքի տարանջատիչ» (SHIP), որը մշակվել է Գիզենի համալսարանի երկրորդ ֆիզիկայի ինստիտուտի մասնագետների հետ համատեղ: Ելնելով միջուկների բախման և միաձուլման կինեմատիկայից՝ միաձուլման արտադրանքների հետադարձ արագությունը կարելի է նախապես հաշվարկել։ Հետևաբար, դրանք կարող են մեկուսացվել համեմատաբար պարզ ձևով:

Արագության ֆիլտրը բաղկացած է երկու փուլից, որոնցից յուրաքանչյուրը ներառում է ինչպես էլեկտրական, այնպես էլ մագնիսական դաշտեր: Այս երկու դաշտերը լիցքավորված մասնիկները շեղում են հակառակ ուղղություններով. միայն որոշակի արագություն ունեցող միջուկի դեպքում դաշտերի ազդեցությունը փոխադարձաբար բացառվում է, և այն շարունակում է շարժվել տեղադրման միջնադարյան հարթությունում: Նման տանդեմի ֆիլտրը նվազեցնում է արագացված իոնների թիվը, որոնք մտնում են հայտնաբերման տարածք 100 միլիարդով, իսկ տապալված թիրախային միջուկների թիվը՝ 1000-ով: Հեռացնելով փնջից գրեթե բոլոր անցանկալի մասնիկները՝ SHIP-ը փոխանցում է ավելի քան 40070 միաձուլման արտադրանք: Սպեկտրոմետրի հետևում տեղակայված դետեկտորները գրանցում են սպեկտրոմետրի միջով անցնող մասնիկների քայքայման շղթաները, ինչը հնարավորություն է տալիս միաձուլման արտադրանքները միանշանակ նույնացնել:

Հայտնաբերող համակարգի առաջին տարրը թռիչքի ժամանակի սարքն է, որը հնարավորություն է տալիս երրորդ անգամ չափել մասնիկների արագությունը (առաջին երկու չափումները հիմնված են արագության ֆիլտրի սկզբունքի վրա): Այս սարքի միջով անցնելուց հետո մասնիկը տեղադրվում է դիրքի նկատմամբ զգայուն սիլիկոնային մակերևութային պատնեշի դետեկտորների մեջ, որոնք գրանցում են դրա էներգիան և հարվածի վայրը։ Քանի որ թռիչքի ժամանակի և էներգիայի համադրությունը հնարավորություն է տալիս մոտավորապես որոշել մասնիկի զանգվածը, հնարավոր է տարբերակել միաձուլման արտադրանքները ցրված իոններից և տապալված թիրախային միջուկներից:

Միջուկի հուսալի նույնականացման համար, այնուամենայնիվ, անհրաժեշտ է կապ հաստատել դրա քայքայման և ռադիոակտիվ դուստր արտադրանքների քայքայման միջև: Նույն միջուկի կողմից առաջացած քայքայման իրադարձությունները պետք է ունենան նույն տարածական կոորդինատները, և դուստր միջուկների տեսակը, էներգիան և կիսամյակը հայտնի են նախորդ չափումներից:

Նման փոխկապակցված քայքայման իրադարձություններ հաստատելով՝ հնարավոր է եզակիորեն նույնականացնել յուրաքանչյուր միաձուլման միջուկը: Թեև պատահական միջուկը, որը գտնվում է հետազոտվող միաձուլման արտադրանքի նույն վայրում, կարող է քայքայվել և առաջացնել տարածականորեն փոխկապակցված ազդանշան, շատ քիչ հավանական է, որ դրա քայքայման էներգիան, կիսամյակի ժամկետը և քայքայման տեսակը համապատասխանեն միաձուլման արտադրանքի համար սպասվողներին: Մենք տեսել ենք այդպիսի քայքայման շղթաներ մինչև չորրորդ սերունդը. հավանականությունը, որ նման փոխկապակցված իրադարձությունների շարքը պատահական են, տատանվում է 10-15-ից մինչև 10-18: Եթե ​​ուսումնասիրված իզոտոպով առաջացած փոխկապակցված իրադարձությունները դիտվում են օրական մեկ անգամ, ապա պատահական իրադարձություններ, որոնք նմանակում են քայքայման իրադարձությունների չորս սերունդը, կարելի է սպասել Երկրի տարիքից 100 անգամ ավելի երկար ժամանակով: Արդյունքում, նույնիսկ մեկ իրադարձություն կարող է միանշանակորեն ցույց տալ տվյալ գերծանր իզոտոպի գոյությունը։

միջեւ 1981 և 1986 թթ մեր գործընկերներ Պ.Հեսբերգերի, Զ.Հոֆմանի, Մ.Լեյնոյի, Վ.Ռայսդորֆի և Կ.-Հ. Շմիդտի, մենք օգտագործեցինք UNILAC, SHIP և դրա հայտնաբերման համակարգը 107 109 տարրերի սինթեզի և նույնականացման համար: Այս փորձերի ընթացքում սինթեզվեցին 104 109 տարրերի 14 իզոտոպներ (որոնցից հինգը հայտնի էին ավելի վաղ), ինչպես նաև ևս երկու իզոտոպ: 107-րդ և 108-րդ տարրերը՝ համապատասխանաբար 261 և 264 զանգվածային թվերով։

1981 թվականին մենք ստացանք 262 զանգվածային թվով 107-րդ տարրի իզոտոպը՝ ռմբակոծելով բիսմութը 209 քրոմ-54 իոններով։ 107-րդ տարրի կենտ-կենտ իզոտոպի համար (որն ունի և՛ պրոտոնների, և՛ նեյտրոնների կենտ թիվ) մենք սահմանել ենք ալֆա մասնիկների էներգիայի հինգ արժեք, որը պատկերացում է տալիս միջուկային էներգիայի մակարդակների մասին. կարող ենք նաև հայտնել, որ այս իզոտոպն ունի իզոմեր (երկարակյաց գրգռված վիճակ):

109-րդ տարրը հայտնաբերվել է 1982 թվականի օգոստոսի 29-ին, ժամը 16:10-ին, երկաթ-58-ի և բիսմուտ-209-ի ռեակցիայի ժամանակ գրանցված մեկ քայքայման շղթայի դիտարկման հիման վրա: 266 109 միջուկը գոյատևել է 5 մվ, մինչև ալֆա մասնիկ արձակել 11,1 ՄէՎ էներգիայով; 107-րդ տարրի առաջացած միջուկը 22 մվ-ում քայքայվել է 105-րդ տարրի մեջ; 105-րդ տարրը քայքայվեց և վերածվեց 104-րդ տարրի, որին հաջորդեց 12.9-ից հետո նրա միջուկի ինքնաբուխ տրոհումը: Այս միայնակ իրադարձությունից հնարավոր եղավ, թեև սահմանափակ ճշգրտությամբ, որոշել քայքայման էներգիան, կես կյանքը և ռեակցիայի խաչմերուկը: Եվս երկու քայքայման շղթա նկատվել է 1988 թվականի սկզբին՝ 100-րդ տարրի նույնականացումից վեց տարի անց: Նրանք հաստատել են 1982 թվականին արձանագրված իրադարձության մեկնաբանությունը։

1984 թ. մենք հայտնաբերել ենք 265 108 իզոտոպի երեք քայքայման շղթաներ երկաթ-58-ի և կապարի-208-ի միջև ռեակցիայում: 107-րդ և 109-րդ տարրերի երկու հայտնաբերված իզոտոպները կենտ-կենտ են, և դրանց տրոհման հավանականությունը մեծապես նվազել է, բայց 108-րդ տարրի իզոտոպն ունի զույգ թվով պրոտոններ և կենտ թվով նեյտրոններ: Թեև կենտ-զույգ իզոտոպները շատ ավելի հավանական են տրոհվելու, 265 108-ը նույնպես ենթարկվում է ալֆա քայքայման:

Հատկապես հետաքրքիր է, որ 107–109 տարրերի իզոտոպներից ոչ մեկն ինքնաբերաբար չի տրոհվում, և բոլոր հավասարաչափ 265 104, 260 106 և 264 108 իզոտոպները մոտավորապես նույն կայունությունն ունեն ինքնաբուխ տրոհման նկատմամբ։

Կայունության մոտավորապես հաստատուն մակարդակը ցույց է տալիս, թե ինչպես են կայունացնող թաղանթի էֆեկտները մրցակցում միջուկային զանգվածի աճով կայունության ընդհանուր անկման հետ:

104-րդ և 105-րդ համարտարր կա միջուկների մի փոքր «կղզի», որոնք, երբ արտանետվում են ալֆա մասնիկներով, քայքայվում են ավելի թեթև տարրերի հայտնի իզոտոպների ձևավորմամբ: Ալֆա քայքայման նման գործողությունները հնարավորություն են տալիս որոշել այս գերծանր տարրերի կապող էներգիան։ Եթե ​​դուստր միջուկի կապակցման էներգիան հայտնի է, ապա յուրաքանչյուր փուլում մայր միջուկի կապակցման էներգիան կարելի է հաշվարկել ալֆա քայքայման էներգիայից։ Եթե ​​վերջնական արդյունքի կապող էներգիան հայտնի է, ապա ալֆա քայքայման ակտերի շղթայի միջոցով կարելի է հասնել շղթայի սկզբնական միջուկի էներգետիկ կապերին։ Քանի որ գրանցվել է 108-րդ և 100-րդ տարրերի քայքայումը (յուրաքանչյուր դեպքում մեկ իրադարձություն) և 106-րդ տարրը (ըստ մի քանի իրադարձությունների), 264 108 260 106 256 104 252 102 շղթան կարող է վերակառուցվել: Այդ կապող էներգիաներն են: 120, 106 և 94 ՄէՎ համապատասխանաբար:

Կապող էներգիայի ծրարի ուղղումը աստիճանաբար աճում է բոլոր իզոտոպների համար՝ ուրան-232-ից մինչև 264 108, որոնք կապված են ալֆա քայքայման գործընթացով. համապատասխան արժեքները 1-2-ից բարձրանում են մինչև 6-7 ՄԵՎ: Իրականում, բոլոր տարրերը՝ ուրանից մինչև տարր 108, ունեն հավասարապես բարձր տրոհման խոչընդոտներ՝ մոտ 6 ՄէՎ: Ի տարբերություն ուրանի, որը դեռևս նույնքան կայուն է, որքան միջուկային կաթիլը, 100-րդ և 108-րդ տարրերի կայունությունն ամբողջությամբ պայմանավորված է նրանց բազմաթիվ մասնիկներով ֆերմիոնային համակարգերի քվանտ-մեխանիկական կառուցվածքով: Վերջին տեսական փաստաթղթերը կանխատեսում են տրոհման խոչընդոտներ, որոնք համահունչ են մեր չափումներին:

Տարրի կյանքի տևողությունը՝ կապված տրոհման հետ, հիմնականում որոշվում է տրոհման պատնեշի բարձրությամբ և լայնությամբ: Կեղևի ուղղումները մեծացնում են 106-րդ և 108-րդ տարրերի կյանքի ժամկետները 15 կարգով: Լոգարիթմական մասշտաբով դիտարկվող կյանքի ժամկետները գտնվում են միջուկային ներքին ժամանակի միջակայքում (մոտ 10–21 վրկ՝ չկապված նուկլեոնային համակարգի քայքայման դեպքում) և Տիեզերքի տարիքից (10 18 վ): Նոր տարրերն անկայուն են միայն մարդկային կյանքի տևողության համեմատությամբ (2 · 10 9 վ): Այս սանդղակի վրա հետևողական լինելու համար կյանքի տևողությունը պետք է մեծանա 12 կարգով: Այնուամենայնիվ, միջուկային ֆիզիկան հիմնված չէ մարդկային ժամանակային սանդղակի վրա:

Հայտնաբերվել է մեր կողմիցԱլֆա-ռադիոակտիվ իզոտոպների «կղզին» դրանց կայունացման անմիջական հետևանքն է՝ խեցիների ազդեցության պատճառով։ Այսպիսով, գնդաձև գերծանր միջուկների կայունացումը 114 տարրի մոտ, որը կանխատեսվել էր 1960-ականների վերջին, սկսվում է սպասվածից շատ ավելի վաղ և աստիճանաբար աճում է։ Կապարի հետևում անկայունության նեղ շրջանում, 83 և 90 տարրերի միջև, թաղանթային ազդեցությունները թուլանում են: Այնուամենայնիվ, 92-րդ և 114-րդ տարրերի միջև ընկած ժամանակահատվածում կեղևի ուղղման արժեքը դանդաղ և միապաղաղ աճում է:

Նույնիսկ գերծանր միջուկների «կղզու» մոտակայքում կայունացումը տեղի է ունենում ֆերմիոնային համակարգերի քվանտային-մեխանիկական կառուցվածքի շնորհիվ, մինչդեռ «մայրցամաքում» միջուկների կայունացումը պայմանավորված է մակրոսկոպիկ հեղուկ կաթիլային հատկություններով: 107 109 տարրերի միջուկները գտնվում են «կղզու» և «մայրցամաքի» միջև ընկած «ամբարտակի» վրա, ուստի նոր իզոտոպները կարող են վերագրվել և՛ «կղզուն», և՛ «մայրցամաքին»։ Ամեն դեպքում, ինչպես գերծանր տարրերը, դրանք նկատվել են միայն իրենց հիմնական վիճակների կեղևի կայունացման շնորհիվ:

Կեղևի շտկման վերջին տեսական կանխատեսումներից մինչև կապող էներգիաները հետևում է, որ 106 և 126 տարրերի միջև պետք է լինի մոտ 400 գերծանր միջուկներից բաղկացած տարածք՝ 4 ՄէՎ-ից բարձր տրոհման խոչընդոտներով: Այս բոլոր իզոտոպները պետք է ունենան 1 մկվ-ից ավելի կիսամյակ. եթե դրանք կարող են սինթեզվել, ապա դրանք կարելի է հայտնաբերել՝ օգտագործելով գոյություն ունեցող մեթոդները: Հատկապես կայուն շրջաններ են ենթադրվում 273 109 և 291 115 իզոտոպների մոտ: Երբ նեյտրոնների թիվը մոտ 166 է, հիմնական վիճակի դեֆորմացիան փոխվում է: Ավելի քիչ նեյտրոններով իզոտոպները դեֆորմացվում են, իսկ ավելի ծանր իզոտոպները գնդաձև են։

ընթացքումՎերջին 20 տարիների ընթացքում կայունության սպասվող կենտրոնի մոտ՝ 298 114 միջուկի մոտ իզոտոպներ ձեռք բերելու բոլոր փորձերը անհաջող են եղել: Հնարավոր չէր գրանցել այս գերծանր իզոտոպները ոչ միաձուլման ռեակցիաներում, ոչ էլ ծանր իոնների հետ կապված այլ ռեակցիաներում: Այնուամենայնիվ, ի լրումն կայուն միջուկային կաթիլների, կճեպով կայունացված նուկլեոնային համակարգերի գոյության հնարավորության հիմնական գաղափարը հաստատվել է վերը նկարագրված փորձերով: Տեսականորեն մնում են բոլոր հիմքերը՝ հավատալու ավելի ծանր տարրերի էքստրապոլյացիային:

Հիմա մի հետաքրքիր հարց է առաջանում՝ ի՞նչն է ի վերջո խանգարում այդ «փխրուն» օբյեկտների ստեղծմանը։ Մի քանի կարևոր պարզաբանումներ են ձեռք բերվել միաձուլման ռեակցիաների մեր ինտենսիվ հետազոտության ընթացքում: Ռումբերով կայունացված միջուկը, որը գնդաձև է հիմնական վիճակում, կարող է ոչնչացվել նույնիսկ 15 ​​ՄէՎ-ից ցածր գրգռման էներգիայի դեպքում, դա փորձնականորեն ցույց է տվել Կ.-Հ. Շմիդտը դեռևս 1979 թվականին, մինչդեռ դեֆորմացված միջուկները կարող են պահպանվել մինչև 40 ՄէՎ գրգռման էներգիայի դեպքում: Նույնիսկ կալցիում-48-ի և կուրիում-248-ի (առկա ամենահարմար ռեակցիան) միջև ռեակցիայի մեջ գրգռման էներգիան մոտ 30 ՄէՎ է: Այստեղից հետևում է, որ գերծանր տարրեր հնարավոր է ստանալ միայն դեֆորմացված միջուկներով։ Սակայն մինչ այժմ նման փորձերը հաջող են եղել միայն 110-ից փոքր ատոմային թվերով տարրերի համար։

Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, երկու միջուկների միաձուլումը, որը հանգեցնում է գերծանր միջուկի ձևավորմանը, ի սկզբանե բարդանում է միաձուլման պատնեշը հաղթահարելու անհրաժեշտությամբ: Տվյալ արտադրանքի միջուկի համար այս արգելքը նվազագույն է, երբ ամենածանր թիրախները ռմբակոծվում են հնարավորինս թեթև իոններով: Չնայած այս առավելությանը, այս ամենաասիմետրիկ համադրությունը ունի արտադրանքի միջուկի առավելագույն տաքացման թերություն, ինչը հանգեցնում է տրոհման բարձր կորուստների դեգրգռման ժամանակ: Որքան քիչ ասիմետրիկ է համակցությունը, այնքան ավելի քիչ կորուստսառեցման փուլում: Լավագույն փոխզիջումը վերջնական փուլում ցածր կորուստների և սկզբնական փուլում ձևավորման մեծ հավանականության միջև կապարի մոտ գտնվող թիրախային միջուկների հետ ավելի սիմետրիկ համակցություններն են:

Կապարի և բիսմութի օգտագործումը որպես թիրախներ կրկնակի օգուտ է բերում այդ միջուկների թաղանթային էֆեկտից. եւ տրոհման հետեւանքով կորուստների համապատասխան նվազում։ Բացի այդ, միաձուլման պատնեշը հաղթահարելու հավանականությունը մեծանում է, եթե ռեակցիայում օգտագործվում են գնդաձև, ուժեղ զուգակցված և համեմատաբար կոշտ միջուկներ։ Այստեղ կրկին ուժեղ կեղևային էֆեկտները դրսևորվում են կապարի մեջ, բայց այս անգամ գործընթացի դինամիկայի մեջ։

Այժմ մենք սկսում ենք հասկանալ, թե ինչու շատ դժվար կլինի ստանալ նույնիսկ ավելի ծանր տարրեր: Միայն կեղևի ուղղումների համակցությունը միաձուլման գործընկերների հետ փակ պատյաններով, թաղանթի էֆեկտները դինամիկայի մեջ և հուզված դեֆորմացված գերծանր միջուկների կայունության բարձրացումը թույլ տվեց մեզ սինթեզել ամենաթեթև գերծանր տարրերի մի քանի իզոտոպներ: Մենք ստիպված եղանք տարածել կեղևով կայունացված միջուկների գոյության սկզբնական հարցը ռեակցիայի բոլոր փուլերում թաղանթների ուղղումների ազդեցության վրա: Հատկապես կարևոր է այս բարդ և «փխրուն» օբյեկտները ստեղծելիս նախապես գոյություն ունեցող կարգը ներառել միաձուլման գործընթացում՝ խուսափելով ավելորդ խառնաշփոթից:

Ինչպե՞ս եք ստանում հետևյալ գերծանրքաշ իրերը: 110-րդ և 111-րդ տարրերի համար հնարավոր կլինի կիրառել մեր կողմից մշակված մեթոդները նիկել-62-ի և կապարի-208-ի կամ բիսմուտ-209-ի միջև ռեակցիաներում: Եթե ​​ձևավորվեն միայն այս տարրերը, ապա դրանց հայտնաբերումը կպահանջի ոչ այնքան սկզբունքորեն նոր գիտելիքներ, որքան հարստացված իզոտոպի պահանջների բավարարում և համբերություն, որպեսզի սովորենք, թե ինչպես օգտագործել մեր սարքավորումները և մի քանի ամիս անցկացնել փորձեր:

Աշխատանքներն իրականացվել են միջուկային ռեակցիաների լաբորատորիայում (FLNR) անունով Գ.Ն. Ֆլերովը հաջողությամբ Դուբնայի միջուկային հետազոտությունների միացյալ ինստիտուտում (JINR): Դուբնայի 112-116 և 118 տարրերում սինթեզված 117-րդ և ավելի վաղ հատկությունները ուղղակի վկայում են գերծանր տարրերի այսպես կոչված «կայունության կղզու» գոյության մասին, որը կանխատեսվել է տեսաբանների կողմից դեռևս անցյալ դարի 60-ական թվականներին և զգալիորեն ընդլայնվելով: պարբերական աղյուսակի սահմանները. Եզակի փորձի մասին «Իզվեստիա»-ի խմբագրությանը հայտնել էր FLNR-ի ղեկավար ակադեմիկոս Յուրի Օգանեսյանը դեռ մարտին, սակայն այն հրապարակելու թույլտվություն տվել է միայն հիմա։ Բացահայտման հեղինակ ակադեմիկոս Յուրի Օգանեսյանը դիտորդ Պյոտր Օբրազցովին պատմել է փորձի էության մասին.

Իզվեստիա. Ի՞նչն է առաջացրել գիտնականների հետաքրքրությունը գերծանր տարրերի սինթեզի նկատմամբ, որոնք գոյություն ունեն աննշան ժամանակ:

Յուրի Օգանեսյան. 1940-1941 թվականներին առաջին արհեստական ​​տարրերի՝ նեպտունիումի և պլուտոնիումի հայտնաբերումից հետո, տարրերի գոյության սահմանների հարցը չափազանց հետաքրքիր դարձավ նյութի կառուցվածքի հիմնարար գիտության համար։ Անցյալ դարի վերջին հայտնաբերվեց 17 արհեստական ​​տարր, և պարզվեց, որ դրանց միջուկային կայունությունը կտրուկ նվազում է ատոմային թվի աճի հետ մեկտեղ։ 92-րդ տարրից՝ ուրանից դեպի 102-րդ տարր՝ նոբելիում անցնելիս, միջուկի կիսամյակը նվազում է 16 կարգով մեծության՝ 4,5 միլիարդ տարուց մինչև մի քանի վայրկյան։ Հետևաբար, համարվում էր, որ նույնիսկ ավելի ծանր տարրերի տարածք առաջխաղացումը կհանգեցնի նրանց գոյության սահմանին, ըստ էության, կնշանակեր նյութական աշխարհի գոյության սահմանը: Այնուամենայնիվ, 60-ականների կեսերին տեսաբանները անսպասելիորեն վարկած են առաջ քաշում գերծանր ատոմային միջուկների հնարավոր գոյության մասին։ Ըստ հաշվարկների՝ 110-120 ատոմային թվերով միջուկների կյանքի տևողությունը պետք է զգալիորեն ավելանար, քանի որ դրանցում նեյտրոնների թիվը մեծանում էր։ Ըստ նոր հայեցակարգերի՝ դրանք կազմում են գերծանր տարրերի ընդարձակ «կայունության կղզի», որը զգալիորեն ընդլայնում է տարրերի աղյուսակի սահմանները։
և. Հնարավո՞ր էր դա հաստատել փորձարարական եղանակով:

Օգանեսյան.- 1975-1996 թվականներին Դուբնայից, Դարմշտադից (GSI, Գերմանիա), Տոկիոյից (RIKEN) և Բերքլիից (LBNL, ԱՄՆ) ֆիզիկոսներին հաջողվել է ուսումնասիրել այս ռեակցիաները և սինթեզել վեց նոր տարրեր։ 109-112 ամենածանր տարրերն առաջին անգամ արտադրվել են GSI-ում և կրկնվել RIKEN-ում: Բայց այս ռեակցիաների ժամանակ առաջացած ամենածանր միջուկների կես կյանքը եղել է վայրկյանի տասը հազարերորդ կամ նույնիսկ հազարերորդական: Գերծանր տարրերի գոյության վարկածն առաջին անգամ փորձնականորեն հաստատվել է Դուբնայում՝ մեր խմբի կողմից Ազգային լաբորատորիայի գիտնականների հետ համատեղ իրականացված ուսումնասիրություններում: Լոուրենսը Լիվերմորում (ԱՄՆ). Մեզ հաջողվեց արմատապես փոխել մոտեցումը գերծանր միջուկների սինթեզի նկատմամբ, օրինակ՝ ռմբակոծելով բերկելիումի արհեստական ​​տարրից (N 97) թիրախը չափազանց հազվագյուտ և թանկարժեք կալցիումի իզոտոպից պատրաստված արկի ճառագայթով (N 20): ) 48 զանգվածով։ Միջուկային միաձուլումից առաջանում է N 117 տարրը (97 + 20 = 117)։ Արդյունքները գերազանցեցին անգամ ամենալավատեսական սպասումները։ 2000-2004 թվականներին, գործնականում հինգ տարվա ընթացքում, հենց նման ռեակցիաների ժամանակ առաջին անգամ սինթեզվեցին 114, 116 և 118 ատոմային համարներով գերծանր տարրերը։

և. Ինչպիսի՞ գիտական ​​ներդրում են կատարել ամերիկացի գիտնականները:

Օգանեսյան.- Կալցիումի ճառագայթով միջուկային ռեակցիայի ժամանակ 117-րդ տարրը կարելի է ստանալ միայն արհեստական ​​տարրից՝ բերկելիումից պատրաստված թիրախի միջոցով։ Այս իզոտոպի կիսատ կյանքը ընդամենը 320 օր է։ Կարճ ժամկետի պատճառով բերկելիումի արտադրությունը անհրաժեշտ քանակությամբ (20-30 միլիգրամ) պետք է իրականացվի շատ ռեակտորում. բարձր խտությաննեյտրոնային հոսք: Միայն Օք Ռիջում գտնվող ԱՄՆ ազգային լաբորատորիայի իզոտոպային ռեակտորը կարող է հաղթահարել նման խնդիր: Ի դեպ, հենց այս լաբորատորիայում է առաջին անգամ արտադրվել ամերիկյան ատոմային ռումբի համար նախատեսված պլուտոնիումը։ Քանի որ բերկելիումի արտադրության պահից 320 օրվա ընթացքում դրա քանակը կիսով չափ նվազում է, անհրաժեշտ էր ամբողջ աշխատանքը կատարել բարձր տեմպերով։ Եվ ոչ միայն լաբորատորիաներում, այլ նաև Ռուսաստանի և Միացյալ Նահանգների պաշտոնական կառույցներում, որոնք կապված են արտասովոր նյութերի սերտիֆիկացման, բարձր ռադիոակտիվ արտադրանքի ցամաքային և օդային փոխադրման, անվտանգության տեխնոլոգիաների և այլնի հետ:

և. Արկածային պատմության արժանի: Ինչ եղավ հետո?

Օգանեսյան.- 2009 թվականի հունիսի սկզբին կոնտեյները հասավ Մոսկվա։ Այս նյութից ատոմային ռեակտորների գիտահետազոտական ​​ինստիտուտում (Դիմիտրովգրադ) պատրաստվել է թիրախ՝ բերկելիումի ամենաբարակ շերտի (300 նանոմետր) տեսքով, որը դրված է բարակ տիտանի փայլաթիթեղի վրա։ հուլիսին թիրախը հասցվել է Դուբնա։ Այս պահին FLNR-ում բոլոր նախապատրաստական ​​աշխատանքները ավարտված էին, և սկսվեց թիրախի շարունակական ճառագայթումը ինտենսիվ կալցիումի ճառագայթով: Արդեն 70 օր տևած թիրախի առաջին ճառագայթման ժամանակ մեր բախտը բերեց. դետեկտորները հինգ անգամ արձանագրեցին 117-րդ տարրի միջուկների ձևավորման և քայքայման պատկերը։ Ինչպես և սպասվում էր, այս տարրի միջուկները վերափոխվեցին 115-րդ տարրի միջուկների, 115-րդ տարրը վերածվեցին 113-րդի, իսկ հետո 113-րդ տարրը անցավ 111-րդ: Իսկ 111-րդ տարրը քայքայվել է 26 վայրկյան կիսամյակի ժամանակով: Միջուկային մասշտաբով սա հսկայական ժամանակ է: Այժմ պարբերական աղյուսակը համալրվել է 117 ատոմային համարով ամենածանր տարրերից մեկով։

և. Մեր ընթերցողներին բնականաբար կհետաքրքրի, թե ինչ գործնական կիրառություն կարող է ունենալ ձեր հայտնագործությունը:

Օգանեսյան.- Հիմա, իհարկե, ոչ մեկը, քանի որ N 117 տարրի ընդամենը մի քանի ատոմ է ստացվել, հիմնարար տեսակետից մեր աշխարհի մասին պատկերացումներն այժմ պետք է կտրուկ փոխվեն։ Ավելին, եթե սինթեզվեն հսկայական կիսամյակ ունեցող տարրեր, ապա հնարավոր է, որ դրանք գոյություն ունեն բնության մեջ և կարող են «գոյատեւել» մինչև մեր ժամանակները Երկրի ձևավորման պահից՝ 4,5 միլիարդ տարի։ Եվ մենք փորձարկումներ ենք անում դրանք գտնելու համար, մեր տեղադրումը գտնվում է Ալպյան լեռների խորքերում։

և՝ Հարց այլ հարթությունից։ Ի՞նչ եք կարծում, ինչո՞ւ միջուկային ֆիզիկայի ակնհայտ առաջընթացները վերջին 20 տարիների ընթացքում չեն արժանացել Նոբելյան մրցանակների:

Օգանեսյան.- Ֆիզիկան հիանալի է: Ըստ երևույթին, այս գիտության այլ ոլորտներն ավելի հետաքրքիր են Նոբելյան կոմիտեի անդամների համար։ Իսկ արժանավոր գիտնականները իսկապես շատ են։ Ի դեպ, մեր փորձի մասնակիցների անունները պետք է նշեմ. Ազգային լաբորատորիա Օք Ռիջում (պրոֆ. Ջեյմս Ռոբերտո), Համալսարան։ Վանդերբիլտ (պրոֆ. Ջոզեֆ Համիլթոն), Ազգային լաբորատորիա. Լոուրենսը Լիվերմորում (Dawn Shaughnessy), Ատոմային ռեակտորների գիտահետազոտական ​​ինստիտուտ, Դիմիտրովգրադ (Միխայիլ Ռյաբինին) և JINR միջուկային ռեակցիաների լաբորատորիա (ղեկավար՝ Յուրի Օգանեսյան):

Խմբագրից։ Ժամանակավորապես թիվ 117 տարրը լատիներեն կկոչվի «մեկ-մեկ-յոթ», այսինքն՝ ununseptium։ Ակադեմիկոս Յուրի Օգանեսյանի՝ հայտնագործության հեղինակների խումբը, իրավասու է իրական անուն տալ այս տարրին, ինչպես նաև նրանց կողմից հայտնաբերված 114-116 և 118 տարրերին։Մարտի 26-ի «շաբաթում». , ընթերցողներին հրավիրեցինք ներկայացնելու իրենց առաջարկները «մեր» տարրերի անվանման վերաբերյալ։ Առայժմ այս տարրերից մեկի համար միայն «kurchatovy» է թվում ողջամիտ: Մրցույթը շարունակվում է։