Читать книгу Элементы жизни - Наталия Теряева - Страница 11

В ядре 104-го элемента – число протонов и число нейтронов четные. Вероятность спонтанного деления ядер с четным количеством и протонов, и нейтронов очень велика. Зато почти все изотопы, которые могут образоваться во время синтеза, подвержены не спонтанному делению, а альфа-распаду. Поэтому присутствие в толпе ядер продуктов спонтанного деления атомов 104-го элемента и есть доказательство синтеза именно 104-го элемента [7].

Нужен детектор, который реагирует на осколки спонтанного деления и не замечает остальные частицы. Такой детектор сделали из стекла и слюды. Легкие частицы и тяжелые частицы с малой энергией на их поверхности не оставляли следов. А вот продукты спонтанного деления прорезали на стекле и слюде целые каналы.

Каналы травили кислотой и изучали под микроскопом, определяя энергию пробуривших их частиц. Искали оптимальную энергию ускоренных частиц, которыми били по неподвижной мишени. Оптимальная – та, которая дает максимальный выход ядер элемента №104 в эксперименте синтеза.

Больше всего ядер 104-го производила бомбардировка мишени из плутония ядрами неона-22 с энергией около 115 МэВ. За 6 часов облучения получался один эпизод спонтанного деления.

Летом 1964 года состоялся заключительный эксперимент длительностью около 1000 часов. Добыто 150 ядер элемента №104.

Однако самое сложное было впереди. Нужно было доказать, что эти 150 ядер действительно принадлежат новому элементу №104, а не какому-то другому, уже известному. А метода идентификации химического элемента за десятые доли секунды тогда еще никто не придумал.

Вернее, такой метод уже был создан в Дубне. Над ним начали работать в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований еще в 1960 году – за четыре года до начала синтеза «номера сто четыре».

Ключом к новому методу ультраэкспресс химической идентификации стала идея о том, что 104-й элемент должен быть аналогом гафния и поэтому обладать аналогичными гафнию химическими свойствами.

Эта идея была основана на актиноидной теории американского химика и физика Гленна Сиборга. Он утверждал, что элемент №103 – последний актиноид.

Поскольку все актиноиды находятся в третьей группе, элемент №104, не будучи актиноидом, должен был попасть в следующую —четвертую группу таблицы Менделеева – и стать в горизонтали сразу за актинием, как гафний за лантаном – «вождем» лантаноидов.

Значит, получив новый элемент, надо было проверить, ведет ли он себя, как гафний. Если да, то это и есть «номер сто четыре».

В 1960 г., когда физики Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ готовились к синтезу 104-го под руководством Флерова, сам Флеров и поручил молодому чехословацкому химику Иво Зваре разработать ультраэкспрессный метод химической идентификации ожидаемого элемента.

Метод был основан на том, что хлориды элементов III и IV групп имеют разные свойства. Хлориды элементов III группы, в том числе лантаноидов, остаются твердыми при нагревании до температуры около 250° C. А хлориды гафния (элемента IV группы) и его аналогов при такой температуре переходят в газообразное состояние. Получается, при 250° C разделить хлориды элементов III и IV групп технически возможно. Оставалось изобрести подходящую конструкцию, чтобы сразу после разделения смеси отвести хлорид гафния к месту анализа. Тогда идентификацию элемента, хлорид которого поступал на анализ, можно было бы провести за доли секунды.

На разработку ультраэкспрессного метода газовой хроматографии и создание прибора для этого технологического процесса ушло три года. Химикам удалось всего за четыре десятые доли секунды «схватить» прямо у мишени атомы гафния, образовавшиеся в результате ее бомбардировки, увлечь их высокоскоростным газовым потоком, прямо в потоке превратить гафний в хлорид гафния и довести летучий хлорид до детектора, который «опознает» в хлориде именно гафний.

Четырех десятых долей секунды должно было хватить, чтобы опознать изотоп 104-го элемента ²⁶⁰104. Этот изотоп имеет период полураспада как раз порядка нескольких десятых долей секунды – то есть за несколько десятых долей секунды количество ядер 104-го элемента уменьшается вдвое.

К началу 1965 г. физики Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ научились получать ядра 104-го элемента в количестве нескольких десятков – этого количества вполне хватало для ультраэкспрессного метода Иво Звары. Физики рассуждали так: если 104-й элемент аналогичен по своим химическим свойствам гафнию, то тетрахлорид 104-го элемента должен быть тоже летучим и должен успеть за время жизни ядра 104-го долететь по газовому тракту до детектора, который его распознает и зафиксирует его осколки. А если 104-й не похож на гафний, то детектор не зарегистрирует ничего.

Химики Лаборатории ядерных реакций в четырнадцати экспериментах на циклотроне зарегистрировали всего четыре осколка спонтанного деления ядер 104-го – в двадцать раз меньше, чем ожидали. Увеличили температуру хлорида до 350° C, и в новой серии экспериментов зарегистрировали еще восемь атомов элемента №104. Последний эксперимент был завершен 26 марта 1966 года.

Вот так химики Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований подтвердили, что их коллеги-физики открыли в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ именно 104-й элемент таблицы Менделеева. Одновременно химики получили другой важный результат: элемент №104 является аналогом гафния и входит в IV группу таблицы химических элементов Менделеева.

Создатели элемента №104 предложили назвать его курчатовием – в честь выдающегося советского физика Игоря Васильевича Курчатова. Ученый совет Объединенного института ядерных исследований единогласно поддержал это предложение. И в таблице Менделеева на стенах школьных кабинетов химии на протяжении тридцати лет под номером 104 значился химический элемент курчатовий – Ku.

Советские школьники даже не догадывались, что приоритет открытия 104-го элемента в Дубне, в ОИЯИ, был оспорен американскими учеными.

Американцы поставили под сомнение факт получения в Дубне изотопа ²⁶⁰104 на том основании, что по их теоретическим расчетам его период полураспада должен составлять микросекунды, а в Дубне этот изотоп жил целых 0,1 секунды, то есть в сто раз дольше.

На конференции по трансурановым элементам в Хьюстоне в 1969 году американский физик и химик Альберт Гиорсо объявил: «На прошлой неделе мы облучили мишень из кюрия ионами кислорода… в надежде найти спонтанно делящуюся активность, которая могла бы быть обусловлена распадом ²⁶⁰104, если бы он имел период полураспада более короткий, чем 0,1 секунды (100 мс). Мы зарегистрировали активность с периодом полураспада между 10 и 30 мс, но мы еще не идентифицировали ее. Конечно, она могла быть обусловлена ²⁶⁰104, хотя кажется, что такой период полураспада слишком длинный. Нам кажется более вероятным, что период полураспада ²⁶⁰104 находится в микросекундиой области».

За этим устным выступлением никаких научных сообщений об исследовании изотопа ²⁶⁰104 от группы Гиорсо не последовало. Нигде больше не упоминалось и о наблюдавшейся 30-миллисекундной активности полученного группой Гиорсо изотопа²⁶⁰104. Однако в устных сообщениях и в обзорных статьях Сиборг и Гиорсо подвергали сомнению правильность результатов ученых из ОИЯИ и назвали элемент №104 по-своему – резерфордием.

Поэтому в Дубне провели новые эксперименты, где был еще раз химически идентифицирован элемент №104. О них сообщил научный журнал «Радиохимия» в своем первом выпуске 1972 года. В Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ получили и исследовали изотопом ²⁵⁹Ku, который живет не доли секунды, а целые секунды.

Для новых экспериментов создали новую методику химической идентификации элемента. Она позволяла отфильтровывать и атомы более легких, чем курчатовий, трансурановых элементов, и его короткоживущий изотоп ²⁶⁰Ku.

Новые эксперименты в Дубне еще раз подтвердили аналогию химических свойств курчатовия и гафния. Их результаты не оставили сомнений в том, что именно в Дубне, а не в Беркли был впервые синтезирован элемент №104.

Несмотря на эти убедительные доказательства, после распада СССР, в 1997 году, съезд Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК – IUPAC) окончательно присвоил элементу №104 название «резерфордий».