28 мая 2006 года в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне завершен эксперимент по химической идентификации цепочек распада новых сверхтяжелых элементов в реакции Ca-48 + Pu-242, сообщает пресс-релиз ОИЯИ. Ранее, в 2004, в ОИЯИ впервые была проведена химическая идентификация элементов 115 и 113 по конечному продукту распада элементу Дубнию -105 Результаты химических экспериментов являются независимым подтверждением выполненных ранее в ОИЯИ «физических» экспериментов.. Таким образом однозначно установлено открытие новых самых тяжелых элементов Периодической таблицы Менделеева с атомными номерами 112, 113, 114, 115 и 116.
Открытие в 1940-41гг. первых искусственных элементов - нептуния и плутония - явилось началом нового направления ядерной физики и химии по исследованию свойств трансурановых элементов и их применению во многих областях науки и техники. С тех пор вопрос о существовании верхней границы таблицы элементов Д.И.Менделеева представляет большой интерес для фундаментальной науки о строении материи и ее превращениях. Подобные исследования проводятся во многих крупных научных центрах Германии, США, Японии, Франции и в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.
В результате многолетней и интенсивной работы физиками-ядерщиками были синтезированы 20 новых элементов вплоть до 112-го. Было обнаружено, что с увеличением атомного номера элемента его время жизни резко падает. Так, если уран, имеющий атомный номер 92, живет около 1 млрд. лет, то 112-й элемент - только 0.00002 с.
Однако в середине 60-х годов теоретиками была выдвинута гипотеза о возможном существовании очень тяжелых долгоживущих атомных ядер, принадлежащих так называемым «островам стабильности» ранее неизвестных сверхтяжелых элементов.
Эта гипотеза впервые получила экспериментальное подтверждение в Дубне, в исследованиях, проводимых группой акад. Ю.Ц.Оганесяна в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова совместно с группой из Ливерморской национальной лаборатории (США). Были синтезированы 112, 113, 114, 115-ый и 116-ый элементы и показано, что они живут в десятки и сотни тысячи раз дольше, чем их более легкие предшественники.
Синтез всех новых нуклидов был осуществлён физическими методами. Тонкие мишенные слои из высокообогащённых изотопов актиноидов облучались пучком 48Са с заданной энергией. Идентификация нуклидов была основана на свойствах их радиоактивного распада и механизма реакции. Было зарегистрировано около сотни цепочек распада новых элементов. При этом синтезируемые нуклиды не только сами являлись новыми, но и распадались в ранее неизвестные изотопы более легких трансактиноидов.
Вместе с тем, определение химическим методом атомного номера какого либо из изотопов в наблюдаемых цепочках распада, не только позволило бы надёжно идентифицировать атомные номера всех ядер в цепочке, но явилось бы независимым подтверждением открытия нового элемента (элементов).
Впервые такой эксперимент был осуществлен химиками ОИЯИ (Дубна) под руководством профессора С.Н. Дмитриева в 2004 совместно с химиками из Пауль Шерер Института (Швейцария, под руководством профессора Х. Геггелер) и Ливерморской национальной лаборатории (США, руководитель - доктор К. Муди). Была проведена химическая идентификация элементов 115 и 113 по конечному продукту их распада элементу Дубнию – 105, время жизни которого составляло около 30 ч.
Более сложный эксперимент был проведен в ОИЯИ в мае с.г. дубненскими и швейцарскими химиками. Задача состояла в химической идентификации элементов 116 и 114, получаемых в реакции ускоренных ионов Са-48 с мишенями из искусственных элементов кюрия-245 и плутония-242, нарабатываемых в мощном реакторе (НИИАР г. Димитровград) и обогащенных на сепараторе (ВНИИЭФ, г. Саров). В реакции слияния ускоренных ядер кальция с ядрами кюрия и плутония образуются сверхтяжелые элементы с атомными номерами 116 и 114 соответственно. Они испытывают альфа распад (испускают самопроизвольно ядра гелия) и переходят в дочернее ядро на два атомных номера меньше материнского. После подобного превращения 114-ый элемент переходит в 112-ый, масса которого согласно ранее полученным данным, равна 283 и период полураспада составляет около 4 секунд (в ядерном масштабе – гигантское время).
Согласно Периодическому закону Д.И. Менделеева, 112-ый элемент является химическим гомологом ртути и, как было теоретически предсказано, подобно ртути должен обладать высокой летучестью даже при комнатной температуре. Более того, подобно ртути, 112 элемент может образовывать устойчивые интерметаллические соединения с золотом (другими словами адсорбироваться на поверхности золота). Для ртути это соединение широко известно – как “амальгама ртути”. Именно по этому уникальному признаку была проведена химическая идентификация нового элемента. Исследуемый изотоп также является альфа-радиоактивным, он испускает альфа частицу с энергией 9.5 МэВ и переходит в изотоп элемента 110 с массой 279, который живет около 0,5 с и испытывает спонтанное деление на две части примерно равной массы. Перед экспериментаторами стояла задача получения изотопа 112 элемента с массой 283, отделения его от других многочисленных продуктов реакции, переноса его из зоны реакции к детекторам и регистрации соответственно альфа распада и последующего за ним спонтанного деления. Все процедуры вместе должны были занимать не более 4 с.
Эксперимент был проведен в период с 5 по 28 мая этого года на ускорителе тяжелых ионов Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова в Дубне.
Мишень из Pu-242 облучалась ускоренными почти до 1/10 скорости света ионами Са-48. Образующийся в реакции изотоп 114 элемента с массой 287 «вылетал» из мишени и останавливался в камере, заполненной смесью гелия и аргона при атмосферном давлении. Через 0,5 секунды изотоп испытывал альфа распад и превращался в изотоп элемента 112 с массой 283. Изотоп 112 элемента газовой струей по 1.5 мм капилляру переносился на расстояние 10 метров в криогенную камеру с 32 детекторами, поверхность которых была покрыта золотом. В течение опыта были зарегистрированы распады двух ядер, полностью соответствующих по своим свойствам распаду изотопа элемента 112 с массовым числом 283. В системе сбора данных они были зафиксированы 11 мая 2006 года в 02:40:50 и 25 мая 2006 года в 08:37:11 (время московское). В обоих случаях ядра элемента 112 после испускания альфа-частицы с энергией 9,5 млн. эВ превращались в ядра изотопа элемента 110 с массовым числом 279, которые спустя примерно 0,5 с спонтанно делились на два осколка. Зарегистрированные энергии осколков были существенно выше хорошо известных энергий осколков при делении урана с массой 235, которое происходит в ядерных реакторах. Распады ядер 112-ого элемента наблюдались именно на тех детекторах, где осаждалась ртуть.
Результаты эксперимента по химической идентификации 112 элемента являются одновременно независимым подтверждением синтеза более тяжёлых элементов Периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомными номерами 114 и 116.