Южный федеральный университет | Пресс-центр: Есть ли ещё неоткрытые химические элементы на Земле и во Вселенной, рассказал эксперт ЮФУ
26 декабря 1898 года во Французской академии наук супругами Пьером и Марией Кюри был сделан доклад, в котором они объявили о теоретическом открытии двух новых радиоактивных элементов – радия и полония. Учёные и сегодня продолжают получать новые химические элементы путём ядерного синтеза.
В середине XIX века, когда Дмитрий Менделеев опубликовал свою версию периодической таблицы в журнале Русского химического общества, было открыто всего 63 химических элемента, но под все элементы, открытые позже, в таблице было уготовано место, поскольку Менделеев не столько систематизировал, сколько объяснил закономерности — горизонтальной, вертикальной и диагональной интерполяции свойств элементов. Немецкий учёный, академик Лотар Кольдиц писал, что предсказание ещё неизвестных элементов, их свойств и соединений является исключительно заслугой Дмитрия Ивановича Менделеева.
Сегодня химических элементов в периодической таблице уже 118 — в природе встречаются 92 из них, остальные были получены искусственно — они неустойчивы и имеют короткие периоды существования.
Доцент кафедры аналитической химии Химического факультета ЮФУ Александр Тягливый рассказал, что такие открытия носят в основном фундаментальный интерес — получение новых химических элементов позволяет перепроверить, расширить, усовершенствовать гипотезы и принципы, описывающие физические явления на субатомном уровне.
«Между элементами, располагающимися рядом в таблице Д. И. Менделеева наблюдается схожесть в свойствах веществ, образованных ими, так в периодическом законе рассматриваются закономерности изменения свойств как по периоду, так и по подгруппе. Но если мы говорим о последних открытых элементах, то их характеризуют в основном сугубо на основании теоретических расчетов, так как они не стабильны и их периоды жизни очень короткие»
Последний природный химический элемент периодической таблицы — это уран, атомный номер которого 92. Каждый последующий элемент в таблице Менделеева имеет большую массу, чем предыдущий, и с увеличением числа протонов в ядре ядерным силам сложнее противостоять электростатическому отталкиванию. Поэтому мы и наблюдаем естественный процесс ― радиоактивный распад.
Радиогенные металлы встречаются и в природе, но только как промежуточные продукты распада урана или тория. Например, общее содержание франция в земной коре на всей планете оценивается примерно в 340 граммов — его изотоп существует около получаса и продолжает распад, а залежи урана-235 «рождают» новый франций, то есть его ядерный синтез проводит сама природа.
Последние шесть элементов седьмого периода таблицы Менделеева — 113, 114, 115, 116, 117, 118 — были синтезированы в России: в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне (ОИЯИ) на ускорительном комплексе У-400 в лаборатории ядерных реакций имени Георгия Флерова.
Последний из открытых 118-й элемент в 2016 году получил название оганесон (Og) в честь российского ученого Юрия Оганесяна, внесшего вклад в исследования сверхтяжелых элементов. После оганесона, на котором сейчас заканчивается периодическая таблица, должен идти элемент № 119, повторяющий в какой-то степени, в том числе по конфигурации электронов, щелочные металлы. При этом он сам, будучи короткоживущим (речь идет о микросекундах), не будет щелочным металлом. Однако, по словам Александра Тягливого, более устойчивыми могут оказаться элементы следующего периода.
«Существует гипотеза, что есть участки стабильности и нестабильности ядер, которые чередуются в зависимости от массы ядра и его заряда. На текущий момент мы знаем все стабильные изотопы, а тяжелые изотопы открываются всё более нестабильными. Однако, возможно, начиная с определенного соотношения появится следующий интервал стабильности и будут получены устойчивые сверхтяжелые химические элементы. В теории такие существовать могут»
А уже полученные сверхтяжелые металлы, которые на Земле «живут» микросекунды могут оказаться устойчивыми в естественной среде на других планетах других галактик. Также на других планетах могут быть химические элементы, не встречающиеся на Земле — например, частицы, устроенные аналогично атомам, но из более тяжёлых аналогов электронов. Теоретически также возможны частицы противоположные атомам — с отрицательно заряженным ядром и положительно заряженными аналогами электронов, но в объяснении их природы пока есть ряд противоречий.
«В случае протонов в ядре их удерживают ядерные силы, которые компенсируют электростатическое отталкивание, а в случае электронов их быть не должно. С другой стороны, есть аналоги электронов — мюоны, которые тоже отрицательно заряжены. Вселенная огромна и число возможных событий в ней велико, поэтому я не берусь утверждать, что чего-то не может быть, но наше представление о мире пока может описать не все варианты»
Учёные ЮФУ не проводят ядерный синтез и не получают новые элементы, но несколько научных подразделений ЮФУ — Химический факультет, Физический факультет и Международный исследовательский институт интеллектуальных материалов предсказывают и получают новые вещества, соединения и материалы с уникальными и функциональными свойствами.
Новые химические элементы названы московием и оганессоном – Газета.Ru
Новые химические элементы названы московием и оганессоном – Газета.Ru | НовостиПосол Судана назвал важной вехой грядущий визит Лаврова в Хартум 12:53
Кадыров заявил, что бойцы «Ахмата» нанесли ощутимый урон живой силе ВСУ… 12:51
«Может себе позволить»: Собчак подсчитала стоимость наряда Навки для похода… 12:50
Певица Валерия рассказала, почему не дает советы своему сыну о том, как воспитывать… 12:50
Турция отказалась от помощи Кипра при ликвидации последствий землетрясения 12:49
В ВС РФ сообщили об уничтожении укрывшихся возле церкви бойцов ВСУ высокоточным.
Полицейский автомобиль столкнулся с такси в центре Москвы 12:45
Звезда «Раневской» Цигаль-Полищук отказалась играть свою маму в потенциальном… 12:45
Bloomberg: президент Эрдоган намерен провести выборы 14 мая, несмотря… 12:43
Наука
Международный союз теоретической и прикладной химии озвучил рекомендованные названия для 113-го, 115-го, 117-го и 118-го элементов таблицы Менделеева. Об этом сообщается на сайте союза.
Так, 113-й элемент будет называться ниппонием, 115-й — московием (в честь Московской области), 117-й — теннессином, 118-й — оганессоном (в честь российского ученого Юрия Оганесяна). Название 113-му элементу дали открывшие его японцы, 115-му, 117-му и 118-му — команда российских и зарубежных ученых.
Ранее сообщалось, что российские ученые были признаны первооткрывателями трех новых химических элементов — 115-го, 117-го и 118-го.
113-й элемент впервые также был зарегистрирован в ОИЯИ в 2003 году в реакции кальция-48 с америцием-243. Время жизни элемента составляло около секунды. В 2004 году японские ученые из института РИКЕН осуществили первый эксперимент по облучению мишени висмута-209 ускоренными ионами цинка-70, в результате чего также был зарегистрирован изотоп 113-го элемента, просуществовавший несколько миллисекунд. Его первооткрывателями
Всего за последние 50 лет Периодическая таблица Менделеева пополнилась 17 новыми элементами, из которых в ОИЯИ синтезировано девять, в том числе за последние 10 лет — пять наиболее тяжелых (сверхтяжелых) элементов, замыкающих Периодическую таблицу.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
Военная операция на Украине. День 350-й
Онлайн-трансляция военной операции ВС РФ на Украине — день 350-й
«Республиканцы возьмут экономику США в заложники».
Что Байден сказал конгрессу
Президент США Байден назвал военную спецоперацию России на Украине «испытанием на века»
Мутации и больные родственники: в каком случае женщине следует удалять маточные трубы
Российские онкологи поспорили с американскими врачами по поводу рака яичников
ГУ МЧС: пожар начался на заводе по переработке нефтепродуктов в Новошахтинске
Число погибших из-за землетрясения в Турции превысило 7 тыс. человек
Командир Мангушев с позывным «Берег» скончался от огнестрельной раны головы в ЛНР
Казахстан обновил правила получения иностранными гражданами разрешения на проживание
Новости и материалы
Кадыров заявил, что бойцы «Ахмата» нанесли ощутимый урон живой силе ВСУ в ДНР
«Может себе позволить»: Собчак подсчитала стоимость наряда Навки для похода на каток
Певица Валерия рассказала, почему не дает советы своему сыну о том, как воспитывать ребенка
Турция отказалась от помощи Кипра при ликвидации последствий землетрясения
В ВС РФ сообщили об уничтожении укрывшихся возле церкви бойцов ВСУ высокоточным снарядом
Полицейский автомобиль столкнулся с такси в центре Москвы
Звезда «Раневской» Цигаль-Полищук отказалась играть свою маму в потенциальном байопике
Bloomberg: президент Эрдоган намерен провести выборы 14 мая, несмотря на землетрясение
Россия осталась без баллов в рейтинге УЕФА за сезон-2022/2023
Певица Валерия рассказала, как изменилась ее жизнь после появления внучки
Михаил Казаков заявил, что готов вернуться к роли Полежайкина в новых «Папиных дочках»
«Ъ» сообщил, что китайский бизнес начал активно применять офшорные схемы движения капитала
Бывшего чиновника «Энергоатома» подозревают в нанесении ущерба бюджету Украины
Роспотребнадзор: дополнительных противоэпидемических мер в России не требуется
На Украине арестовали имущество принадлежащего россиянам металлургического предприятия
Ученые выяснили, что видеоигры не влияют на интеллект школьников
В Польше считают, что Украина уже имеет ядерное оружие
Минфин: дефицит федбюджета в начале 2023 года оказался в 14 раз больше, чем в январе 2022-го
Все новости
Тест: сможете отличить выдуманные нормы ПДД от настоящих?
Нужно ли сигналить при обгоне автомобиля вне населенного пункта
Певица Валерия: «Не намерена влезать в семью сына с советами»
Певица Валерия рассказала о роли бабушки, «уколах красоты» и регулярных тренировках
Вырастить бедняка и неудачника: бизнес-коуч – об ошибках воспитания детей
Бизнес-коуч Юлия Че: любовь к шоппингу выдает в нас «бедняков»
Турция сдвинулась на 3 м по отношению к Сирии из-за землетрясения
Число жертв землетрясения в Турции превысило 5,4 тыс.
человек
«Элис, дорогая» с Анной Кендрик: точный портрет жертвы психологического насилия
Рецензия на драму «Элис, дорогая» с Анной Кендрик в главной роли
«Коалиция идет к победе». Сколько танков Германия передаст Украине
Spiegel: власти ФРГ одобрили поставку 178 танков Leopard 1 для нужд ВСУ
«Дорогой Штирлиц»: 95 лет со дня рождения Вячеслава Тихонова
«Цель — сеять рознь и раздор». Дипломатов США попросили не вести подрывную деятельность
ТАСС: посольству США вручили ноту с требованием не вмешиваться в дела России
Взрыв газа в пятиэтажке в Тульской области: что известно
При обрушении подъезда дома в Ефремове погибли пять человек
«Они говорят правду». Боррель заявил о поддержке СМИ-иноагентов в России
Глава евродипломатии Боррель сообщил, что ЕС поддерживает российские СМИ-иноагенты
«Я ее убила». В Химках школьница нанесла однокласснице до 100 ударов ножом
В Химках пятиклассница напала с кухонным ножом на бывшую подругу
Шойгу обвинил США в призывах «захватывать» территории РФ
Глава Минобороны РФ Шойгу заявил, что Украина за январь потеряла более 6 500 военнослужащих
«Иной продукт». ЕС вывел смеси с российской нефтью из-под санкций
ЕС отменил ограничения на нефтепродукты, произведенные из российской нефти не в России
Марина Ярдаева
Ипотека, куда несешься ты?
О том, что показывает новая статистика жилищного кредитования
Юлия Меламед
Щас запою
О том, как по-разному шутят в Москве и в Тель-Авиве
Георгий Бовт
Квест «Найди Иуду»
О том, зачем чиновники всерьез реагируют на невежественные глупости
Владимир Трегубов
Дедолларизация мировой экономики
О том, скоро ли зеленые бумажки сойдут с пьедестала мировой резервной валюты
Дмитрий Воденников
Не слепой свет
О тексте про болезнь, который до сих пор актуален
–>
Читайте также
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
ФОН:
|
Девяносто из них встречаются в природе; у остальных есть
были созданы в лабораториях. Элементы 110 и 118 все еще
исследовал на. Элементов будет больше, поскольку технологии смогут их идентифицировать.
Символ используется для представления полного имени элемента. Например, Х
представляет собой водород; O представляет собой кислород, а Al представляет собой алюминий.
Иногда латинское название элемента используется в качестве основы для его условного обозначения.
например, K представляет собой калий (калий на латыни).
Каждая оболочка может быть не заполнена, в зависимости от количества электронов в ней.
элемента, и внутренние оболочки заполняются до заполнения внешних оболочек. натрий,
например, имеет 11 электронов, которые расположены в первой, второй и
третьи снаряды (2+8+1.)
При изучении схемы учащиеся могут спросить
значение чисел, окружающих символы элементов. Номер в
верхний левый угол — атомное число , т. е. число протонов
внутри ядра элемента. Число в левом нижнем углу — это
атомная масса или атомный вес, который, по сути, является мерой того, как
тяжелый элемент. Человеческий элемент: Расширение периодической таблицы
[МУЗЫКА/ВСТУПИТЕЛЬ]
ДЖИМ РОБЕРТО: Это большая наука.
РОЗОВАЯ ШАРОВКА: Кто внесет в свой список желаний, что я собираюсь стать частью группы по исследованию элемента?
КЛЭРИС ФЕЛПС: Это то, что исследование, что такое наука, решение проблем.
ДЖИМ РОБЕРТО: Эта история полна интриг.
[МУЗЫКАЛЬНАЯ ТЕМА]
ДЖЕННИ: Всем привет и добро пожаловать на Sound of Science, подкаст, посвященный открытиям в Национальной лаборатории Ок-Ридж.
МОРГАН/ДЖЕННИ: Мы ваши хозяева, Морган МакКоркл и Дженни Вудбери.
[МУЗЫКА]
ДЖЕННИ: Это Международный год Периодической таблицы. Вот уже 150 лет периодическая таблица является ориентиром для химиков всего мира.
МОРГАН: Как вы помните из школьного курса химии, Дмитрий Менделеев разработал периодическую таблицу, чтобы упорядочить элементы и дать нам представление об их свойствах и химических взаимодействиях.
ДЖЕННИ: И на случай, если ты не помнишь свой школьный урок химии, элементы определяются количеством протонов в их ядре.
Это также известно как их атомный номер; у водорода один протон, у гелия два и так далее.
ДЖЕННИ: Когда она была впервые опубликована, в периодической таблице было около 60 известных элементов. Сегодня их 118, и ученые постоянно расширяют границы химии и физики, чтобы увеличить это число.
МОРГАН: Открытие нового элемента — непростая задача. На это могут уйти годы и даже десятилетия исследований и экспериментов. И многие, кто пытаются, никогда не добиваются успеха.
ДЖИМ РОБЕРТО: Любой элемент в периодической таблице, он просто кажется веществом, и его положение помогает вам описать, какими могут быть его свойства. Но на самом деле за этим стоит история. Потому что практически по всем элементам были истории о героической борьбе, соперничестве между группами, неудачных историях, когда люди на самом деле сфабриковали результаты, и просто историях индивидуальных усилий.
ДЖЕННИ: Это Джим Роберто. Он недавно вышел на пенсию, заместитель директора лаборатории ORNL, который сыграл роль в открытии одного из новейших элементов таблицы, теннессина.
МОРГАН: С самого начала Ок-Ридж и его уникальные исследовательские центры поддерживали поиски новых элементов.
ДЖЕННИ: На самом деле, лаборатории приписывают открытие трех элементов, и, поставив изотопы и технологию детекторов, она помогла еще нескольким.
МОРГАН: Мы хотели изучить некоторые истории, связанные с открытием элементов, в открытии которых ORNL сыграла свою роль — первым из них был прометий, или элемент 61, в 1945 году.
РОБЕРТО: Роль ORNL в периодической таблице восходит к графитовому реактору в первые дни. А Графитовый реактор, первый в мире реактор непрерывного действия, в процессе ядерной реакции создавал продукты деления. В то время ученые-новаторы понимали, что эти продукты деления находятся примерно в том же диапазоне атомных номеров, что и отсутствующий элемент в периодической таблице.
Теперь мы думаем об известных элементах, с которыми мы имеем дело каждый день в периодической таблице, поскольку они всегда были там. Но на самом деле несколько изотопов в известной таблице Менделеева, прежде чем мы перейдем к более экзотическим, радиоактивны.
Так и были пробелы. И один из пробелов был на элементе 61.
ДЖЕННИ: Химики лаборатории смогли идентифицировать элемент 61 в продуктах деления графитового реактора, потому что они знали, где он должен располагаться в таблице Менделеева, и знали, какими должны быть его свойства.
РОБЕРТО: Они смогли убедить научное сообщество, что это недостающий элемент 61, и в результате они получили честь назвать его. Они назвали его прометием, потому что он родился из огня, из ядерного огня в реакторе. И это первое признание ORNL в периодической таблице.
ДЖЕННИ: Это признание не было получено до 1947 года из-за секретности, требуемой Манхэттенским проектом — подобно элементам, плутонию, америцию и кюрию, открытым во время войны известным химиком Гленном Сиборгом и его коллегами из Калифорнийского университета в Беркли. . После войны исследовательское сообщество начало искать способы изучения и производства еще более тяжелых элементов и изотопов.
МОРГАН: Сиборг, который к 1950-м годам получил Нобелевскую премию и был председателем Комиссии по атомной энергии, представил концепцию реактора с очень высоким нейтронным потоком — или интенсивным потоком нейтронов.
Он лоббировал строительство реактора в Ок-Ридже. Это привело к строительству высокопоточного изотопного реактора, или HFIR, в 1919 г.65.
ДЖЕННИ: Когда HFIR был построен, он имел самый высокий поток тепловых нейтронов среди всех реакторов в мире. Это позволило ему производить изотопы, такие как калифорний, которые очень трудно изготовить. По соседству располагался Центр развития радиохимической инженерии, или REDC, с уникальной возможностью проводить высокоточное разделение для получения очень чистых продуктов этих изотопов.
МОРГАН: Так почему же HFIR и REDC были так важны для исследования элементов?
РОБЕРТО: В первые дни после 1940-х годов производства новых элементов, их производили путем облучения мишеней нейтронами, протонами или дейтронами, чтобы добавить несколько протонов к существующему элементу и построить следующий.
ДЖЕННИ: Основная идея состоит в том, что исследователи создавали новые элементы, разбивая луч одного элемента в так называемую мишень, сделанную из другого элемента.
Если бы условия были правильными, они объединились бы, чтобы создать новый, более тяжелый элемент.
МОРГАН: Звучит просто, но по мере того, как они поднимались выше в таблице Менделеева, задача становилась все сложнее. Когда исследователи начали создавать более тяжелые элементы, им понадобились более тяжелые цели. Это привело к тому, что они начали использовать тяжелые изотопы, такие как те, которые могут быть получены в HFIR, такие как калифорний.
ДЖЕННИ: Перенесемся вперед 50 лет спустя, HFIR продолжает производить самый высокий поток нейтронов в мире и все еще используется для открытия новых элементов.
КРИС БРАЙАН: Я Крис Брайан, менеджер по облучению или руководитель экспериментов в высокопоточном изотопном реакторе. Итак, чтобы создать все эти новые элементы, вам нужно место, где вы можете получить много нейтронов, доставленных к мишеням за довольно короткий промежуток времени, и уникальная вещь, которую дает HFIR, — это очень высокий поток нейтронов. Таким образом, для многих открытий элементов, связанных с бомбардировкой, целевые материалы было довольно легко производить, и их можно было производить на других реакторах.
Для этих элементов, которые находятся здесь в диапазоне 117 и выше, становится сложнее производить целевые материалы. Эти целевые материалы должны производиться на реакторах с очень высоким потоком нейтронов. А поскольку в мире всего два реактора — российский реактор СМ3 и HFIR, то выбор мест для производства этих целевых материалов невелик.
ДЖЕННИ: HFIR и соседний REDC работают в тандеме над производством радиоизотопов. Этот процесс начинается с целей, которые производятся в REDC. Мишени представляют собой алюминиевые трубки, содержащие материал, который будет облучаться в реакторе. Операторы используют специальные инструменты для помещения мишеней в реактор, который находится примерно в 20 футах под лужей воды.
БРАЙАН: Это похоже на лапароскопическую операцию в здании реактора. Вы имеете дело с 20-футовыми инструментами и пытаетесь манипулировать очень маленькими капсулами на их конце. Облучение капсул — это рутинная вещь, которую мы делаем постоянно.
ДЖЕННИ: Этот процесс может быть обычным, но ядерная физика, происходящая внутри реактора, довольно уникальна.
Мы поговорили с Джули Эзольд, которая руководит калифорнийской программой в ORNL, чтобы понять, что происходит внутри этих капсул.
ДЖУЛИ ЭЗОльд: Когда нейтроны взаимодействуют с материалом внутри этих капсул, у вас есть примерно четыре варианта взаимодействия нейтронов. Он может войти и вообще не взаимодействовать, он ударится об атом и просто отскочит, и это из-за разных энергий. Или, в зависимости от характеристик вашего материала внутри капсул, нейтрон может быть захвачен. Теперь в захвате у нас есть три варианта. Во-первых, вы разделились. Вы деления. И теперь этот элемент уже не тот элемент — он разбит на разные элементы. Он может улавливать и испускать дополнительную энергию в виде гамма-излучения, а затем преобразовывать его в новый изотоп. То же количество протонов, теперь у нас есть еще один нейтрон.
МОРГАН: И есть еще один вариант, который действительно безумен. Нейтрон захватывается с таким большим количеством дополнительной энергии, что фактически превращается в протон.
Дополнительная энергия выделяется в виде бета-частицы, по сути, электрона, и вы переместились на один элемент вверх в периодической таблице.
ЭЗОльд: Итак, по сути, бета-распад — это мечта алхимика в том смысле, что он превращается из одного элемента в другой. Мы не превращаем свинец в золото, но я могу превратить кюрий в берклий, затем берклий в калифорний, калифорний в эйнштейний и т. д.
ДЖЕННИ: После того, как материал выйдет из реактора, он проделает 700-футовое путешествие к горячим камерам в REDC. Он загружается в 25-тонный транспортный контейнер под названием «биток». Почему? Потому что он белый и круглый и буквально похож на биток из игры в бильярд. Затем контейнер помещается на тракторный прицеп и доставляется на соседний объект.
МОРГАН: Интересно, что такое горячая камера? Горячие камеры представляют собой экранированные рабочие места, которые позволяют техническим специалистам безопасно работать с радиоактивными материалами.
ДЖЕННИ: Техники отделены от материала четырьмя футами свинцового стекла, заполненного маслом.
Они используют механические руки, чтобы обращаться с радиоактивным материалом и манипулировать им. Итак, это похоже на игру в одну из тех игр с когтями в аркаде. Клариса Фелпс — исследователь в REDC и занимается обработкой радиоизотопов, произведенных в HFIR.
КЛЭРИС ФЕЛПС: В настоящее время мы находимся в диспетчерской здания 7920, которое является Центром развития радиохимической техники. Наши горячие камеры способны и способны справляться с высокими уровнями радиоактивности, и эти здания существуют уже более 50 лет, и это свидетельствует о том, что когда они строили этот объект, предусмотрительность, которую они вложили в то, что это здание мог быть способен.
МОРГАН: В начале 2000-х уникальные возможности HFIR и REDC привлекли внимание российского исследователя Юрия Оганесяна, который впервые применил революционную технику под названием «горячий синтез».
ДЖЕННИ: Но давайте отойдем на минутку. В конце 1990-х первооткрыватели элементов оказались в тупике. Они добрались до элемента 112, но методы создания новых сверхтяжелых элементов достигли своего предела.
Это становилось все труднее и труднее — и дольше, вплоть до того, что один-единственный эксперимент длился несколько лет, чтобы получить хотя бы несколько атомов нового элемента.
РОБЕРТО: Итак, многие думали, что это конец поля. Элементы больше не будут обнаружены, потому что вы не сможете проводить эти эксперименты так долго.
МОРГАН: Оганесян, научный сотрудник Объединенного института ядерных исследований в Дубне, Россия, разработал рискованный подход, который был теоретизирован, но никогда не применялся. Его идея заключалась в том, чтобы врезать богатый нейтронами кальциевый пучок в актинидную мишень — актиниды — это тяжелые радиоактивные элементы.
ДЖЕННИ: Теоретически это создаст составное ядро нового сверхтяжелого элемента. Риск заключался в том, что составные ядра имеют тенденцию немедленно распадаться при делении, а это означает, что вы можете потерять шанс создать новый элемент.
РОБЕРТО: Итак, это называется методом горячего синтеза. Его использование было впервые применено в России в большой научной авантюре.
Все остальные занимались разными делами. Было много скептицизма, как это часто бывает, когда вы меняете направление в науке.
ДЖЕННИ: Оганесян доказал успех горячего синтеза открытием 114-го элемента в 1998 году. В начале 2000-х он наметил попробовать его в поисках 117-го элемента. Но сначала ему понадобился берклий-249.
МОРГАН: Берклий-249Это исключительно искусственный материал, который является побочным продуктом калифорния-252, другого синтетического радиоизотопа, используемого в медицине и промышленности. HFIR — одно из немногих мест в мире, где можно производить калифорний.
ДЖЕННИ: Почему берклиум? Это сводится к базовой математике. Берклий имеет атомный номер 97, и Оганесян планировал разбить берклий пучком ионов кальция, произведенным на ускорительной установке в России. В ядре кальция 20 протонов. Так что сложите их вместе, и, по крайней мере теоретически, вы должны получить элемент 117. Итак, он предложил партнерство с ORNL для поиска нового элемента.
МОРГАН: Лаборатория начала кампанию по производству берклия-249 для эксперимента в 2008 году.
ФЕЛПС: На самом деле она начинается за много лет до того, как подготавливаются мишени из кюрия для облучения, и поэтому кюрий облучается в HFIR, производит калифорний и там все еще есть кюрий, а также немного берклия, немного эйнштейния и немного фермия. Итак, мы проводим разделение, чтобы отделить эти радиоизотопы друг от друга, а затем фракция берклия, взятая из этих облученных целей, затем обрабатывается в перчаточном боксе, как мы делали для программы сверхтяжелых элементов и для теннессина.
МОРГАН: Мишени из калифорния облучаются в HFIR в течение нескольких месяцев, а затем передаются в REDC для кропотливого процесса разделения и очистки. Роуз Болл — радиохимик из REDC, которая помогала очищать берклий в ходе нескольких кампаний.
РОУЗ БОЛЛ: У вас должно быть немного ОКР на этой работе, потому что вы должны быть очень внимательны к деталям, вы работаете в ограниченном пространстве в перчаточном ящике, у вас не так много рабочей зоны.
Вы должны держать его в ультрачистом состоянии, если хотите получить сверхчистый материал, когда выйдете из бардачка. Итак – и вы должны продумать каждый из шагов. Вы не хотите брать больше материала, чем вам нужно. Он занимает ваше пространство. Тогда это становится отходами, для которых у вас должен быть выход. Итак, это большое планирование, много техники, так что я думаю, что все это внесло свой вклад.
ДЖЕННИ: Затем им нужно было отправить материал в Россию для эксперимента с элементом 117. Но вот что касается радиоизотопов вроде берклия-249, они сразу же начинают распадаться. Таким образом, вы фактически участвуете в гонке на время с момента выхода материала из реактора.
РОБЕРТО: На весь процесс охлаждения мишеней, их разделения и отправки в Россию уходит около шести месяцев. Значительное количество материала уже было утеряно, и мы знали, что эксперимент займет не менее шести месяцев. Поэтому было очень важно сделать это как можно быстрее.
МОРГАН: Поскольку исследователи уже спешат на время, неожиданная оплошность с доставкой не помогла делу.
Каким-то образом материал был неправильно маркирован в процессе доставки, и в итоге он совершил три перелета через Атлантику, прежде чем прибыл в Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, Россия.
ДЖЕННИ: Несмотря на задержки, эксперимент для элемента 117 начался в июле 2009 года.
РОБЕРТО: Он длился около шести месяцев, и было обнаружено около шести атомов теннессина. В то же время теннессин распадается на элемент 115, который также был новым элементом. Таким образом, открытие фактически привело к двум новым элементам. Итак, если вы бомбардируете мишень из берклия ионами кальция 48 с очень высокой интенсивностью в течение шести месяцев и видите только шесть атомов, вы на самом деле видите продукт триллионов взаимодействий, в результате которых образуется только шесть атомов.
ДЖЕННИ: Произведено всего шесть атомов. Откуда вы знаете, что действительно открыли новый элемент?
МОРГАН: Вот тут-то и вступает в игру опыт лаборатории в области детекторных технологий.
ORNL занимается современными детекторными технологиями с 1940-х годов. В области открытия новых элементов в 1970-х годах возможности обнаружения ядерной физики ORNL использовались для подтверждения элементов 102, 103, 104 и 105.
ДЖЕННИ: В эпоху сверхтяжелых элементов цифровая технология обнаружения лаборатории очень важна. с точки зрения возможности точно отслеживать эти быстро распадающиеся продукты этих реакций.
МОРГАН: Мы поговорили с физиком-ядерщиком, который помогал разрабатывать эти сложные детекторы.
КШИШТОФ РЫКАЧЕВСКИЙ: Меня зовут Кшиштоф Рыкачевский, и, кажется, в прошлый раз, когда я проверял, я был выдающимся старшим научным сотрудником или что-то в этом роде. Приходит с возрастом, знаете ли.
Мы разработали уникальную систему для этих очень сложных исследований, когда ядра жили даже на уровне микросекунд. В этом первом эксперименте мы получили шесть событий за 150 дней, так что это редкий процесс. Так что вам лучше быть готовым, если событие произойдет, вы его обнаружите.
И вы обнаружите это так, что можно будет однозначно сказать, о, смотрите, есть абсолютно новые доказательства, и это наш новый элемент.
ДЖЕННИ: Чтобы убедиться, что это произошло, Кшиштоф и его команда разработали для эксперимента новые детекторы. Затем они наложили четыре-пять детекторов друг на друга, чтобы не было никаких шансов, что они пропустят обнаружение нового элемента. И они этого не сделали.
RYKACZEWSKI: И до сих пор каждое сверхтяжелое событие, которое мы наблюдали, было подтверждено независимым анализом двух групп.
МОРГАН: В 2010 году у команды было неопровержимое доказательство наличия 117-го элемента. Однако, как объясняет Джим Роберто, потребовалось еще шесть лет, чтобы открытие было официально признано и помещено в периодическую таблицу.
РОБЕРТО: Принятие элемента для включения в периодическую таблицу осуществляется комитетом Международного союза теоретической и прикладной химии и Международного союза теоретической и прикладной физики.
И вполне уместно, что они очень строгие распорядители периодической таблицы, и они рассмотрели наше открытие в 2010 году, когда вышла публикация, и только в 2016 году они действительно одобрили эти элементы.
ДЖЕННИ: Когда пришло время назвать новый элемент, теннессин был выбран в знак признания значительного вклада ORNL и его партнеров в штате Теннесси.
РОБЕРТО: Интересно, почему это теннессин и-н-э, а не теннесиум, и-м-м? На самом деле это относится к химии, и если вы посмотрите на периодическую таблицу, элемент 117 вписывается в ту колонку, где стоят хлор, фтор и другие. И в химии предпочтение отдается тому, чтобы все элементы, вписывающиеся в этот столбец, оканчивались на i-n-e. Вот почему это теннессин.
МОРГАН: Элемент 117 можно назвать теннесином, но его открытие было бы невозможно без международного сотрудничества. Джим говорит, что это один из самых полезных аспектов такой работы.
РОБЕРТО: Элемент 117 не мог быть обнаружен русскими самостоятельно, потому что у них не было доступа к целевому материалу.
А 117-й элемент не мог быть открыт только в Америке, потому что у нас не было подходящих ускорителей для проведения этого эксперимента. Но совместными усилиями мы смогли это сделать.
ДЖЕННИ: После семи десятилетий создания периодической таблицы исследователи ORNL не останавливаются на достигнутом. Они уже участвуют в экспериментах по поиску 119 элементов.и 120 с использованием мишеней, произведенных в ОРНЛ и облученных на ускорителях в Японии и России.
РОБЕРТО: Эти эксперименты сейчас продолжаются. Похоже, есть путь к элементам 119 и 120, хотя эти эксперименты, вероятно, займут год. За пределами 120 все становится сложнее, и нам придется найти еще один прорыв, потому что мы не думаем, что периодическая таблица заканчивается на 120. чувствует, как сделать такой прочный вклад в науку.
БОЛЛ: Знаешь, кто внесет в свой список желаний, что я буду частью команды исследователей элемента? Я имею в виду, я бы никогда не подумал, что это произойдет в моей жизни. И моя роль заключалась в очистке берклиума, который стал мишенью для производства теннессина.
И я делал свою работу.
БРАЙАН: Это не то, что вы когда-либо думали сделать в своей жизни. Это просто увлекательно и захватывающе. Я думаю, что весь этот опыт унизителен, потому что, несмотря на то, что мы получили большое признание за то, что являемся частью команды, открывшей этот элемент, за кулисами есть сотни людей, которые заставляют работать реактор, заставляют работать горячие камеры, заставляют вся эта функция машины, чтобы иметь возможность производить такой целевой материал.
РОБЕРТО: Во многих отношениях, если вы занимаетесь наукой, мечтать об этом приятно, но это не может быть ожиданием. Здесь есть и тяжелая работа, и удача, и умение оказаться в нужном месте в нужное время. Но, учитывая все это, очень весело открывать новый элемент.
[МУЗЫКА]
ДЖЕННИ: Большое спасибо за то, что прослушали этот выпуск «Звуков науки». Мы будем рады услышать ваши отзывы. Так что оставьте нам комментарий или отзыв.
МОРГАН: И не забудьте подписаться, чтобы получать последние выпуски по мере их выхода.