Moscovie de Centauri. Peter Armbruster, Gottfried Münzerberg

Le noyau atomique est un système de nucléons constitué de Z protons et de N neutrons reliés par interaction nucléaire. L'énergie de liaison d'un noyau atomique dans le modèle de gouttelette liquide est décrite par la formule de Bethe-Weizsäcker [3, 4]. En fonction de la durée de vie et du rapport entre Z et N les noyaux atomiques sont divisés en stables et radioactifs. Le phénomène de radioactivité a été découvert par A.A. Bequerel en 1896, qui découvrit un rayonnement jusqu'alors inconnu émis par les sels d'uranium.
En 1898, Pierre et Marie Curie isolent de nouveaux éléments, le radium Ra ( Z = 88) et du polonium Po (Z = 84), qui possèdent également la propriété de radioactivité.
E. Rutherford a montré en 1898 que le rayonnement de l'uranium comporte deux composantes : des particules α chargées positivement (4 noyaux He) et des particules β chargées négativement (électrons) [6, 9]. En 1900, le rayonnement γ de l'uranium a été découvert par P. Willard.

Les noyaux stables sont situés dans ce que l'on appelle la vallée de stabilité (Fig. 1). Le rapport de N à Z le long de la ligne de stabilité dépend du nombre de masse A = N + Z :

N/Z = 0,98 + 0,015A 2/3. (1) . Riz 1.NZ

diagramme des noyaux atomiques − Actuellement, environ 3 500 noyaux atomiques sont connus, le nombre de noyaux stables est d'environ 300. À gauche de la vallée de stabilité se trouvent des noyaux radioactifs qui se désintègrent à la suite de la désintégration β + et de la capture électronique. À mesure que l’on s’éloigne de la vallée de stabilité vers des noyaux surchargés de protons, leur demi-vie diminue. Limite Вр(N,Z) = 0 (Вр(N,Z) énergie de séparation des protons dans le noyau (N,Z))
limite la région d'existence des noyaux à gauche. − En passant de la vallée de stabilité vers des noyaux surchargés en neutrons, la demi-vie des noyaux diminue également. A droite, la région d'existence des noyaux est limitée par la relation В n (N,Z) = 0 (В n (N,Z) énergie de séparation des neutrons dans le noyau (N,2)).
Au-delà des frontières Vp (N,Z) = = 0 et (B n (N,Z) 0 noyau atomique ne peuvent pas exister, puisque leur désintégration se produit dans le temps nucléaire caractéristique
τ poison = 10 -22 s. La région des noyaux avec un excès de protons a été étudiée expérimentalement presque complètement jusqu'à la limite B p (N,Z) = 0. Dans cette zone, il pourrait y avoir environ 2 500 à 3 000 noyaux inconnus de nous.

L'académicien G.N. Flérov :
La valeur des informations obtenues en étudiant un isotope situé loin de la région de stabilité est bien supérieure à celle que nous apprenons en étudiant les isotopes situés à proximité de cette région. Ce−une approche méthodologique générale utilisée aussi bien par les physiciens que par les chimistes,
−étudier les propriétés de la matière dans les conditions extrêmes de son existence. Isotopes loin de la région (β -la stabilité est limitante dans le sens où dans un cas, lorsqu'il y a peu de protons et que le nombre de neutrons est relativement important, les forces nucléaires jouent le rôle principal ; dans un autre cas, lorsqu'il y a un excès de protons, les forces répulsives coulombiennes jouent un rôle très important, au point que la désintégration radioactive des noyaux avec émission de protons devient possible.
À cet égard, notre intérêt particulier pour l'étude des noyaux des éléments transuraniens, où les forces coulombiennes sont si fortes qu'elles dépassent les forces d'attraction nucléaires, devient clair. La barrière potentielle qui maintient le noyau en équilibre dans son ensemble disparaît presque et se divise en fragments. Dans le même temps, les effets nucléaires spécifiques associés à la structure interne du noyau peuvent être extrêmement prononcés. C'est dans cette région des éléments qu'un nouveau type d'isomérie nucléaire a été découvert.−isomérie de forme. Un certain nombre d'autres phénomènes intéressants sont également possibles ici, liés par exemple à la présence d'un deuxième minimum dans l'énergie de déformation nucléaire.

Rapport au Comité d'organisation de la Conférence de l'UNESCO,
dédié au 100e anniversaire de la création du tableau périodique.

Il existe également des restrictions sur l'existence de noyaux atomiques issus d'éléments super-lourds. Les éléments avec Z > 92 n'ont pas été trouvés dans des conditions naturelles. Les calculs utilisant le modèle nucléaire de gouttelettes liquides prédisent la disparition de la barrière de fission pour les noyaux avec Z 2 /A ≈ 41 (environ 104 éléments). Dans le problème de l’existence des noyaux super-lourds, deux séries de problèmes doivent être distinguées.

• Quelles propriétés devraient avoir les noyaux super-lourds ? Y aura-t-il des nombres magiques dans cette zone de Z et N ? Quels sont les principaux canaux de désintégration et demi-vies des noyaux super-lourds ?
• Quelles réactions doivent être utilisées pour synthétiser les noyaux super-lourds, les types de noyaux bombardants, les valeurs de section efficace attendues, les énergies d'excitation attendues du noyau composé et les canaux de désexcitation pour les noyaux résultants ?

Le problème de la synthèse d'éléments super-lourds est étroitement lié au fait que les noyaux avec Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, N = 126 (nombres magiques) ont une stabilité accrue par rapport à divers types de désintégration radioactive. Ce phénomène est expliqué dans le cadre du modèle de coque nucléaire - les nombres magiques correspondent aux coques nucléaires remplies [12, 13]. La question se pose naturellement de l’existence des nombres magiques suivants dans Z et N. S'ils existent dans la zone NZ - diagrammes de noyaux atomiques N > 150, Z > 101, des noyaux superlourds avec des demi-vies accrues doivent être observés, c'est-à-dire il doit y avoir une île de stabilité. Application de la méthode

D'autres se sont effondrés et n'ont pas survécu jusqu'à ce jour. L'uranium se désintègre toujours - c'est un élément radioactif.

Tous les éléments après l'uranium sont plus lourds que lui. Ils se sont formés une fois au cours du processus de nucléosynthèse (un processus dans lequel les noyaux d'éléments chimiques complexes et lourds sont formés à partir de noyaux atomiques plus simples et plus légers), mais n'ont pas survécu jusqu'à ce jour. Aujourd'hui, ils ne peuvent être obtenus que artificiellement.

La découverte en 1940-1941 des premiers éléments artificiels, le neptunium et le plutonium, a marqué le début d'une nouvelle direction en physique et chimie nucléaires pour étudier les propriétés des éléments transuraniens et leur application dans de nombreux domaines scientifiques et technologiques. À la suite de nombreuses années de travail intensif, les physiciens nucléaires ont synthétisé plusieurs nouveaux éléments.

Il existe trois centres de recherche de renommée internationale pour la synthèse d'éléments lourds : à Dubna (Russie), à ​​Berkeley (États-Unis) et à Darmstadt (Allemagne). Tous les nouveaux éléments, à partir du 93 (neptunium), ont été obtenus dans ces laboratoires. Un nouvel élément n’est considéré comme découvert que lorsqu’un groupe de chercheurs obtient des résultats fiables en étudiant ses atomes et jusqu’à ce qu’un autre groupe de scientifiques (indépendant) confirme ces résultats. Par conséquent, les cellules distantes du tableau périodique se remplissent très lentement.

En 1940 - 1953, le professeur Glen Seaborg et ses collègues du Radiation National Laboratory (Berkeley, USA) ont synthétisé des éléments artificiels avec Z = 93 - 100. Ils ont été obtenus dans des réactions de capture séquentielle de neutrons par des noyaux de l'isotope de l'uranium - 235U dans irradiation à long terme dans de puissants réacteurs nucléaires. Tous les noyaux plus lourds ont été obtenus dans des accélérateurs de particules chargées, dans lesquels les noyaux et les particules accélérés à grande vitesse entrent en collision. À la suite de collisions, des noyaux d'éléments super-lourds se forment, qui existent pendant une période très courte puis se désintègrent à nouveau. Grâce aux traces de cette désintégration, il est établi que la synthèse d'un noyau lourd a réussi.

Les éléments plus lourds que Z=100 ont été synthétisés lors de réactions avec des ions lourds accélérés, lorsqu'un complexe de protons et de neutrons est introduit dans le noyau cible. Depuis les années 1960, l'ère des accélérateurs de particules élémentaires - les cyclotrons, a commencé l'ère de l'accélération des ions lourds, lorsque la synthèse de nouveaux éléments a commencé à s'effectuer uniquement par l'interaction de deux noyaux lourds. Cependant, au milieu des années 1970, il était presque impossible d'étudier les propriétés chimiques des éléments 104, 105, 106 et 107, car leur durée de vie - des fractions de microseconde - ne permettait pas de recherches chimiques à part entière. Tous ont été synthétisés dans des réactions de fusion froide (la fusion froide de noyaux massifs a été découverte en 1974 ; elle libère un ou deux neutrons d'énergies relativement faibles.)

L'élément 104 a été synthétisé pour la première fois à Doubna en 1964. Il a été reçu par un groupe de scientifiques du Laboratoire des réactions nucléaires dirigé par Georgy Flerov. En 1969, l'élément a été obtenu par un groupe de scientifiques de l'Université de Berkeley, en Californie. En 1997, l’élément a été nommé rutherfordium, symbole Rf.

L'élément 105 a été synthétisé en 1970 par deux groupes indépendants de chercheurs à Dubna (URSS) et à Berkeley (États-Unis). Il a été nommé dubnium en l'honneur de la ville de Doubna, où se trouve l'Institut commun de recherche nucléaire, où plusieurs éléments chimiques ont été synthétisés, symbole Db.

L'élément 106 a été obtenu pour la première fois en URSS par Georgy Flerov et ses collègues en 1974, et presque simultanément, il a été synthétisé aux États-Unis par Glen Seaborg et ses collègues. En 1997, l'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) a approuvé le nom seaborgium (en l'honneur de Seaborg) pour l'élément 106, symbole Sg.

Les réactions de fusion froide de noyaux massifs ont été utilisées avec succès pour synthétiser six nouveaux éléments, 107 à 112, au Centre national de physique nucléaire GSI de Darmstadt, en Allemagne. Les premières expériences visant à obtenir l'élément 107 ont été réalisées en URSS par Yuri Oganesyan et ses collègues en 1976. Les premières informations fiables sur les propriétés nucléaires de l'élément 107 ont été obtenues en Allemagne en 1981 et 1989. En 1997, l'IUPAC a approuvé le nom bohrium pour l'élément 107 (en l'honneur de Niels Bohr), symbole Bh.

Les premières expériences visant à obtenir l'élément 108 ont été réalisées en URSS en 1983-1984. Des données fiables sur les propriétés nucléaires de l'élément 108 ont été obtenues en Allemagne en 1984 et 1987. En 1997, l'IUPAC a approuvé le nom Hassium (pour le pays de Hesse, en Allemagne), le symbole Hs, pour l'élément 108.

L'élément 109 a été obtenu pour la première fois en Allemagne en 1982 et confirmé en 1984. En 1994, l'IUPAC a approuvé le nom meitnerium pour l'élément 109 (d'après Lise Meitner), symbole du mont.

L'élément 110 a été découvert en 1994 au Centre de recherche sur les ions lourds de Darmstadt (Allemagne) lors d'une expérience au cours de laquelle un alliage spécial contenant du plomb était déposé sur des plaques et bombardé d'isotopes de nickel. Le Darmstadtium doit son nom à la ville de Darmstadt (Allemagne), où il a été découvert. Symbole Ds.

L'élément 111 a également été découvert en Allemagne et a été nommé roentgenium (symbole chimique Rg) en l'honneur du scientifique allemand Wilhelm-Conrad Roentgen.

L'élément 112 porte le nom de travail « ununbiy » (Uub), dérivé des chiffres latins « un-un-deux ». C'est un élément transuranien obtenu en bombardant une cible en plomb avec des noyaux de zinc. Sa demi-vie est d'environ 34 secondes.

L'Ununbium a été obtenu pour la première fois en février 1996 à l'accélérateur d'ions lourds de Darmstadt. Pour obtenir des atomes du nouvel élément, l'équipe de scientifiques a utilisé des ions zinc de numéro atomique 30, qui ont été accélérés à de très hautes énergies dans un accélérateur de 120 mètres, après quoi ils ont atteint une cible en plomb, dont le numéro atomique est 82. Lorsque les noyaux de zinc et de plomb ont fusionné, les noyaux d'un nouvel élément se sont formés, dont le numéro atomique est égal à la somme des numéros atomiques des composants d'origine. En juin 2009, l'IUPAC a officiellement reconnu son existence.

Des éléments plus lourds - avec les numéros atomiques 112-116 et actuellement l'élément le plus lourd 118 - ont été obtenus par des scientifiques russes de l'Institut commun de recherche nucléaire de Doubna en 2000-2008, mais attendent toujours une reconnaissance officielle par l'UICPA.

Actuellement, des physiciens russes du laboratoire Flerov de l'Institut commun de recherche nucléaire de Doubna mènent une expérience sur la synthèse du 117e élément, dont la place dans le tableau périodique entre les 116e et 118e éléments précédemment obtenus est encore vide.

Sur la base de divers modèles théoriques, les caractéristiques de désintégration des noyaux super-lourds ont été calculées. Les résultats d'un tel calcul sont présentés dans la Fig. 4. Les demi-vies des noyaux pairs et super-lourds sont données par rapport à la fission spontanée (a), à la désintégration α (b), à la désintégration β (c) et à tous les processus de désintégration possibles (d). Le noyau le plus stable par rapport à la fission spontanée (Fig. 4a) est le noyau avec Z = 114 et N = 184. Pour lui, la demi-vie par rapport à la fission spontanée est d'environ 10 à 16 ans. Pour les isotopes de l'élément 114, qui diffèrent du plus stable de 6 à 8 neutrons, les demi-vies diminuent de 10 à 15 ordres de grandeur. Les demi-vies relatives à la désintégration α sont présentées sur la figure. 4b. Le noyau le plus stable est situé dans la région Z< 114 и N = 184 (T 1/2 = 10 15 лет). Для изотопа 298 114 период полураспада составляет около 10 лет.

Les noyaux stables par rapport à la désintégration β sont représentés sur la Fig. 4c avec des points sombres. Sur la fig. 4d montre les demi-vies complètes. Pour les noyaux pairs situés à l'intérieur du contour central, elles sont d'environ 10 à 5 ans. Ainsi, après avoir pris en compte tous les types de désintégration, il s’avère que les noyaux situés au voisinage de Z = 110 et N = 184 forment un « îlot de stabilité ». Le noyau 294 110 a une demi-vie d'environ 10 9 ans. La différence entre la valeur de Z et le nombre magique 114 prédit par le modèle en coque est associée à la compétition entre la fission (par rapport à laquelle le noyau avec Z = 114 est le plus stable) et la désintégration α (par rapport à laquelle les noyaux avec Z inférieur sont les plus stables). écurie). Pour les noyaux impairs-pairs et pairs-impairs, les demi-vies augmentent par rapport à la désintégration α et à la fission spontanée, et diminuent par rapport à la désintégration β. Il convient de noter que les estimations ci-dessus dépendent fortement des paramètres utilisés dans les calculs et ne peuvent être considérées que comme des indications de la possibilité de l'existence de noyaux super-lourds ayant des durées de vie suffisamment longues pour leur détection expérimentale.

Les résultats d'un autre calcul de la forme d'équilibre des noyaux super-lourds et de leurs demi-vies sont présentés sur la Fig. 5, 11.11. Sur la fig. La figure 11.10 montre la dépendance de l'énergie de déformation à l'équilibre sur le nombre de neutrons et de protons pour les noyaux avec Z = 104-120. L'énergie de déformation est définie comme la différence entre les énergies des noyaux à l'équilibre et sous forme sphérique. D’après ces données, il ressort clairement que dans les régions Z = 114 et N = 184, il devrait y avoir des noyaux ayant une forme sphérique dans l’état fondamental. Tous les noyaux super-lourds découverts à ce jour (ils sont représentés sur la figure 5 sous forme de losanges sombres) sont déformés. Les diamants clairs montrent des noyaux stables par rapport à la désintégration β. Ces noyaux doivent se désintégrer par désintégration α ou fission. Le principal canal de désintégration devrait être la désintégration α.

Les demi-vies des isotopes pairs-pairs β-stables sont présentées sur la figure. 6. Selon ces prévisions, les demi-vies de la plupart des noyaux devraient être beaucoup plus longues que celles observées pour les noyaux super-lourds déjà découverts (0,1 à 1 ms). Par exemple, pour le noyau 292110, une durée de vie d’environ 51 ans est prévue.
Ainsi, selon les calculs microscopiques modernes, la stabilité des noyaux super-lourds augmente fortement à mesure qu'ils se rapprochent du nombre magique des neutrons N = 184. Jusqu'à récemment, le seul isotope d'un élément avec Z = 112 était l'isotope 277 112, qui a un demi- durée de vie de 0,24 ms. L'isotope le plus lourd 283112 a été synthétisé dans la réaction de fusion froide 48 Ca + 238 U. Durée d'irradiation 25 jours. Le nombre total d'ions 48 Ca sur la cible est de 3,5·10 18. Deux cas ont été enregistrés, interprétés comme une fission spontanée de l'isotope résultant 283 112. La demi-vie de ce nouvel isotope a été estimée à T 1/2 = 81 s. Ainsi, il est clair qu'une augmentation du nombre de neutrons dans l'isotope 283112 par rapport à l'isotope 277112 de 6 unités augmente la durée de vie de 5 ordres de grandeur.

Sur la fig. La figure 7 montre la durée de vie mesurée des isotopes du seaborgium Sg (Z = 106) en comparaison avec les prédictions de divers modèles théoriques. Il convient de noter la diminution de la durée de vie de l'isotope avec N = 164 de presque un ordre de grandeur par rapport à la durée de vie de l'isotope avec N = 162.
L'approche la plus proche de l'îlot de stabilité peut être obtenue dans la réaction 76 Ge + 208 Pb. Un noyau super-lourd, presque sphérique, peut être formé lors d’une réaction de fusion suivie de l’émission de quanta γ ou d’un seul neutron. Selon les estimations, le noyau 284 114 résultant devrait se désintégrer avec l'émission de particules α avec une demi-vie d'environ 1 ms. Des informations supplémentaires sur l'occupation de la coquille dans la région N = 162 peuvent être obtenues en étudiant les désintégrations α des noyaux 271 108 et 267 106. Des demi-vies de 1 min sont prédites pour ces noyaux. et 1 heure. Pour les noyaux 263 106, 262 107, 205 108, 271 273 110, une isomérie est attendue, dont la raison est le remplissage des sous-couches avec j = 1/2 et j = 13/2 dans la région N = 162 pour les noyaux déformés dans le sol État.

Sur la fig. La figure 8 montre les fonctions d'excitation mesurées expérimentalement pour la réaction de formation des éléments Rf (Z = 104) et Hs (Z = 108) pour les réactions de fusion des ions incidents 50 Ti et 56 Fe avec un noyau cible 208 Pb.
Le noyau composé résultant est refroidi par l’émission d’un ou deux neutrons. Les informations sur les fonctions d'excitation des réactions de fusion d'ions lourds sont particulièrement importantes pour l'obtention de noyaux super-lourds. Dans la réaction de fusion d’ions lourds, il est nécessaire d’équilibrer précisément les effets des forces coulombiennes et des forces de tension superficielle. Si l'énergie de l'ion incident n'est pas suffisamment élevée, alors la distance d'approche minimale ne sera pas suffisante pour la fusion du système nucléaire binaire. Si l’énergie de la particule incidente est trop élevée, le système résultant aura une énergie d’excitation élevée et se désintégrera très probablement en fragments. Une fusion efficace se produit dans une plage d’énergie plutôt étroite des particules en collision.

Les réactions de fusion avec émission d'un nombre minimum de neutrons (1-2) sont particulièrement intéressantes, car dans les noyaux super-lourds synthétisés, il est souhaitable d’avoir le rapport N/Z le plus grand possible. Sur la fig. La figure 9 montre le potentiel de fusion des noyaux dans la réaction
64 Ni + 208 Pb 272 110. Les estimations les plus simples montrent que la probabilité de l'effet tunnel pour la fusion nucléaire est de ~ 10 -21, ce qui est nettement inférieur à la valeur observée de la section efficace. Cela peut s’expliquer comme suit. A une distance de 14 fm entre les centres des noyaux, l'énergie cinétique initiale de 236,2 MeV est entièrement compensée par le potentiel coulombien. A cette distance, seuls les nucléons situés à la surface du noyau sont en contact. L'énergie de ces nucléons est faible. Par conséquent, il existe une forte probabilité que des nucléons ou des paires de nucléons quittent les orbitales d'un noyau et se déplacent vers les états libres du noyau partenaire. Le transfert de nucléons d'un noyau incident vers un noyau cible est particulièrement intéressant dans le cas où l'isotope doublement magique du plomb 208 Pb est utilisé comme cible. Dans 208 Pb, la sous-couche de protons h 11/2 et les sous-couches de neutrons h 9/2 et i 13/2 sont remplies. Initialement, le transfert de protons est stimulé par les forces d'attraction proton-proton, et après avoir rempli la sous-couche h 9/2, par les forces d'attraction proton-neutron. De même, les neutrons se déplacent vers la sous-couche libre i 11/2, attirés par les neutrons de la sous-couche déjà remplie i 13/2. En raison de l'énergie d'appariement et des moments angulaires orbitaux importants, le transfert d'une paire de nucléons est plus probable que le transfert d'un seul nucléon. Après le transfert de deux protons de 64 Ni 208 Pb, la barrière coulombienne diminue de 14 MeV, ce qui favorise un contact plus étroit des ions en interaction et la poursuite du processus de transfert de nucléons.
Dans les travaux de [V.V. Volkov. Réactions nucléaires de transferts profondément inélastiques. M. Energoizdat, 1982 ; V.V. Volkov. Izv. Académie des sciences de l'URSS, série physique, 1986, vol. 1879], le mécanisme de la réaction de fusion a été étudié en détail. Il est montré que déjà au stade de la capture, un double système nucléaire se forme après la dissipation complète de l'énergie cinétique de la particule incidente et les nucléons de l'un des noyaux sont progressivement transférés, coque par coque, vers l'autre noyau. Autrement dit, la structure en coque des noyaux joue un rôle important dans la formation du noyau composé. Sur la base de ce modèle, il a été possible de décrire assez bien l'énergie d'excitation des noyaux composés et la section efficace pour la formation de 102 à 112 éléments dans les réactions de fusion froide.
Au Laboratoire des Réactions Nucléaires du nom. G.N. Flerov (Dubna) a synthétisé un élément avec Z = 114. La réaction a été utilisée

L'identification du noyau 289 114 a été réalisée à l'aide d'une chaîne de désintégrations α. Évaluation expérimentale de la demi-vie de l'isotope 289 114 ~30 s. Le résultat obtenu est en bon accord avec les calculs effectués précédemment.
Lors de la synthèse de l'élément 114 dans la réaction 48 Cu + 244 Pu, le rendement maximum est obtenu par le canal avec l'évaporation de trois neutrons. Dans ce cas, l'énergie d'excitation du noyau composé 289 114 était de 35 MeV.
La séquence théoriquement prédite des désintégrations se produisant avec le noyau 296 116 formé lors de la réaction est présentée sur la figure 10.

Riz. 10. Schéma de désintégration nucléaire 296 116

Le noyau 296 116 est refroidi par l'émission de quatre neutrons et se transforme en isotope 292 116, qui ensuite, avec une probabilité de 5 %, à la suite de deux captures électroniques successives, se transforme en isotope 292 114. Grâce à α -désintégration (T 1/2 = 85 jours), l'isotope 292 114 se transforme en isotope 288 112. La formation de l'isotope 288 112 se produit également par le canal

Le noyau final 288 112 issu des deux chaînes a une demi-vie d'environ 1 heure et se désintègre par fission spontanée. Avec une probabilité d'environ 10 %, à la suite de la désintégration α de l'isotope 288 114, l'isotope 284 112 peut être formé. Les périodes et canaux de désintégration ci-dessus ont été obtenus par calcul.
Lors de l'analyse des différentes possibilités de formation d'éléments super-lourds lors de réactions avec des ions lourds, les circonstances suivantes doivent être prises en compte.

1. Il est nécessaire de créer un noyau avec un rapport nombre de neutrons/nombre de protons suffisamment grand. Par conséquent, les ions lourds avec un N/Z élevé doivent être choisis comme particule incidente.
2. Il est nécessaire que le noyau composé résultant ait une faible énergie d'excitation et un petit moment cinétique, sinon la hauteur effective de la barrière de fission diminuera.
3. Il est nécessaire que le noyau résultant ait une forme proche de la sphérique, car même une légère déformation entraînera une fission rapide du noyau super-lourd.

Une méthode très prometteuse pour produire des noyaux super-lourds sont les réactions telles que 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es. Sur la fig. La figure 11 montre les sections efficaces estimées pour la formation d'éléments transuraniens lors de l'irradiation de cibles constituées de 248 Cm, 249 Cf et 254 Es avec des ions 238 U accélérés. Dans ces réactions, les premiers résultats sur les sections efficaces de formation d'éléments avec Z > 100 ont déjà été obtenus. Pour augmenter les rendements des réactions étudiées, les épaisseurs cibles ont été choisies de manière à ce que les produits de réaction restent en place. la cible. Après irradiation, les éléments chimiques individuels ont été séparés de la cible. Des produits de désintégration α et des fragments de fission ont été enregistrés dans les échantillons obtenus sur plusieurs mois. Les données obtenues à l'aide d'ions uranium accélérés indiquent clairement une augmentation du rendement en éléments transuraniens lourds par rapport aux ions de bombardement plus légers. Ce fait est extrêmement important pour résoudre le problème de la fusion des noyaux super-lourds. Malgré les difficultés liées au travail avec des objectifs appropriés, les prévisions de progrès vers un Z élevé semblent plutôt optimistes.

Les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des noyaux super-lourds ont été incroyablement impressionnants. Cependant, jusqu’à présent, toutes les tentatives visant à découvrir l’îlot de stabilité n’ont pas abouti. Sa recherche se poursuit intensivement.

Les travaux ont été réalisés au Laboratoire des Réactions Nucléaires (NLNR) du nom. G.N. Flerov de l'Institut commun de recherche nucléaire de Doubna (JINR) avec succès. Les propriétés du 117e et des éléments N 112-116 et 118 précédemment synthétisés à Doubna sont une preuve directe de l'existence de ce qu'on appelle « l'îlot de stabilité » des éléments super-lourds, prédit par les théoriciens dans les années 60 du siècle dernier et de manière significative élargir les limites du tableau périodique. Les éditeurs des Izvestia ont été informés de cette expérience unique en mars par le chef du FLNR, l'académicien Yuri Oganesyan, mais ce n'est que maintenant qu'il a donné l'autorisation de publication. L'auteur de la découverte, l'académicien Yuri Oganesyan, a expliqué à l'observateur Piotr Obraztsov l'essence de l'expérience.

Izvestia : Qu'est-ce qui a motivé l'intérêt des scientifiques pour la synthèse d'éléments super-lourds, qui existent depuis un temps insignifiant ?

Yuri Oganesyan : Après la découverte des premiers éléments artificiels - le neptunium et le plutonium - en 1940-1941, la question des limites de l'existence des éléments est devenue extrêmement intéressante pour la science fondamentale de la structure de la matière. À la fin du siècle dernier, 17 éléments artificiels avaient été découverts et leur stabilité nucléaire diminuait fortement avec l’augmentation du numéro atomique. En passant du 92ème élément - l'uranium - au 102ème élément - le Nobelium, la demi-vie du noyau diminue de 16 ordres de grandeur : de 4,5 milliards d'années à plusieurs secondes. Par conséquent, on pensait que l’avancée dans la région d’éléments encore plus lourds conduirait à la limite de leur existence, marquant essentiellement la limite de l’existence du monde matériel. Cependant, au milieu des années 60, des théoriciens ont avancé de manière inattendue une hypothèse sur l'existence possible de noyaux atomiques super-lourds. Selon les calculs, la durée de vie des noyaux de numéro atomique 110-120 aurait dû augmenter considérablement à mesure que le nombre de neutrons qu'ils contiennent augmentait. Selon de nouvelles idées, ils forment un vaste « îlot de stabilité » d'éléments super-lourds, ce qui élargit considérablement les limites de la table des éléments.
et : Était-il possible de le confirmer expérimentalement ?

Oganesyan : En 1975-1996, des physiciens de Dubna, Darmstadt (GSI, Allemagne), Tokyo (RIKEN) et Berkeley (LBNL, USA) ont réussi à étudier ces réactions et à synthétiser six nouveaux éléments. Les éléments les plus lourds 109-112 ont été obtenus pour la première fois au GSI et répétés au RIKEN. Mais les demi-vies des noyaux les plus lourds produits dans ces réactions n’étaient que de dix millièmes, voire de millièmes de seconde. L'hypothèse de l'existence d'éléments super-lourds a été confirmée pour la première fois expérimentalement à Doubna, dans le cadre de recherches menées par notre groupe en collaboration avec des scientifiques du Laboratoire national. Lawrence Livermore (États-Unis). Nous avons réussi à changer radicalement l'approche de la synthèse des noyaux super-lourds, par exemple en tirant sur une cible constituée de l'élément artificiel berkelium (N 97) avec un faisceau de projectile provenant d'un isotope du calcium extrêmement rare et coûteux (N 20) avec un masse de 48. Lorsque les noyaux sont fusionnés, élément N 117 (97 + 20 = 117). Les résultats ont dépassé même les attentes les plus optimistes. En 2000-2004, presque en cinq ans, c'est dans de telles réactions que des éléments superlourds de numéros atomiques 114, 116 et 118 ont été synthétisés pour la première fois.

et : Quelle a été exactement la contribution scientifique apportée par les scientifiques américains ?

Oganesyan : Dans une réaction nucléaire avec un faisceau de calcium, l'élément 117 ne peut être obtenu qu'en utilisant une cible constituée de l'élément artificiel berkelium. La demi-vie de cet isotope n'est que de 320 jours. En raison de sa courte durée de vie, la production de berkelium en quantité requise (20 à 30 milligrammes) doit être effectuée dans un réacteur à très haute densité de flux neutronique. Seul le réacteur isotopique du Laboratoire national américain d'Oak Ridge peut accomplir une telle tâche. D’ailleurs, c’est dans ce laboratoire que le plutonium destiné à la bombe atomique américaine a été produit pour la première fois. Étant donné qu'à partir du moment de la production du berkelium, sa quantité diminue de moitié après 320 jours, il a fallu effectuer tous les travaux à un rythme élevé. Et pas seulement dans les laboratoires, mais aussi dans les structures officielles en Russie et aux États-Unis liées à la certification des matières inhabituelles, au transport d'un produit hautement radioactif par voie terrestre et aérienne, aux mesures de sécurité, etc.

et : Digne d’un récit d’aventures. Que s'est-il passé ensuite ?

Oganesyan : Début juin 2009, le conteneur est arrivé à Moscou. A partir de cette substance, une cible a été réalisée à l'Institut de recherche sur les réacteurs nucléaires (Dimitrovgrad) sous la forme d'une fine couche de berkelium (300 nanomètres) déposée sur une fine feuille de titane ; en juillet, la cible a été livrée à Doubna. À ce moment-là, tous les travaux préparatoires au FLNR étaient terminés et l’irradiation continue de la cible avec un faisceau intense de calcium commençait. Déjà lors de la première irradiation de la cible d'une durée de 70 jours, nous avons eu de la chance : les détecteurs ont enregistré cinq fois une image de la formation et de la désintégration des noyaux du 117ème élément. Comme prévu, les noyaux de cet élément se sont transformés en noyaux de l'élément 115, l'élément 115 s'est transformé en élément 113, puis l'élément 113 s'est transformé en élément 111. Et l’élément 111 s’est désintégré avec une demi-vie de 26 secondes. À l’échelle nucléaire, c’est un moment immense ! Maintenant, le tableau périodique a été reconstitué avec un autre des éléments les plus lourds portant le numéro atomique 117.

et : Nos lecteurs seront naturellement intéressés par les applications pratiques que votre découverte pourrait avoir.

Oganesyan : Maintenant, bien sûr, aucun, car seuls quelques atomes de l'élément N 117 ont été obtenus. D'un point de vue fondamental, les idées sur notre monde devraient maintenant changer considérablement. De plus, si des éléments avec une demi-vie énorme sont synthétisés, il est alors possible qu'ils existent dans la nature et puissent « survivre » jusqu'à nos jours depuis la formation de la Terre - 4,5 milliards d'années. Et nous menons des expériences pour les rechercher ; notre installation est située au cœur des montagnes alpines.

et : Une question d’un autre plan. Pourquoi, à votre avis, les succès évidents de la physique nucléaire au cours des 20 dernières années n’ont-ils pas reçu de prix Nobel ?

Oganesyan : La physique est un domaine important. Apparemment, les membres du comité Nobel s'intéressent davantage à d'autres domaines de cette science. Et il y a vraiment beaucoup de scientifiques dignes de ce nom. À propos, je dois nommer les participants à notre expérience : Oak Ridge National Laboratory (Prof. James Roberto), Université. Vanderbilt (Prof. Joseph Hamilton), Laboratoire national. Lawrence Livermore (Dawn Shaughnessy), Institut de recherche sur les réacteurs nucléaires, Dimitrovgrad (Mikhail Ryabinin) et Laboratoire des réactions nucléaires du JINR (chef Yuri Oganesyan).

De l'éditeur. Provisoirement, l'élément N 117 sera appelé « un-un-sept » en latin, c'est-à-dire ununseptium. Le groupe de l'académicien Yuri Oganesyan - les auteurs de la découverte - a parfaitement le droit de donner un vrai nom à cet élément, ainsi qu'aux éléments N 114-116 et 118 découverts par eux. Dans la "Semaine" du 26 mars, nous avons invité les lecteurs à le faire. soumettre leurs propositions pour le nom de « nos » éléments. Pour l’instant, seul « bouclé » pour l’un de ces éléments semble raisonnable. La compétition continue.

Il existe également des restrictions sur l'existence de noyaux atomiques issus d'éléments super-lourds. Les éléments avec Z > 92 n'ont pas été trouvés dans des conditions naturelles. Les calculs utilisant le modèle de gouttelettes liquides prédisent la disparition de la barrière de fission pour les noyaux avec Z2/A ≈ 46 (environ l'élément 112). Dans le problème de la synthèse des noyaux super-lourds, deux problématiques doivent être distinguées.

1. Quelles propriétés devraient avoir les noyaux super-lourds ? Y aura-t-il des nombres magiques dans cette région de Z et N. Quels sont les principaux canaux de désintégration et demi-vies des noyaux super-lourds ?
2. Quelles réactions doivent être utilisées pour synthétiser des noyaux super-lourds, les types de noyaux bombardants, les valeurs de section efficace attendues, les énergies d'excitation attendues du noyau composé et les canaux de désexcitation ?

Étant donné que la formation de noyaux super-lourds résulte de la fusion complète du noyau cible et de la particule incidente, il est nécessaire de créer des modèles théoriques décrivant la dynamique du processus de fusion de deux noyaux en collision en un noyau composé.
Le problème de la synthèse d'éléments super-lourds est étroitement lié au fait que les noyaux avec Z,N = 8, 20, 28, 50, 82, N = 126 (nombres magiques) ont une stabilité accrue par rapport à divers modes de désintégration radioactive. Ce phénomène s'explique dans le cadre du modèle des coquilles : les nombres magiques correspondent aux coquilles remplies. Naturellement, la question se pose de l'existence des nombres magiques suivants dans Z et N. S'ils existent dans la région du diagramme N-Z des noyaux atomiques N > 150, Z > 101, des noyaux super-lourds devraient être observés avec des demi-vies augmentées, c'est-à-dire il doit y avoir une île de stabilité. Dans les travaux, basés sur des calculs effectués à l'aide du potentiel de Woods-Saxon prenant en compte l'interaction spin-orbite, il a été montré qu'il fallait s'attendre à une augmentation de la stabilité des noyaux pour un noyau avec Z = 114, c'est-à-dire le prochain une coquille de protons remplie correspond à Z = 114, une coquille de neutrons remplie correspond au nombre N ~ 184. Les coques fermées peuvent augmenter considérablement la hauteur de la barrière de fission et, par conséquent, augmenter la durée de vie du noyau. Ainsi, dans cette région de noyaux (Z = 114, N ~ 184), vous devriez chercher l’Île de Stabilité. Le même résultat a été obtenu indépendamment dans le travail.
Les noyaux avec Z = 101-109 ont été découverts avant 1986 et ont été nommés : 101 - Md (Menelevium), 102 - No (Nobelium), 103 - Lr (Lawrencium), 104 - Rf (Rutherfordium, 106 - Sg (Seaborgium), 107 - Ns (Nielsborium), 108 - Hs (Hassium), 109 - Mt (Meitnerium), Compte tenu des mérites des chercheurs de Doubna dans la découverte d'un grand nombre d'isotopes d'éléments lourds (102-105), en 1997, une décision de l'Assemblée Générale de Chimie Pure et Appliquée a été attribuée à l'élément avec Z = 105 le nom Dubnium (Db) a été attribué à cet élément auparavant Ha (Hannium).

Riz. 12.3. Chaînes de désintégration des isotopes Ds (Z = 110), Rg (Z = 111), Cn (Z = 112).

Une nouvelle étape dans l'étude des noyaux super-lourds a commencé en 1994, lorsque l'efficacité de l'enregistrement a été considérablement augmentée et la technique d'observation des noyaux super-lourds a été améliorée. En conséquence, les isotopes Ds (Z = 110), Rg (Z = 111) et Cn (Z = 112) ont été découverts.
Pour obtenir des noyaux super-lourds, des faisceaux accélérés de 50 Ti, 51 V, 58 Fe, 62 Ni, 64 Ni, 70 Zn et 82 Se ont été utilisés. Les isotopes 208 Pb et 209 Bi ont été utilisés comme cibles. Divers isotopes de l'élément 110 ont été synthétisés au Laboratoire des réactions nucléaires du nom. G.N. Flerov en utilisant la réaction 244 Pu(34 S,5n) 272 110 et au GSI (Darmstadt) dans la réaction 208 Pb(62 Ni,n) 269 110. Les isotopes 269 Ds, 271 Ds, 272 Rg et 277 Cn ont été enregistrés selon à leurs chaînes de désintégration (Fig. 12.3).
Les modèles théoriques jouent un rôle majeur dans la production d'éléments super-lourds, à l'aide desquels sont calculées les caractéristiques attendues des éléments chimiques et les réactions dans lesquelles ils peuvent se former.
Sur la base de divers modèles théoriques, les caractéristiques de désintégration des noyaux super-lourds ont été calculées. Les résultats d'un tel calcul sont présentés dans la Fig. 12.4. Les demi-vies des noyaux pairs et super-lourds sont données par rapport à la fission spontanée (a), à la désintégration α (b), à la désintégration β (c) et à tous les processus de désintégration possibles (d). Le noyau le plus stable par rapport à la fission spontanée (Fig. 12.4a) est le noyau avec Z = 114 et N = 184. Pour lui, la demi-vie par rapport à la fission spontanée est d'environ 10 à 16 ans. Pour les isotopes de l'élément 114 qui diffèrent du plus stable de 6 à 8 neutrons, les demi-vies diminuent de
10 à 15 ordres de grandeur. Les demi-vies relatives à la désintégration α sont présentées sur la figure. 12.5b. Le noyau le plus stable se situe dans la région Z = 114 et N = 184 (T 1/2 = 10 15 ans).
Les noyaux stables par rapport à la désintégration β sont représentés sur la Fig. 12,4 V avec points sombres. Sur la fig. La figure 12.4d montre les demi-vies totales, qui pour les noyaux pairs situés à l'intérieur du contour central sont d'environ 10,5 ans. Ainsi, après avoir pris en compte tous les types de désintégration, il s’avère que les noyaux situés au voisinage de Z = 110 et N = 184 forment un « îlot de stabilité ». Le noyau 294 110 a une demi-vie d'environ 10 9 ans. La différence entre la valeur de Z et le nombre magique 114 prédit par le modèle en coque est associée à la compétition entre la fission (par rapport à laquelle le noyau avec Z = 114 est le plus stable) et la désintégration α (par rapport à laquelle les noyaux avec Z inférieur sont les plus stables). écurie). Les noyaux pairs et impairs ont des demi-vies par rapport à
La désintégration α et la fission spontanée augmentent, et par rapport à la désintégration β, elles diminuent. Il convient de noter que les estimations ci-dessus dépendent fortement des paramètres utilisés dans les calculs et ne peuvent être considérées que comme des indications de la possibilité de l'existence de noyaux super-lourds ayant des durées de vie suffisamment longues pour leur détection expérimentale.

Riz. 12.4. Demi-vies calculées pour les noyaux pairs-pairs super-lourds (les chiffres représentent les demi-vies en années) :
a - concernant la fission spontanée, b - désintégration α, c - capture électronique et désintégration β, d - pour tous les processus de désintégration

Les résultats d'un autre calcul de la forme d'équilibre des noyaux super-lourds et de leurs demi-vies sont présentés sur la Fig. 12.5, 12.6. Sur la fig. La figure 12.5 montre la dépendance de l'énergie de déformation à l'équilibre sur le nombre de neutrons et de protons pour les noyaux avec Z = 104-120. L'énergie de déformation est définie comme la différence entre les énergies des noyaux à l'équilibre et sous forme sphérique. D’après ces données, il ressort clairement que dans les régions Z = 114 et N = 184, il devrait y avoir des noyaux ayant une forme sphérique dans l’état fondamental. Tous les noyaux super-lourds découverts à ce jour (ils sont représentés sur la figure 12.5 sous forme de losanges sombres) sont déformés. Les diamants clairs montrent des noyaux stables par rapport à la désintégration β. Ces noyaux doivent se désintégrer par désintégration α ou fission. Le principal canal de désintégration devrait être la désintégration α.

Les demi-vies des isotopes pairs-pairs β-stables sont présentées sur la figure. 12.6. Selon ces prédictions, les demi-vies de la plupart des noyaux devraient être beaucoup plus longues que celles observées pour les noyaux super-lourds déjà découverts (0,1 à 1 ms). Par exemple, pour le noyau 292 Ds, une durée de vie d’environ 51 ans est prévue.
Ainsi, selon les calculs microscopiques modernes, la stabilité des noyaux super-lourds augmente fortement à mesure qu'ils se rapprochent du nombre magique des neutrons N = 184. Jusqu'à récemment, le seul isotope de l'élément Z = 112 Cn (copernicium) était l'isotope 277 Cn, qui a une demi-vie de 0,24 ms. L'isotope le plus lourd 283 Cn a été synthétisé dans la réaction de fusion froide 48 Ca + 238 U. La durée d'irradiation était de 25 jours. Le nombre total d'ions 48 Ca sur la cible est de 3,5·10 18. Deux cas ont été enregistrés qui ont été interprétés comme une fission spontanée de l'isotope résultant 283 Cn. La demi-vie estimée de ce nouvel isotope est T 1/2 = 81 s. Ainsi, il est clair qu'une augmentation du nombre de neutrons dans l'isotope 283 Cn par rapport à l'isotope 277 Cn de 6 unités augmente la durée de vie de 5 ordres de grandeur.
Sur la fig. 12.7 extraits des travaux, les périodes de désintégration α mesurées expérimentalement sont comparées aux résultats de calculs théoriques basés sur le modèle de goutte liquide sans prendre en compte la structure de la coque des noyaux. On peut constater que pour tous les noyaux lourds, à l’exception des isotopes légers de l’uranium, les effets d’enveloppe augmentent la demi-vie de 2 à 5 ordres de grandeur pour la plupart des noyaux. La structure de la coque du noyau a une influence encore plus forte sur les demi-vies de fission relativement spontanée. L'augmentation de la demi-vie des isotopes Pu est de plusieurs ordres de grandeur et augmente pour l'isotope 260 Sg.

Riz. 12.7. Demi-vies mesurées expérimentalement (• exp) et calculées théoriquement (○ Y) des éléments transuraniens sur la base du modèle de la goutte liquide sans prendre en compte la structure de l'enveloppe du noyau. L’image du haut représente la demi-vie de la désintégration α, celle du bas représente la demi-vie de la fission spontanée.

Sur la fig. La figure 12.8 montre la durée de vie mesurée des isotopes du seaborgium Sg (Z = 106) en comparaison avec les prédictions de divers modèles théoriques. Il convient de noter la diminution de la durée de vie de l'isotope avec N = 164 de presque un ordre de grandeur par rapport à la durée de vie de l'isotope avec N = 162.
L'approche la plus proche de l'îlot de stabilité peut être obtenue dans la réaction 76 Ge + 208 Pb. Un noyau super-lourd, presque sphérique, peut être formé lors d’une réaction de fusion suivie de l’émission de quanta γ ou d’un seul neutron. Selon les estimations, le noyau 284 114 résultant devrait se désintégrer avec l'émission de particules α avec une demi-vie d'environ 1 ms. Des informations supplémentaires sur l'occupation de la coquille dans la région N = 162 peuvent être obtenues en étudiant les désintégrations α des noyaux 271 Hs et 267 Sg. Des demi-vies de 1 min sont prévues pour ces noyaux. et 1 heure. Pour les noyaux 263 Sg, 262 Bh, 205 Hs, 271,273 Ds, une isomérie est attendue, dont la raison est le remplissage des sous-couches avec j = 1/2 et j = 13/2 dans la région N = 162 pour les noyaux déformés dans le état fondamental.

Sur la fig. La figure 12.9 montre les fonctions d'excitation mesurées expérimentalement pour la réaction de formation des éléments Rf (Z = 104) et Hs (Z = 108) pour les réactions de fusion des ions incidents 50 Ti et 56 Fe avec le noyau cible 208 Pb.
Le noyau composé résultant est refroidi par l’émission d’un ou deux neutrons. Les informations sur les fonctions d'excitation des réactions de fusion d'ions lourds sont particulièrement importantes pour l'obtention de noyaux super-lourds. Dans la réaction de fusion d’ions lourds, il est nécessaire d’équilibrer précisément les effets des forces coulombiennes et des forces de tension superficielle. Si l'énergie de l'ion incident n'est pas suffisamment élevée, alors la distance d'approche minimale ne sera pas suffisante pour la fusion du système nucléaire binaire. Si l’énergie de la particule incidente est trop élevée, le système résultant aura une énergie d’excitation élevée et se désintégrera très probablement en fragments. Une fusion efficace se produit dans une plage d’énergie plutôt étroite des particules en collision.

Figure 12.10. Diagramme des potentiels de fusion du 64 Ni et du 208 Pb.

Les réactions de fusion avec émission d'un nombre minimum de neutrons (1-2) sont particulièrement intéressantes, car dans les noyaux super-lourds synthétisés, il est souhaitable d’avoir le rapport N/Z le plus grand possible. Sur la fig. La figure 12.10 montre le potentiel de fusion des noyaux dans la réaction 64 Ni + 208 Pb → 272 Ds. Les estimations les plus simples montrent que la probabilité de l'effet tunnel pour la fusion nucléaire est d'environ 10 à 21, ce qui est nettement inférieur à la valeur de section efficace observée. Cela peut s’expliquer comme suit. A une distance de 14 fm entre les centres des noyaux, l'énergie cinétique initiale de 236,2 MeV est entièrement compensée par le potentiel coulombien. A cette distance, seuls les nucléons situés à la surface du noyau sont en contact. L'énergie de ces nucléons est faible. Par conséquent, il existe une forte probabilité que des nucléons ou des paires de nucléons quittent les orbitales d'un noyau et se déplacent vers les états libres du noyau partenaire. Le transfert de nucléons d'un noyau incident vers un noyau cible est particulièrement intéressant dans le cas où l'isotope doublement magique du plomb 208 Pb est utilisé comme cible. Dans 208 Pb, la sous-couche de protons h 11/2 et les sous-couches de neutrons h 9/2 et i 13/2 sont remplies. Initialement, le transfert de protons est stimulé par les forces d'attraction proton-proton, et après avoir rempli la sous-couche h 9/2, par les forces d'attraction proton-neutron. De même, les neutrons se déplacent vers la sous-couche libre i 11/2, attirés par les neutrons de la sous-couche déjà remplie i 13/2. En raison de l'énergie d'appariement et des moments angulaires orbitaux importants, le transfert d'une paire de nucléons est plus probable que le transfert d'un seul nucléon. Après le transfert de deux protons de 64 Ni 208 Pb, la barrière coulombienne diminue de 14 MeV, ce qui favorise un contact plus étroit des ions en interaction et la poursuite du processus de transfert de nucléons.
Dans les travaux de [V.V. Volkov. Réactions nucléaires de transferts profondément inélastiques. M. Energoizdat, 1982 ; V.V. Volkov. Izv. Académie des sciences de l'URSS, série physique, 1986, vol. 1879], le mécanisme de la réaction de fusion a été étudié en détail. Il est montré que déjà au stade de la capture, un double système nucléaire se forme après la dissipation complète de l'énergie cinétique de la particule incidente et les nucléons de l'un des noyaux sont progressivement transférés, coque par coque, vers l'autre noyau. Autrement dit, la structure en coque des noyaux joue un rôle important dans la formation du noyau composé. Sur la base de ce modèle, il a été possible de décrire assez bien l'énergie d'excitation des noyaux composés et la section efficace de formation des éléments Z = 102-112 dans les réactions de fusion froide.
Ainsi, les progrès dans la synthèse des éléments transuraniens Z = 107-112 ont été associés à la « découverte » de réactions de fusion froide dans lesquelles les isotopes magiques 208 Pb et 209 Bi étaient irradiés avec des ions avec Z = 22-30. Le noyau formé lors de la réaction de fusion froide est faiblement chauffé et refroidit à la suite de l'émission d'un neutron. C'est ainsi que des isotopes d'éléments chimiques avec Z = 107-112 ont été obtenus pour la première fois. Ces éléments chimiques ont été obtenus entre 1978 et 1998. en Allemagne dans un accélérateur spécialement construit au centre de recherche GSI de Darmstadt. Cependant, la poursuite des progrès vers des noyaux plus lourds à l’aide de cette méthode s’avère difficile en raison de l’augmentation de la barrière potentielle entre les noyaux en collision. Par conséquent, une autre méthode de production de noyaux super-lourds a été mise en œuvre à Doubna. Les isotopes les plus lourds des éléments chimiques obtenus artificiellement plutonium Pu (Z = 94), américium Am (Z = 95), curium Cm (Z = 96), berkelium Bk (Z = 97) et californium Cf (Z = 98) ont été utilisés. comme cibles. L'isotope du calcium 48 Ca (Z = 20) a été choisi comme ions accélérés. Une vue schématique du séparateur et du détecteur de noyaux de recul est présentée sur la Fig. 12.11.

Riz. 12.11. Vue schématique du séparateur de noyaux de recul, où sont menées à Doubna des expériences sur la synthèse d'éléments super-lourds.

Le séparateur magnétique des noyaux de recul réduit le bruit de fond des sous-produits de réaction de 10 5 à 10 7 fois. Les produits de réaction ont été enregistrés à l'aide d'un détecteur au silicium sensible à la position. L'énergie, les coordonnées et le temps de vol des noyaux de recul ont été mesurés. Après l'arrêt, tous les signaux ultérieurs provenant des particules de désintégration détectées doivent provenir du point d'arrêt du noyau implanté. La technique créée a permis d'établir avec un haut degré de fiabilité (≈ 100 %) une connexion entre un noyau super-lourd arrêté dans le détecteur et ses produits de désintégration. Grâce à cette technique, des éléments super-lourds avec
Z = 110-118 (tableau 12.2).
Le tableau 12.2 montre les caractéristiques des éléments chimiques super-lourds avec Z = 110-118 : nombre de masse A, m - présence d'un état isomère dans un isotope de nombre de masse A, parité de spin JP, énergie de liaison nucléaire Est, énergie de liaison spécifique ε, énergies de séparation des neutrons B n et du proton B p , demi-vie T 1/2 et principaux canaux de désintégration.
Les éléments chimiques Z > 112 n'ont pas encore de noms et sont donnés dans des notations internationales acceptées.

Tableau 12.2

Caractéristiques des éléments chimiques super-lourds Z = 110-118

Sur la fig. La figure 12.12 montre tous les isotopes les plus lourds connus avec Z = 110-118 obtenus dans des réactions de synthèse, indiquant la demi-vie mesurée expérimentalement. La position théoriquement prévue de l'îlot de stabilité est également indiquée ici (Z = 114, N = 184).

Riz. 12.12. Diagramme N-Z des éléments Z = 110-118.

Les résultats obtenus indiquent clairement une augmentation de la stabilité des isotopes à mesure qu'ils se rapprochent du noyau doublement magique (Z = 114, N = 184). L'ajout de 7 à 8 neutrons aux noyaux avec Z = 110 et 112 augmente la demi-vie de 2,8 as (Ds-267) à ≈ 10 s (Ds-168, Ds 271). La demi-vie T 1/2 (272 Rg, 273 Rg) ≈ 4–5 ms augmente jusqu'à T 1/2 (283 Rg) ≈ 10 min. Les isotopes les plus lourds des éléments Z = 110-112 contiennent ≈ 170 neutrons, ce qui est encore loin du nombre magique N = 184. Tous les isotopes les plus lourds avec Z > 111 et N > 172 se désintègrent principalement en conséquence.
Désintégration α, fission spontanée - une désintégration plus rare. Ces résultats sont en bon accord avec les prédictions théoriques.
Au Laboratoire des Réactions Nucléaires du nom. G.N. Flerov (Dubna) a synthétisé un élément avec Z = 114. La réaction a été utilisée

L'identification du noyau 289 114 a été réalisée à l'aide d'une chaîne de désintégrations α. Évaluation expérimentale de la demi-vie de l'isotope 289 114 ~30 s. Le résultat obtenu est en bon accord avec les calculs effectués précédemment.
Lors de la synthèse de l'élément 114 dans la réaction 48 Cu + 244 Pu, le rendement maximal en isotopes avec Z = 114 a été observé dans le canal avec l'évaporation de trois neutrons. Dans ce cas, l'énergie d'excitation du noyau composé 289 114 était de 35 MeV.
La séquence théoriquement prédite des désintégrations se produisant avec le noyau 296 116 formé lors de la réaction 248 Cm + 48 Ca → 296 116 est illustrée à la Fig. 12.13.

Riz. 12.13. Diagramme de désintégration nucléaire 296 116.

L'isotope 296 116 se refroidit suite à l'émission de quatre neutrons et se transforme en isotope 292 116, qui ensuite, avec une probabilité de 5 %, à la suite de deux captures électroniques consécutives, se transforme en isotope 292 114. En conséquence de la désintégration α (T 1/2 = 85 jours ), l'isotope 292 114 se transforme en isotope 288 112. La formation de l'isotope 288 112 se produit également par le canal

Le noyau final 288 112 issu des deux chaînes a une demi-vie d'environ 1 heure et se désintègre par fission spontanée. Avec une probabilité d'environ 10 %, à la suite de la désintégration α de l'isotope 288 114, l'isotope 284 112 peut être formé. Les périodes et canaux de désintégration ci-dessus ont été obtenus par calcul.
Sur la fig. La figure 12.14 montre une chaîne de désintégrations α successives de l'isotope 288115, mesurées lors d'expériences à Doubna. ER est l'énergie du noyau de recul implanté dans un détecteur au silicium sensible à la position. On peut noter un bon accord dans les demi-vies et les énergies des désintégrations α dans les trois expériences, ce qui indique la fiabilité de la méthode d'identification des éléments super-lourds à l'aide de mesures des spectres des particules α.

Riz. 12.14. Une chaîne de désintégrations α successives de l'isotope 288115, mesurée lors d'expériences à Doubna.

L'élément le plus lourd produit en laboratoire avec Z = 118 a été synthétisé dans la réaction

48 Ca + 249 Cf → 294 118 + 3n.

Aux énergies ioniques proches de la barrière coulombienne, trois cas de formation de l'élément 118 ont été observés. 294 118 noyaux ont été implantés dans un détecteur au silicium et une chaîne de désintégrations α successives a été observée. La section transversale pour la formation de l'élément 118 était d'environ 2 picobarns. La demi-vie de l'isotope 293118 est de 120 ms.
Sur la fig. La figure 12.15 montre une chaîne théoriquement calculée de désintégrations α successives de l'isotope 293 118 et montre les demi-vies des noyaux filles formés à la suite des désintégrations α.

Riz. 12h15. Une chaîne de désintégrations α successives de l'isotope 293 118.
Les durées de vie moyennes des noyaux filles formés à la suite de désintégrations α sont indiquées.

Lors de l'analyse des différentes possibilités de formation d'éléments super-lourds lors de réactions avec des ions lourds, les circonstances suivantes doivent être prises en compte.

1. Il est nécessaire de créer un noyau avec un rapport nombre de neutrons/nombre de protons suffisamment grand. Par conséquent, les ions lourds avec un N/Z élevé doivent être choisis comme particule incidente.
2. Il est nécessaire que le noyau composé résultant ait une faible énergie d'excitation et un petit moment cinétique, sinon la hauteur effective de la barrière de fission diminuera.
3. Il est nécessaire que le noyau résultant ait une forme proche de la sphérique, car même une légère déformation entraînera une fission rapide du noyau super-lourd.

Une méthode très prometteuse pour produire des noyaux super-lourds sont les réactions telles que 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es. Sur la fig. La figure 12.16 montre les sections efficaces estimées pour la formation d'éléments transuraniens lors de l'irradiation de cibles de 248 Cm, 249 Cf et 254 Es avec des ions 238 U accélérés. Dans ces réactions, les premiers résultats sur les sections efficaces de formation d'éléments avec Z > 100 ont déjà été obtenus. Pour augmenter les rendements des réactions étudiées, les épaisseurs cibles ont été choisies de manière à ce que les produits de réaction restent en place. la cible. Après irradiation, les éléments chimiques individuels ont été séparés de la cible. Des produits de désintégration α et des fragments de fission ont été enregistrés dans les échantillons obtenus sur plusieurs mois. Les données obtenues à l'aide d'ions uranium accélérés indiquent clairement une augmentation du rendement en éléments transuraniens lourds par rapport aux ions de bombardement plus légers. Ce fait est extrêmement important pour résoudre le problème de la fusion des noyaux super-lourds. Malgré les difficultés liées au travail avec des objectifs appropriés, les prévisions de progrès vers un Z élevé semblent plutôt optimistes.

Riz. 12.16. Estimations des sections efficaces de formation d'éléments transuraniens dans les réactions du 238 U avec 248 Cm, 249 Cf et 254 Es

Les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des noyaux super-lourds ont été incroyablement impressionnants. Cependant, toutes les tentatives pour découvrir l’Île de Stabilité ont jusqu’à présent échoué. Sa recherche se poursuit intensivement.
La structure en coque des noyaux atomiques joue un rôle important dans l’augmentation de la stabilité des noyaux super-lourds. Les nombres magiques Z ≈ 114 et N ≈ 184, s'ils existent réellement, peuvent conduire à une augmentation significative de la stabilité des noyaux atomiques. Il est également significatif que la désintégration des noyaux super-lourds se produise à la suite de la désintégration α, ce qui est important pour le développement de méthodes expérimentales de détection et d'identification de nouveaux noyaux super-lourds.