ХЯЗГААР БАЙНА УУ?
ТОГТМОЛ ХҮСНЭГТ
Д.И.МЕНДЕЛЕЕВ?

ШИНЭ ЭЛЕМЕНТҮҮДИЙГ НЭЭЖ БАЙНА

ПХимийн элементүүдийг системчлэх асуудал 19-р зууны дунд үеэс бидний эргэн тойрон дахь бодисын олон янз байдал нь харьцангуй цөөн тооны химийн элементүүдийн янз бүрийн хослолын үр дүн болох нь тодорхой болсон үед олны анхаарлыг татсан.

Элементүүд ба тэдгээрийн нэгдлүүдийн эмх замбараагүй байдлын үед Оросын агуу химич Д.И.

1869 оны 3-р сарын 1-ний өдрийг Менделеев шинжлэх ухааны нийгэмлэгт зарласан үечилсэн хуулийг нээсэн өдөр гэж тооцогддог. Эрдэмтэн тухайн үед мэдэгдэж байсан 63 элементийг хүснэгтэндээ байрлуулсан бөгөөд эдгээр элементүүд болон тэдгээрийн нэгдлүүдийн үндсэн шинж чанар нь атомын масс нэмэгдэх тусам үе үе өөрчлөгддөг. Хүснэгтийн хэвтээ ба босоо чиглэлд элементүүдийн шинж чанарт ажиглагдсан өөрчлөлтүүд нь хатуу дүрмийг дагаж мөрддөг. Жишээлбэл, Ia бүлгийн элементүүдэд тодорхой илэрхийлэгдсэн металл (үндсэн) шинж чанар нь хэвтээ хүснэгтийн дагуу атомын масс нэмэгдэхийн хэрээр буурч, босоо чиглэлд нэмэгддэг.

Олдсон хуулинд үндэслэн Менделеев хараахан нээгдээгүй хэд хэдэн элементийн шинж чанар, тэдгээрийн үелэх систем дэх байр суурийг урьдчилан таамагласан. 1875 онд аль хэдийн "экаалюминий" (галлий) нээгдсэн бол дөрвөн жилийн дараа "экабор" (скандий), 1886 онд "экасиликон" (германий) гарч ирэв. Дараагийн жилүүдэд үечилсэн хүснэгт нь шинэ элементүүдийг хайх, тэдгээрийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглахад чиглүүлэгч болж ирсэн бөгөөд одоо ч үйлчилсээр байна.

Гэсэн хэдий ч Менделеев өөрөө ч, түүний үеийнхэн ч элементүүдийн шинж чанаруудын үечилсэн байдлын шалтгаан юу вэ, үелэх системийн хил хаана, хаана байдаг вэ гэсэн асуултад хариулж чадаагүй юм. Менделеев элементүүдийн шинж чанар ба атомын массын хоорондын хамаарлын шалтгаан нь атомуудын нарийн төвөгтэй байдалд оршдог гэж үздэг.

Химийн элементүүдийн үечилсэн системийг бий болгосноос хойш олон жилийн дараа л атомын цогц бүтэц нь Э.Резерфорд, Н.Бор болон бусад эрдэмтдийн бүтээлээр нотлогдсон. Атомын физикийн дараагийн ололт амжилт нь химийн элементүүдийн үелэх системийн олон ойлгомжгүй асуудлыг шийдвэрлэх боломжтой болсон. Юуны өмнө үелэх систем дэх элементийн байрыг атомын массаар бус харин цөмийн цэнэгээр тодорхойлдог болох нь тогтоогдсон. Элементүүд ба тэдгээрийн нэгдлүүдийн химийн шинж чанарын үечилсэн шинж чанар тодорхой болсон.

Атомыг төв хэсэгт эерэг цэнэгтэй цөм, сөрөг цэнэгтэй электронууд тойрон эргэдэг систем гэж үзэж эхэлсэн. Энэ тохиолдолд электронууд перинуклеар орон зайд бүлэглэгдэж, электрон бүрхүүлд орж тодорхой тойрог замд хөдөлдөг.

Атомын бүх электроныг ихэвчлэн тоо, үсгээр тэмдэглэдэг. Энэхүү тэмдэглэгээний дагуу үндсэн квант тоонууд 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 нь электрон бүрхүүл, үсгүүдийг илэрхийлдэг. с, х, г, е, g– бүрхүүл бүрийн дэд бүрхүүлүүд (орбитууд) руу. Эхний бүрхүүл (цөмөөс нь тоолох) зөвхөн байна с-электронууд, хоёр дахь нь байж болно с- Тэгээд х- электрон, гурав дахь - с-, х- Тэгээд г- электрон, дөрөв дэх - с-,
х-, г- Тэгээд е- электрон гэх мэт.

Бүрхүүл бүр маш тодорхой тооны электронуудыг багтааж болно: эхнийх нь - 2, хоёр дахь нь - 8, гурав дахь нь - 18, дөрөв, тав дахь нь - энэ нь үелэх системийн үе дэх элементүүдийн тоог тодорхойлдог. Элементүүдийн химийн шинж чанарыг атомын гаднах болон өмнөх электрон бүрхүүлийн бүтцээр тодорхойлдог, өөрөөр хэлбэл. Тэд хичнээн электрон агуулдаг.

Атомын цөм нь эерэг цэнэгтэй бөөмс - протон ба цахилгаан саармаг хэсгүүд - нейтронуудаас бүрддэг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн нэг үгээр нэрлэдэг - нуклонууд. Элементийн атомын дугаар (түүний үелэх систем дэх байр) нь тухайн элементийн атомын цөм дэх протонуудын тоогоор тодорхойлогддог. Массын тоо Аэлементийн атом нь протоны тооны нийлбэртэй тэнцүү байна Зба нейтронууд Нцөмд: А = З + Н. Цөм дэх өөр өөр тооны нейтронтой ижил элементийн атомууд нь түүний изотопууд юм.

Нэг элементийн өөр өөр изотопуудын химийн шинж чанар нь бие биенээсээ ялгаатай биш боловч цөмийн шинж чанар нь ихээхэн ялгаатай байдаг. Энэ нь үндсэндээ изотопын тогтвортой байдалд (эсвэл тогтворгүй байдал) илэрдэг бөгөөд энэ нь цөм дэх протон ба нейтроны тооны харьцаанаас ихээхэн хамаардаг. Элементүүдийн хөнгөн тогтвортой изотопууд нь ихэвчлэн тэнцүү тооны протон ба нейтроноор тодорхойлогддог. Цөмийн цэнэг нэмэгдэх тусам, өөрөөр хэлбэл хүснэгтэд байгаа элементийн дарааллын дугаар нэмэгдэх тусам энэ харьцаа өөрчлөгдөнө. Тогтвортой хүнд цөмд протоноос бараг нэг хагас дахин их нейтрон байдаг.

Атомын электронуудын нэгэн адил нуклонууд нь бүрхүүл үүсгэдэг. Цөм дэх бөөмсийн тоо нэмэгдэхийн хэрээр протон ба нейтрон бүрхүүлүүд дараалан дүүрдэг. Бүрэн дүүрсэн бүрхүүлтэй цөм нь хамгийн тогтвортой байдаг. Жишээлбэл, маш тогтвортой цөмийн бүтэц нь протоны бүрхэвчээр дүүрсэн хар тугалга Pb-208 изотопоор тодорхойлогддог. З= 82) ба нейтрон ( Н = 126).

Ийм дүүргэсэн цөмийн бүрхүүлүүд нь үелэх системд тусдаа бүлгийг төлөөлдөг язгуур хийн атомуудын дүүргэсэн электрон бүрхүүлтэй төстэй юм. Бүрэн дүүрсэн протон эсвэл нейтрон бүрхүүлтэй тогтвортой атомын цөм нь тодорхой тооны "шидэт" протон эсвэл нейтрон агуулдаг: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. Тиймээс ерөнхийдөө элементийн атомууд, түүнчлэн химийн шинж чанаруудын хувьд цөмийн шинж чанарын үечилсэн байдал нь мөн өвөрмөц шинж чанартай байдаг. Изотопын цөм дэх протон ба нейтроны тооны янз бүрийн хослолуудын дунд (тэгш-тэгш; тэгш-сонд; сондгой-тэгш; сондгой-сондгой) энэ нь тэгш тооны протон ба тэгш тооны нейтрон агуулсан цөм юм. хамгийн тогтвортой байдлаараа ялгардаг.

Цөм дэх протон ба нейтроныг агуулж буй хүчний мөн чанар хараахан тодорхой болоогүй байна. Нуклонуудын хооронд маш хүчтэй таталцлын хүч үйлчилдэг бөгөөд энэ нь цөмийн тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг гэж үздэг.

TOӨнгөрсөн зууны 30-аад оны дундуур үелэх систем маш их хөгжсөн тул 92 элементийн байрлалыг харуулсан. Серийн дугаар 92 нь 1789 онд дэлхий дээр олдсон сүүлчийн байгалийн хүнд элемент болох уран байв. Хүснэгтийн 92 элементээс зөвхөн 43, 61, 85, 87 серийн дугаартай элементүүдийг 30-аад онд нарийн тодорхойлж чадаагүй байна. Тэднийг хожим олж, судалжээ. Атомын дугаар 61-тэй газрын ховор элемент болох промети нь ураны аяндаа задралын бүтээгдэхүүн болох хүдрээс бага хэмжээгээр олдсон. Алга болсон элементүүдийн атомын цөмд хийсэн дүн шинжилгээ нь тэдгээр нь бүгд цацраг идэвхт бодис бөгөөд хагас задралын хугацаа богино тул дэлхий дээр мэдэгдэхүйц концентрацитай байх боломжгүй болохыг харуулсан.

Дэлхий дээр олдсон сүүлчийн хүнд элемент нь атомын дугаар 92-той элемент байсан тул үүнийг үелэх системийн байгалийн хязгаар гэж үзэж болно. Гэсэн хэдий ч атомын физикийн ололт амжилт нь байгалиас тогтоосон үечилсэн хүснэгтийн хилийг давах боломжтой замыг зааж өгсөн юм.

b-тэй элементүүд ОУранаас илүү атомын тоог трансуран гэж нэрлэдэг. Эдгээр элементүүд нь хиймэл (синтетик) гаралтай байдаг. Тэдгээрийг байгальд байдаг элементүүдийн цөмийн хувирлын урвалаар олж авдаг.

Үелэх системийн трансуран бүсийг нээх анхны оролдлого нь бүрэн амжилтанд хүрээгүй ч нейтрон байдаг нь батлагдсаны дараахан Ромд Италийн физикч Энрико Ферми хийсэн юм. Гэхдээ зөвхөн 1940-1941 онд. Беркли дэх Калифорнийн Их Сургуулийн Америкийн эрдэмтэд анхны хоёр трансуран элемент болох нептуни (атомын дугаар 93) ба плутони (атомын дугаар 94) -ийг нээснээр амжилтанд хүрсэн.

Трансуран элементийг олж авах арга нь хэд хэдэн төрлийн цөмийн урвал дээр суурилдаг.

Эхний төрөл нь нейтроны нэгдэл юм. Энэ аргын хувьд нейтроноор цацруулсан хүнд атомуудын цөмд нейтроны аль нэг нь протон болж хувирдаг. Энэ урвал нь электрон задрал (- задрал) гэж нэрлэгддэг дагалддаг - асар их кинетик энерги бүхий сөрөг цэнэгтэй бөөмс (электрон) үүсч, гадагшилдаг. Цөмд нейтроны илүүдэл байгаа үед урвал явагдах боломжтой.

Эсрэг урвал нь эерэг цэнэгтэй + бөөмс (позитрон) ялгаруулж протоныг нейтрон болгон хувиргах явдал юм. Ийм позитроны задрал (+ задрал) нь цөмд нейтроны дутагдалтай үед ажиглагдаж, цөмийн цэнэг буурахад хүргэдэг, өөрөөр хэлбэл. элементийн атомын тоог нэгээр багасгах. Ойролцоох тойрог замын электроныг барьж авах замаар протоныг нейтрон болгон хувиргах үед ижил төстэй үр дүнд хүрдэг.

Шинэ трансуран элементүүдийг цөмийн реакторуудад нейтрон хайлуулах аргыг ашиглан (цөмийн бөмбөг дэлбэрсэн бүтээгдэхүүн хэлбэрээр) анх удаа уранаас гаргаж авсан бөгөөд дараа нь бөөмийн хурдасгуур - циклотрон ашиглан нийлэгжүүлсэн.

Хоёрдахь төрөл нь бөмбөгдөлтөд ашигладаг анхны элементийн атомын цөм ("зорилтот") ба хөнгөн элементийн атомын цөм (устөрөгч, гели, азот, хүчилтөрөгч болон бусад изотопууд) хоорондын урвал юм. “Байр” ба “харваа” хоёрын цөм дэх протонууд нь эерэг цахилгаан цэнэгтэй бөгөөд бие биедээ ойртох үед хүчтэй түлхэлтийг мэдэрдэг. Зөөх хүчийг даван туулж, нийлмэл цөм үүсгэхийн тулд "харваа" -ын атомуудыг маш өндөр кинетик энергиээр хангах шаардлагатай. Ийм асар их энерги нь бөөмсийг бөмбөгдөж циклотронуудад хадгалагддаг. Үүссэн завсрын нийлмэл цөм нь шинэ цөмийг тогтворжуулахын тулд маш их хэмжээний илүүдэл энергитэй байдаг. Хүнд трансуран элементүүдийн хувьд цөмийн хуваагдал үүсэхгүй байх үед энэхүү илүүдэл энерги нь -цацраг (өндөр энергитэй цахилгаан соронзон цацраг) ялгарах ба өдөөгдсөн цөмөөс нейтрон "уурших" замаар сарнидаг. Шинэ элементийн атомын цөм нь цацраг идэвхт бодис юм. Тэд цацраг идэвхт электрон задрал, задрал, аяндаа хуваагдах замаар дотоод бүтцийг өөрчлөх замаар илүү тогтвортой байдалд хүрэхийг хичээдэг. Ийм цөмийн урвал нь 98-аас дээш атомын дугаартай элементүүдийн хамгийн хүнд атомуудын онцлог шинж юм.

Цацраг идэвхт элементийн атомын цөмийн задралын урвалыг манай нутаг нэгтэн Г.Н.Флеров, Чехийн Петржак нар Цөмийн судалгааны нэгдсэн хүрээлэнд (JINR, Дубна) уран-238-ын туршилтаар нээсэн. Атомын тоо нэмэгдэх нь цацраг идэвхт элементийн атомын цөмийн хагас задралын хугацаа хурдан буурахад хүргэдэг.

Энэ баримттай холбогдуулан есөн трансуран элементийг нээхэд оролцсон Америкийн нэрт эрдэмтэн Г.Т. Сиборг шинэ элементийн нээлт атомын дугаар 110 (шинж чанараараа цагаан алттай төстэй) элементийн эргэн тойронд дуусна гэж үзэж байв. ). Тогтмол системийн хил хязгаарын талаархи энэхүү санааг өнгөрсөн зууны 60-аад онд элементүүдийн нийлэгжилтийн шинэ аргууд, хамгийн хүнд элементүүдийн тогтвортой байдлын үл мэдэгдэх бүс нутгийг олж илрүүлэхгүй бол анхааруулж байсан. Эдгээр боломжуудын заримыг тодорхойлсон.

Шинэ элементийн нийлэгжилтийн цөмийн урвалын гуравдахь төрөл нь дундаж атомын масстай өндөр энергитэй ионуудын (кальци, титан, хром, никель) бөмбөгддөг бөөмс болон тогтвортой элементүүдийн (хар тугалга, висмут) атомуудын хоорондох урвал юм. зорилтот” хүнд цацраг идэвхт изотопын оронд. Илүү хүнд элементүүдийг олж авах ийм аргыг 1973 онд манай эрдэмтэн Ю.Ц.Оганесян ЗХЖШ-аас санал болгож, бусад оронд амжилттай ашиглаж байжээ. Санал болгож буй синтезийн аргын гол давуу тал нь "харваа" болон "зорилтот" цөмүүд нэгдэх үед бага "халуун" нийлмэл цөмүүд үүсдэг. Энэ тохиолдолд нийлмэл цөмийн илүүдэл энерги ялгарах нь нэлээд цөөн тооны нейтрон (дөрөв, тав биш нэг эсвэл хоёр) "ууршсан" үр дүнд үүссэн.

Циклотроноор хурдассан ховор изотопын Ca-48 ионуудын хоорондох ер бусын цөмийн урвал
U-400 ба актинидын элементийн атомууд curium Cm-248 элемент-114 (эка-хар тугалга) үүсэлтэй 1979 онд Дубнад нээсэн. Энэ урвалын явцад "хүйтэн" цөм үүссэн нь тогтоогджээ. нэг нейтроныг "ууршуулдаггүй" бөгөөд бүх илүүдэл энергийг нэг бөөмс зөөдөг. Энэ нь шинэ элементүүдийн синтезийн хувьд үүнийг бас хэрэгжүүлж болно гэсэн үг юм дөрөв дэх төрөлДундаж масстай атомын хурдасгасан ионууд ба хүнд трансуран элементийн атомуудын хоорондох цөмийн урвал.

INХимийн элементүүдийн үечилсэн системийн онолыг боловсруулахад 58-71 серийн дугаартай лантанидын электрон бүрхүүл, 90-103 серийн дугаартай актинидын химийн шинж чанар, бүтцийг харьцуулах нь гол үүрэг гүйцэтгэсэн. Лантанид ба актинидын химийн шинж чанаруудын ижил төстэй байдал нь тэдгээрийн электрон бүтцийн ижил төстэй байдлаас үүдэлтэй болохыг харуулсан. Хоёр бүлэг элемент нь дараалсан дүүргэлт 4 бүхий дотоод шилжилтийн эгнээний жишээ юм е- эсвэл 5 е-гадна дүүргэсний дараа электрон бүрхүүлүүд тус тус с- Тэгээд Р- электрон тойрог замууд.

Үелэх системийн дугаар 110 ба түүнээс дээш байдаг элементүүдийг хэт хүнд гэж нэрлэдэг. Эдгээр элементүүдийг нээх ахиц дэвшил улам бүр хэцүү, цаг хугацаа их шаарддаг, учир нь... Шинэ элементийг нийлэгжүүлэх нь хангалтгүй бөгөөд үүнийг тодорхойлох, шинэ элемент нь дангаараа онцлог шинж чанартай гэдгийг батлах шаардлагатай. Шинэ элементүүдийн шинж чанарыг судлахад цөөн тооны атомууд байдагтай холбоотой бэрхшээлүүд үүсдэг. Цацраг идэвхт задрал үүсэхээс өмнө шинэ элементийг судлах хугацаа ихэвчлэн маш богино байдаг. Эдгээр тохиолдолд шинэ элементийн зөвхөн нэг атомыг олж авсан ч түүнийг илрүүлэх, зарим шинж чанарыг урьдчилан судлахын тулд цацраг идэвхт бодисыг илрүүлэх аргыг ашигладаг.

109-р элемент, meitnerium нь ихэнх химийн сурах бичигт дурдсан үелэх системийн сүүлчийн элемент юм. Цагаан алттай үелэх системийн нэг бүлэгт хамаарах 110-р элементийг 1994 онд Дармштадт (Герман)-д дараах урвалын дагуу хүчтэй хүнд ионы хурдасгуур ашиглан нийлэгжүүлсэн байна.

Үүссэн изотопын хагас задралын хугацаа маш богино байдаг. 2003 оны 8-р сард IUPAC-ийн 42-р Ерөнхий Ассамблей болон IUPAC (Олон улсын цэвэр болон хэрэглээний химийн холбоо) зөвлөлөөс 110 элементийн нэр, тэмдэгийг албан ёсоор баталсан: darmstadtium, Ds.

Тэнд 1994 онд Дармштадт 64 28 Ni изотопын ионы цацрагийг 209 83 Bi атомд "онилтот" болгон үзүүлснээр элемент-111-ийг анх гаргаж авсан. 2004 онд гаргасан шийдвэрээр IUPAC нээлтийг хүлээн зөвшөөрч, нээсэн Германы нэрт физикч В.К X-цацраг, түүний мөн чанар нь тодорхойгүй тул ийм нэр өгсөн.

JINR-ээс авсан мэдээллээр, нэрэмжит Цөмийн урвалын лабораторид . Г.Н. Флеров 110-118 серийн дугаартай элементүүдийг нэгтгэсэн (элемент-117-ээс бусад).

Урвалын дагуу синтезийн үр дүнд:

1996 онд Дармштадт шинэ элемент-112-ын хэд хэдэн атомыг олж авч, задарч, бөөмсийг ялгаруулжээ. Энэ изотопын хагас задралын хугацаа ердөө 240 микросекунд байв. Хэсэг хугацааны дараа JINR дээр U-235 атомыг Ca-48 ионоор цацруулж элемент-112-ын шинэ изотопуудыг хайж олов.

2004 оны 2-р сард JINR-д манай эрдэмтэд Лоуренс Берклигийн үндэсний лабораторийн (АНУ) Америкийн судлаачид 115 ба 113 гэсэн тоотой хоёр шинэ элемент нээсэн тухай илтгэлүүдийг шинжлэх ухааны нэр хүндтэй сэтгүүлд нийтлэв. 2003 оны 7-8 сард хий дүүргэгчтэй U-400 циклотрон дээр Am-243 атом ба Са-48 изотопын ионуудын хоорондох урвалд 287 ба 3 масстай элемент-115 изотопын 1 атом 288 масстай атомууд нийлэгжсэн -115 элементийн бүх дөрвөн атом хурдан задарч, бөөмс ялгаруулж, 282 ба 284 масстай элемент-113 изотопыг үүсгэсэн. Хамгийн тогтвортой изотоп 284113 нь хагас задралын хугацаатай байв. 0.48 сек. Энэ нь бөөмс ялгарснаар нурж, 280 Rg рентген изотоп болж хувирав.

2004 оны 9-р сард Косүки Морита тэргүүтэй Физик-химийн судалгааны хүрээлэнгийн Японы хэсэг эрдэмтэд (Косүкэ Морита)Тэд урвалын дагуу элемент-113-ийг нэгтгэсэн гэж мэдэгдэв.

Энэ нь бөөмс ялгарах үед задрахад 274 Rg рентген изотопыг олж авна. Энэ бол Японы эрдэмтдийн олж авсан анхны хиймэл элемент учраас тэд үүнийг "Япон" гэж нэрлэх санал гаргах эрхтэй гэж үзсэн.

Куриумаас 288 масстай 114-р элементийн изотопын ер бусын синтезийг дээр дурдсан. 1999 онд JINR-д 244 масстай плутонийн атомуудыг Ca-48 ионоор бөмбөгдөх замаар ижил элемент-114 изотопыг үйлдвэрлэх тухай мессеж гарч ирэв.

Калифорнийн Cf-249 изотоп ба курийн Cm-245 изотопын Ca-48 хүнд ионуудын цацраг бүхий цөмийн урвалын урт хугацааны хамтарсан судалгааны үр дүнд 118, 116 серийн дугаартай элементүүдийг илрүүлсэн гэж мэдэгдэв. Орос, Америкийн эрдэмтэд 2002-2005 онд гаргасан. JINR дээр. Элемент-118 нь үечилсэн хүснэгтийн 7-р үеийг хаадаг бөгөөд энэ нь язгуур хийн радоны аналог юм. Элемент-116 нь полонитой нийтлэг шинж чанартай байх ёстой.

Уламжлал ёсоор шинэ химийн элементүүдийг олж илрүүлэх, тэдгээрийг тодорхойлох нь IUPAC-ийн шийдвэрээр баталгааждаг боловч элементүүдийн нэрийг санал болгох эрхийг нээсэн хүмүүст үлдээдэг. Тогтмол систем нь дэлхийн газрын зураг шиг элемент, тэдгээрийн нэгдлүүдийг илрүүлж, судалж байсан нутаг дэвсгэр, улс, хот, шинжлэх ухааны төвүүдийн нэрийг тусгаж, үе үе судлалын хөгжилд асар их хувь нэмэр оруулсан алдартай эрдэмтдийн нэрийг мөнхөлжээ. химийн элементүүдийн систем. 101 элементийг Д.И.Менделеевийн нэрээр нэрлэсэн нь санамсаргүй хэрэг биш юм.

Үелэх системийн хил хаана байж болох вэ гэсэн асуултад хариулахын тулд атомын дотоод электронуудыг эерэг цэнэгтэй цөмд татах электростатик хүчний үнэлгээг нэг удаа хийсэн. Элементийн атомын дугаар өндөр байх тусам цөмийг тойрсон электрон "хүрхэвч" шахагдах тусам дотоод электронууд цөмд илүү хүчтэй татагддаг. Цөмд электронууд баригдаж эхлэх мөч ирэх ёстой. Цөмийн цэнэгийг барьж, бууруулсны үр дүнд маш хүнд элементүүд оршин тогтнох боломжгүй болно. Элементийн серийн дугаар 170-180 байх үед ижил төстэй гамшгийн нөхцөл байдал үүсэх ёстой.

Энэхүү таамаглалыг няцааж, электрон бүрхүүлийн бүтцийн талаархи санаа бодлын үүднээс маш хүнд элементүүдийн оршин тогтноход ямар ч хязгаарлалт байхгүй болохыг харуулсан. Цөмийн тогтворгүй байдлын үр дүнд хязгаарлалтууд үүсдэг.

Гэсэн хэдий ч атомын тоо нэмэгдэх тусам элементүүдийн ашиглалтын хугацаа тогтмол бус буурдаг гэдгийг хэлэх ёстой. Цөмийн битүү нейтрон эсвэл протоны бүрхүүл үүссэнээс болж хэт хүнд элементүүдийн тогтвортой байдлын дараагийн хүлээгдэж буй бүс нь 164 протон, 308 нейтрон бүхий давхар шидэт цөмийн ойролцоо байх ёстой. Ийм элементүүдийг илрүүлэх боломж хараахан тодорхой болоогүй байна.

Тиймээс элементүүдийн үелэх системийн хилийн тухай асуудал хэвээр байна. Элементийн атомын тоо нэмэгдэж байгаа электрон бүрхүүлийг дүүргэх дүрэмд үндэслэн үечилсэн хүснэгтийн таамагласан 8-р үе нь суперактинид элементүүдийг агуулсан байх ёстой. Д.И.Менделеевийн үелэх системд заасан газар нь аль хэдийн мэдэгдэж байсан газрын ховор элемент ба актинид трансуран элементүүдийн III бүлэгт багтдаг.

Нэгдүгээрт, "тогтвортой байдлын арал" гэж юу болох тухай нийтлэл.

Тогтвортой байдлын арал: Оросын цөмийн эрдэмтэд уралдааныг тэргүүлж байна

"Тогтвортой байдлын арал" гэж нэрлэгддэг хэт хүнд элементүүдийн нийлэгжилт нь орчин үеийн физикийн амбицтай ажил бөгөөд үүнийг шийдвэрлэхэд Оросын эрдэмтэд дэлхий даяар түрүүлж байна.

2011 оны 6-р сарын 3-ны өдөр Олон улсын цэвэр ба хэрэглээний химийн холбоо (IUPAC) болон физикийн (IUPAP) мэргэжилтнүүдийг багтаасан шинжээчдийн комисс үелэх системийн 114, 116 дахь элементүүдийг нээсэн болохыг албан ёсоор хүлээн зөвшөөрөв. Энэхүү нээлтийн тэргүүлэх чиглэлийг Ливерморын үндэсний лабораторийн Америкийн мэргэжил нэгт нөхдийн туслалцаатайгаар Цөмийн судалгааны нэгдсэн хүрээлэнгийн академич Юрий Оганесян тэргүүтэй физикчдэд өгсөн юм. Лоуренс.

RAS академич Юрий Оганесян, JINR-ийн Цөмийн урвалын лабораторийн эрхлэгч

Шинэ элементүүд нь үечилсэн системд орсон хүмүүсийн хамгийн хүнд нь болж, хүснэгтийн серийн дугаараар үүссэн ununquidium болон unungexium гэсэн түр зуурын нэрийг авсан. Оросын физикчид Зөвлөлтийн цөмийн физикч, цөмийн задрал, шинэ элементийн нийлэгжилтийн чиглэлээр мэргэшсэн Георгий Флеровын нэрэмжит элементүүдийг "флеровиум", Москва мужийг хүндэтгэн "московиум" гэж нэрлэхийг санал болгов. 114, 116-р элементүүдээс гадна 104, 113, 115, 117, 118 серийн дугаартай химийн элементүүдийг өмнө нь JINR-д нэгтгэсэн бөгөөд Дубнагийн физикчдийн орчин үеийн шинжлэх ухаанд оруулсан хувь нэмрийг хүндэтгэн хүснэгтийн 105-р элементийг өгсөн. "Dubnium" гэж нэрлэнэ.

Байгальд байдаггүй элементүүд

Одоогийн байдлаар бидний эргэн тойрон дахь дэлхий бүхэлдээ устөрөгч (Z=1, Z нь цөм дэх протоны тоо)-аас уран (Z=92) хүртэлх 83 химийн элементээс бүрддэг бөгөөд тэдгээрийн амьдрах хугацаа нь нарны амьдрах хугацаанаас урт байдаг. систем (4.5 тэрбум жил) . Их тэсрэлтийн дараахан нуклеосинтезийн явцад гарч ирсэн хүнд элементүүд аль хэдийн ялзарч, өнөөг хүртэл хадгалагдаагүй байна. Хагас задралын хугацаа нь ойролцоогоор 4.5х108 жил байдаг уран нь ялзарч, цацраг идэвхт бодистой хэвээр байна. Гэсэн хэдий ч өнгөрсөн зууны дундуур судлаачид байгальд байдаггүй элементүүдийг олж авч сурсан. Ийм элементийн жишээ бол цөмийн реакторуудад үйлдвэрлэсэн плутони (Z=94) бөгөөд хэдэн зуун тонноор үйлдвэрлэгддэг бөгөөд эрчим хүчний хамгийн хүчирхэг эх үүсвэрүүдийн нэг юм. Плутонийн хагас задралын хугацаа нь ураныхаас хамаагүй богино боловч илүү хүнд химийн элементүүд байх магадлалыг илтгэх хангалттай урт хэвээр байна. Эерэг цэнэг, бөөн бөөм, электрон орбиталуудаас бүрдэх атомын тухай ойлголт нь Z = 170 хүртэлх атомын дугаартай элементүүд оршин тогтнох боломжийг харуулж байна. Гэвч үнэн хэрэгтээ цөмд өөрөө явагддаг үйл явцын тогтворгүй байдлаас болж хүнд элементүүдийн оршин тогтнох хил хязгаарыг илүү эрт тодорхойлсон байдаг. Байгальд тогтвортой тогтоцууд (янз бүрийн тооны протон, нейтроноос бүрдэх элементийн цөм) нь зөвхөн хар тугалга, висмут хүртэл үүсдэг ба дараа нь дэлхий дээрх тори, уран зэрэг жижиг хойг үүсдэг. Гэвч элементийн серийн дугаар нь ураны тооноос хэтэрмэгц ашиглалтын хугацаа эрс багасдаг. Жишээлбэл, 100-р элементийн цөм нь ураны цөмөөс 20 дахин бага тогтвортой бөгөөд ирээдүйд цөмийн аяндаа задралын улмаас энэ тогтворгүй байдал улам бүр нэмэгддэг.

"Тогтвортой байдлын арал"

Аяндаа хуваагдлын үр нөлөөг Нилс Бор тайлбарлав. Түүний онолоор цөм нь цэнэгтэй шингэний дусал, өөрөөр хэлбэл өөрийн дотоод бүтэцгүй нэг төрлийн матери юм. Цөм дэх протоны тоо их байх тусам Кулоны хүчний нөлөө илүү хүчтэй байх ба түүний нөлөөн дор дусал гажиг болж, хэсэг хэсгээрээ хуваагдана. Энэхүү загвар нь 104-106 дугаар серийн дугаар хүртэлх элементүүдийн оршин тогтнох боломжийг урьдчилан таамаглаж байна. Гэсэн хэдий ч 60-аад онд Цөмийн судалгааны нэгдсэн хүрээлэнгийн Цөмийн урвалын лабораторид ураны цөмийн задралын шинж чанарыг судлах хэд хэдэн туршилт хийгдсэн бөгөөд үр дүнг Борын онолыг ашиглан тайлбарлах боломжгүй байв. Цөм нь цэнэгтэй шингэний дуслын бүрэн аналог биш, харин дотоод шинж чанартай болох нь тогтоогдсон

бүтэц. Түүгээр ч зогсохгүй цөм нь хүнд байх тусам энэ бүтцийн нөлөөлөл улам тодрох бөгөөд задралын зураг нь шингэний дуслын загвараас огт өөр харагдах болно. Өнөө үед мэдэгдэж байгаа элементүүдээс хол, тогтвортой хэт хүнд цөмүүдийн тодорхой бүс нутаг байдаг гэсэн таамаглал ингэж гарч ирсэн юм. Энэ газрыг "тогтвортой байдлын арал" гэж нэрлэдэг байсан бөгөөд оршин тогтнохыг урьдчилан таамагласны дараа АНУ, Франц, Германы хамгийн том лабораториуд онолыг батлах хэд хэдэн туршилтыг эхлүүлжээ. Гэсэн хэдий ч тэдний оролдлого амжилтгүй болсон. Зөвхөн Дубна циклотрон дээр хийсэн туршилтуудын үр дүнд 114, 116-р элементүүдийг нээсэн нь хэт хүнд цөмийн тогтвортой байдлын бүс үнэхээр байдаг гэдгийг батлах боломжтой юм.

Доорх зурагт хүнд нуклидын газрын зургийг харуулав. Цөмийн хагас задралын хугацааг өөр өөр өнгөөр ​​(зөв масштабаар) илэрхийлдэг. Хар дөрвөлжин нь дэлхийн царцдас дахь тогтвортой элементүүдийн изотопууд юм (хагас задралын хугацаа 10 9 жилээс илүү). Хар хөх өнгө нь цөм нь 10-6 секундээс бага хугацаанд үргэлжилдэг "тогтворгүй байдлын далай" юм. Тори, уран, трансуран элементийн "хойг"-ын араас "тогтвортой байдлын арлууд" нь бичил харуурын цөмийн онолын таамаглал юм. Өөр өөр цөмийн урвалаар олж авсан 112 ба 116 атомын дугаартай хоёр цөм, тэдгээрийн дараалсан задрал нь хэт хүнд элементүүдийн зохиомол синтезийн явцад "тогтвортой байдлын арлууд" руу хэр ойртож болохыг харуулж байна.

Хүнд нуклидын газрын зураг

Тогтвортой хүнд цөмийг нийлэгжүүлэхийн тулд түүнд аль болох олон нейтрон оруулах шаардлагатай, учир нь нейтрон нь цөм дэх нуклонуудыг агуулж байдаг "цавуу" юм. Эхний санаа нь реактороос гарсан нейтроны урсгалаар тодорхой эхлэлийн бодисыг цацрагаар цацах явдал байв. Гэвч энэ аргыг хэрэглэснээр эрдэмтэд зөвхөн ферми хэмээх атомын дугаар 100 элементийг нийлэгжүүлж чадсан юм. Түүгээр ч барахгүй цөмийн дэлбэрэлтийн явцад (үндсэндээ нейтроны хүчтэй импульсийн урсгалаар) хэт хүнд элементүүдийг нэгтгэх оролдлого нь цөмд шаардлагатай 60 нейтроны оронд ердөө 20-ийг оруулав Тэдний туршилт нь ижил фермийн изотоп байв. Энэ мөчөөс эхлэн синтезийн өөр нэг арга хөгжиж эхлэв - мөргөлдөөний үр дүн нь нийт масстай цөм болно гэж найдаж хоёр хүнд цөмтэй мөргөлдөх. Туршилтыг хийхийн тулд нэг цөмийг хүнд ионы хурдасгуур ашиглан гэрлийн хурдтай ойролцоогоор 0.1 хурдтай болгох шаардлагатай. Өнөөдөр олж авсан бүх хүнд цөмийг ийм аргаар нэгтгэсэн. Өмнө дурьдсанчлан тогтвортой байдлын арал нь нейтрон-илүү хэт хүнд цөмүүдийн бүсэд оршдог тул зорилтот болон цацрагийн цөмд мөн илүүдэл нейтрон агуулагдах ёстой. Бараг бүх тогтвортой нуклидууд нь протон ба нейтроны тооны харьцаатай байдаг тул ийм элементүүдийг сонгох нь нэлээд хэцүү байдаг.

114-р элементийн нийлэгжилтийн туршилтанд Ливерморын үндэсний лабораторийн (АНУ) реакторт үйлдвэрлэсэн 244 атомын масстай плутонийн хамгийн хүнд изотоп, сумны цөм болгон кальци-48-ыг бай болгон ашигласан. Кальци-48 нь кальцийн тогтвортой изотоп бөгөөд ердийн кальци нь ердөө 0.1% -ийг агуулдаг. Энэхүү тохиргоо нь хэт хүнд элементүүдийн ашиглалтын хугацааг уртасгах үр нөлөөг мэдрэх боломжтой болно гэж туршилтчид найдаж байв. Туршилтыг хийхийн тулд кальци-48 цацрагийн чадалтай хурдасгуур шаардлагатай байсан бөгөөд энэ нь мэдэгдэж буй бүх хурдасгуураас хэдэн арван дахин их юм. Таван жилийн дотор ийм хурдасгуурыг Дубнад бүтээсэн нь сүүлийн 25 жилийн турш бусад улс орнуудад хийсэн туршилтаас хэд дахин илүү нарийвчлалтай туршилт хийх боломжтой болсон.

Шаардлагатай эрчмийн кальцийн цацрагийг хүлээн авсны дараа туршилтчид плутонийн байг цацрагаар цацдаг. Хэрэв хоёр цөмийн нэгдлийн үр дүнд шинэ элементийн атомууд үүссэн бол тэдгээр нь байнаасаа нисч, цацрагтай хамт урагшлах ёстой. Гэхдээ тэдгээрийг кальцийн ион болон бусад урвалын бүтээгдэхүүнээс тусгаарлах ёстой. Энэ функцийг тусгаарлагчаар гүйцэтгэдэг.

MASHA (Супер хүнд атомын массын анализатор) - цөмийн салгах суурилуулалт

Зорилтот давхаргаас хөөгдсөн буцах цөмүүд хэдэн микрометрийн гүнд бал чулуу коллекторт зогсдог. Коллекторын өндөр температурын улмаас тэдгээр нь ионы эх үүсвэрийн камерт тархаж, плазмаас гарч, цахилгаан орны нөлөөгөөр хурдасч, детектор руу шилжих үед соронзон орны массаар шинжлэгддэг. Энэ загварт атомын массыг 1/3000 нарийвчлалтайгаар тодорхойлж болно. Илрүүлэгчийн үүрэг бол хүнд цөм цохисон эсэхийг тодорхойлох, түүний эрчим хүч, хурд, зогсолтын байршлыг өндөр нарийвчлалтайгаар бүртгэх явдал юм.

Тусгаарлагчийн үйл ажиллагааны диаграм

Эрдэмтэд "тогтвортой байдлын арал" оршин тогтнох онолыг шалгахын тулд 114-р элементийн цөмийн задралын бүтээгдэхүүнийг ажиглав. Хэрэв онол зөв бол 114-р элементийн үүссэн цөм нь аяндаа хуваагдахад тэсвэртэй, альфа цацраг идэвхт байх ёстой, өөрөөр хэлбэл хоёр протон, хоёр нейтроноос бүрдсэн альфа бөөмсийг ялгаруулдаг. 114-р элементийг хамарсан урвалын хувьд 114-ээс 112-т шилжих шилжилтийг ажиглах хэрэгтэй. Дараа нь 112-ын цөмүүд мөн альфа задралд орж 110-ын цөм болон хувирах гэх мэт. Түүнчлэн, шинэ элементийн ашиглалтын хугацаа нь хөнгөн цөмийн ашиглалтын хугацаанаас хэд хэдэн удаа урт байх ёстой. Дубнагийн физикчид яг ийм урт насалсан үйл явдлуудыг онолын хувьд урьдчилан таамаглаж байсан. Энэ нь 114-р элемент нь хэт хүнд элементүүдийн тогтвортой байдлын арал үүсгэдэг бүтцийн хүчний үйлчлэлийг аль хэдийн мэдэрч байгаагийн шууд илрэл юм.

114 ба 116-р элементүүдийн задралын гинжин хэлхээний жишээ

116-р элементийн нийлэгжилтийн туршилтад Димитровград дахь Цөмийн реакторын шинжлэх ухааны судалгааны хүрээлэнгийн хүчирхэг реактороос олж авсан куриум-248 хэмээх өвөрмөц бодисыг зорилтот болгон ашигласан. Үгүй бол туршилт нь 114-р элементийг хайхтай ижил загвараар явагдсан. 116-р элементийн задралын гинжин хэлхээний ажиглалт нь 114-р элементийн оршин тогтнох нэмэлт нотолгоог өгсөн бөгөөд энэ удаад илүү хүнд "эцэг эх"-ийн задралын үр дүнд олж авсан юм. 116-р элементийн хувьд туршилтын өгөгдлүүдээс үзэхэд цөм дэх нейтроны тоо нэмэгдэхийн хэрээр амьдрах хугацаа мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн байна. Өөрөөр хэлбэл, хүнд элементүүдийн синтезийн орчин үеийн физик нь "тогтвортой байдлын арал" -ын хилд ойртсон. Түүнчлэн 116-р элементийн задралын үр дүнд үүссэн атомын дугаар 108, 109, 110-тай элементүүд нь хэдэн минут амьдрах хугацаатай байдаг нь орчин үеийн радиохимийн аргаар эдгээр бодисын химийн шинж чанарыг судалж, туршилтаар баталгаажуулах боломжийг олгоно. Хүснэгт дэх элементүүдийн химийн шинж чанаруудын үечилсэн байдлын талаархи Менделеевийн хуулийн үндэс суурь. Хүнд элементүүдийн хувьд 112-р элемент нь кадми, мөнгөн усны шинж чанартай, 114-т цагаан тугалга, хар тугалга гэх мэт шинж чанартай байдаг гэж үзэж болно. Тогтвортой байдлын арлын оройд хэдэн сая жилийн хугацаатай хэт хүнд элементүүд байх магадлалтай. Энэ тоо дэлхийн нас хүрэхгүй ч байгальд, манай Нарны аймаг, сансрын туяа, өөрөөр хэлбэл манай Галактикийн бусад системд хэт хүнд элементүүд байх боломжтой хэвээр байна. Гэвч өнөөг хүртэл "байгалийн" хэт хүнд элементүүдийг хайх туршилт амжилттай болоогүй байна.

Одоогоор JINR үелэх системийн 119-р элементийг хайх туршилтыг бэлтгэж байгаа бөгөөд Цөмийн урвалын лаборатори нь хүнд ионы физик, хэт хүнд элементүүдийн синтезийн чиглэлээр дэлхийд тэргүүлэгч юм.

Анна Максимчук,
JINR судлаач,
ялангуяа R&D.CNews.ru

Сонирхолтой нь мэдээж. Үүнээс илүү олон химийн элементүүд, тэр ч байтугай бараг тогтвортой элементүүдийг олж илрүүлэх боломжтой болсон.

Асуулт гарч ирнэ: бараг тогтвортой шинэ элементүүдийг хайж олох энэ бүх нэлээн үнэтэй ажлын практик утга нь юу вэ?

Тэд эдгээр элементүүдийг үйлдвэрлэх арга замыг олох үед бид харах болно.

Гэхдээ одоо ямар нэг зүйл аль хэдийн харагдаж байна. Жишээлбэл, хэрэв хэн нэгэн "Махчин" киног үзсэн бол махчин гартаа бугуйвчинд өөрийгөө устгах төхөөрөмж байдаг бөгөөд дэлбэрэлт нь нэлээд хүчтэй байдаг. Тэгэхээр энд байна. Эдгээр шинэ химийн элементүүд нь уран-235-тай төстэй боловч чухал массыг граммаар хэмжиж болно (мөн энэ бодисын 1 грамм нь 10 тонн TNT-ийн дэлбэрэлттэй тэнцэнэ - ердөө таван копейкийн зоосны хэмжээтэй сайн бөмбөг. ).

Тэгэхээр эрдэмтэн мэргэд зүтгэж, улс зардлаа хэмнэхгүй байх нь их утга учиртай.

60-аад оны эцэс гэхэд олон онолчдын хүчин чармайлтаар - О.Бор, Б.Мотельсон (Дани), С.Нилсон (Швед), В.М. Струтинский ба В.В. Пашкевич (ЗХУ), Х.Майерс ба В.Святецкий (АНУ), А.Собичевский нар (Польш), В.Грейнер нар (Герман), Р.Никс, П.Мёллер (АНУ), Ж.Бергер (Франц) нар ) болон бусад олон хүмүүс атомын цөмийн микроскопийн онолыг бүтээжээ. Шинэ онол нь дээрх бүх зөрчилдөөнийг физик хуулиудын эв нэгдэлтэй систем болгон авчирсан.
Аливаа онолын нэгэн адил энэ нь тодорхой таамаглах чадвартай, ялангуяа маш хүнд, одоог хүртэл үл мэдэгдэх цөмийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглах чадвартай байв. Цөмийн бүрхүүлийн тогтворжуулах нөлөө нь цөмийн дуслын загварт (жишээ нь Z > 106 бүсэд) заасан хэмжээнээс давж ажиллах нь тодорхой болсон. Z=108, N=162 ба Z=114, N=184 шидэт тоонуудын эргэн тойронд “тогтвортой байдлын арлууд”. 2-р зурагнаас харахад эдгээр "тогтвортой байдлын арлууд"-д байрлах хэт хүнд цөмүүдийн амьдрах хугацаа ихээхэн нэмэгдэж болно. Энэ нь ялангуяа Z=114 (магадгүй 120) ба N=184 хаалттай бүрхүүлийн нөлөөгөөр хагас задралын хугацааг хэдэн арван, хэдэн зуун мянга, магадгүй сая сая жил хүртэл нэмэгдүүлдэг хамгийн хүнд, хэт хүнд элементүүдэд хамаатай. - Цөмийн бүрхүүлийн нөлөө байхгүй үеийнхээс 32-35 баллын илүү. Ийнхүү материаллаг ертөнцийн хил хязгаарыг ихээхэн өргөжүүлсэн хэт хүнд элементүүд оршин тогтнох боломжтой гэсэн сонирхолтой таамаглал гарч ирэв. Онолын таамаглалыг шууд шалгах нь хэт хүнд нуклидын нийлэгжилт, тэдгээрийн задралын шинж чанарыг тодорхойлох явдал юм. Тиймээс бид элементүүдийн зохиомол синтезтэй холбоотой гол асуудлуудыг товч авч үзэх хэрэгтэй болно.

2. Хүнд элементүүдийн синтезийн урвал

Pm-ээс хүнд (Z=100) элементүүдийг түргэвчилсэн хүнд ионуудтай урвалд орох үед протон ба нейтроны цогцолборыг зорилтот цөмд оруулах үед нийлэгжсэн. Гэхдээ энэ төрлийн хариу үйлдэл нь өмнөх тохиолдлоос өөр юм. Цахилгаан цэнэггүй нейтрон баригдах үед шинэ цөмийн өдөөх энерги ердөө 6 - 8 МэВ байна. Үүний эсрэгээр, зорилтот цөмүүд гелий (4 He) эсвэл нүүрстөрөгч (12 C) зэрэг хөнгөн ионуудтай нэгдэх үед хүнд цөмүүд E x = 20 - 40 МэВ энерги хүртэл халаана. Цөмийн атомын тоо цаашид нэмэгдэхийн хэрээр эерэг цэнэгтэй цөмийн түлхэлтийн цахилгаан хүчийг (Куломын урвалын саад) даван туулахын тулд илүү их энерги өгөх шаардлагатай болно. Энэ нөхцөл байдал нь сум ба бай гэсэн хоёр цөмийг нэгтгэсний дараа үүссэн нийлмэл цөмийн өдөөх энерги (халаалт) нэмэгдэхэд хүргэдэг. Түүний хөргөлт (үндсэн төлөвт шилжих E x = 0) нь нейтрон ба гамма цацрагийн ялгаралтаар явагдана. Эндээс эхний саад бэрхшээл гарч ирнэ.

Халаасан хүнд цөм нь зөвхөн 1/100 тохиолдолд л нейтрон ялгаруулж чаддаг, учир нь цөмийн энерги нь задралын саадны өндрөөс хамаагүй өндөр байдаг тул үндсэндээ хоёр хуваагдана. Нийлмэл цөмийн өдөөх энергийг нэмэгдүүлэх нь түүнд хортой гэдгийг ойлгоход хялбар байдаг. Халаасан цөмийн амьд үлдэх магадлал нь температур (эсвэл E x энерги) нэмэгдэх тусам хуваагдал хүчтэй өрсөлддөг ууршсан нейтронуудын тоо нэмэгдсэнтэй холбоотойгоор огцом буурдаг. Ойролцоогоор 40 МэВ-ийн энерги хүртэл халсан цөмийг хөргөхийн тулд 4 эсвэл 5 нейтроныг ууршуулах шаардлагатай. Явах бүрт нейтроны ялгаруулалттай өрсөлдөх ба үүний үр дүнд амьд үлдэх магадлал нь зөвхөн (1/100) 4-5 = 10 -8 -10 -10 байх болно. Цөмийн температур нэмэгдэхийн хэрээр бүрхүүлийн тогтворжуулах нөлөө буурч, улмаар хуваагдлын саадын өндөр буурч, цөмийн хуваагдал огцом нэмэгддэг тул нөхцөл байдал улам хүндэрч байна. Эдгээр хоёр хүчин зүйл нь хэт хүнд нуклид үүсэх магадлалыг маш бага болгодог.

1974 онд нээсний дараа 106-аас илүү хүнд элементийн бүсэд шилжих боломжтой болсон. хүйтэн хайлуулах урвал. Эдгээр урвалуудад тогтвортой изотопуудын "шидэт" цөмүүдийг зорилтот материал болгон ашигладаг - 208 Pb (Z = 82, N = 126) эсвэл 209 Bi (Z = 83, N = 126), аргоноос илүү хүнд ионоор бөмбөгддөг ( Ю.Ц Оганесян, А.Г.Демин гэх мэт). Нэгдлийн процессын үед "шидэт" зорилтот цөм дэх нуклонуудын өндөр холболтын энерги нь харилцан үйлчлэгч хоёр цөмийг дахин зохион байгуулах явцад энерги шингээхэд хүргэдэг.
нийт масстай хүнд цөмд . Харилцан үйлчилдэг цөм болон эцсийн цөм дэх нуклонуудын "баглаа боох" энергийн энэхүү ялгаа нь урвалын өндөр Кулон саадыг даван туулахад шаардагдах энергийг ихээхэн хэмжээгээр нөхдөг. Үүний үр дүнд хүнд цөм нь зөвхөн 12-20 МэВ-ийн өдөөх энергитэй байдаг. Зарим талаараа ийм хариу үйлдэл нь "урвуу хуваагдах" үйл явцтай төстэй юм. Үнэн хэрэгтээ, ураны цөмийг хоёр хэсэг болгон задлах нь энерги ялгарах үед тохиолддог (энэ нь атомын цахилгаан станцад ашиглагддаг) урвуу урвалд хэсгүүд нь нэгдэх үед үүссэн ураны цөм бараг хүйтэн байх болно. Иймд элементүүдийг хүйтэн хайлуулах урвалаар нийлэгжүүлэх үед хүнд цөм үндсэн төлөвт шилжихийн тулд зөвхөн нэг юмуу хоёр нейтрон ялгаруулахад л хангалттай.
Дармштадт (Герман) дахь GSI үндэсний цөмийн физикийн төвд 107-112 (П.Армбрустер, З.Хофман, Г.Мюнзенберг гэх мэт) хүртэлх 6 шинэ элементийг нийлэгжүүлэхэд их хэмжээний цөмийн хүйтэн хайлуулах урвалыг амжилттай ашигласан. Саяхан RIKEN үндэсний төвд (Токио) K. Morita нар 110-112 элементийн синтезийн GSI туршилтыг давтан хийв. Хоёр бүлэг хоёулаа илүү хүнд сум ашиглан 113 ба 114-р элемент рүү шилжихээр төлөвлөж байна. Гэсэн хэдий ч хүйтэн хайлуулах урвалд улам бүр хүнд элементүүдийг нэгтгэх оролдлого нь ихээхэн бэрхшээлтэй холбоотой юм. Ионы атомын цэнэг нэмэгдэхийн хэрээр 208 Pb буюу 209 Bi-ийн зорилтот цөмүүдтэй нэгдэх магадлал нь цөмийн цэнэгийн үржвэртэй пропорциональ байдаг Кулоны түлхэлтийн хүч нэмэгдэж байгаагаас ихээхэн буурдаг. 208 Pb + 50 Ti (Z 1) урвалаас авах боломжтой 104-р элементээс × Z 2 = 1804) 208 Pb + 70 Zn (Z 1) урвалын 112-р элемент. × Z 2 = 2460), нэгдэх магадлал 10 4 дахин багасна.

Зураг 3Хүнд нуклидын газрын зураг. Цөмийн хагас задралын хугацааг өөр өөр өнгөөр ​​(зөв масштабаар) илэрхийлдэг. Хар дөрвөлжин нь дэлхийн царцдас дахь тогтвортой элементүүдийн изотопууд юм (T 1/2 ≥ 10 9 жил). Хар хөх өнгө нь цөм нь 10-6 секундээс бага хугацаанд амьдардаг "тогтворгүй байдлын далай" юм. Шар шугамууд нь битүү бүрхүүлтэй тохирч, протон ба нейтроны ид шидийн тоог илэрхийлдэг. Тори, уран, трансуран элементүүдийн "хойг"-ыг дагаж "тогтвортой байдлын арлууд" нь цөмийн бичил харуурын онолын таамаглал юм. Өөр өөр цөмийн урвалаар олж авсан Z = 112 ба 116 хоёр цөм, тэдгээрийн дараалсан задрал нь хэт хүнд элементүүдийг зохиомлоор нийлэгжүүлэх явцад "тогтвортой байдлын арлууд" руу хэр ойртож болохыг харуулж байна.

Өөр нэг хязгаарлалт бий. Хүйтэн хайлуулах урвалаар олж авсан нийлмэл цөм нь харьцангуй цөөн тооны нейтронтой байдаг. Дээр авч үзсэн 112-р элемент үүссэн тохиолдолд Z = 112-тай эцсийн цөм нь ердөө 165 нейтронтой байдаг бол N > 170 нейтроны тоогоор тогтвортой байдал нэмэгдэх төлөвтэй байна (3-р зургийг үз).

Цөмийн реакторт үйлдвэрлэсэн плутони (Z = 94), америциум (Z = 95) эсвэл куриум (Z = 96), ховор элемент зэрэг хиймэл элементүүдийг зорилтот болгон ашиглавал зарчмын хувьд их хэмжээний нейтрон агуулсан цөмүүдийг олж авах боломжтой. кальцийн изотопын хувьд - 48 Ca. (доороос үзнэ үү).

48 Са атомын цөм нь 20 протон, 28 нейтрон агуулдаг - энэ хоёр утга нь хаалттай бүрхүүлтэй тохирч байна. 48 Ca цөмтэй нэгдэх урвалд тэдгээрийн "шидэт" бүтэц ажиллах болно (хүйтэн хайлуулах урвалд энэ үүргийг зорилтот хэсгийн шидэт цөмүүд гүйцэтгэсэн - 208 Pb), үүний үр дүнд хэт хүнд цөмийн өдөөх энерги бий болно. ойролцоогоор 30 - 35 МэВ. Тэдний үндсэн төлөвт шилжих нь гурван нейтрон ба гамма цацрагийн ялгаралт дагалддаг. Энэхүү өдөөх энергийн үед цөмийн бүрхүүлийн нөлөө нь халсан хэт хүнд цөмд байсаар байгаа бөгөөд энэ нь тэдний амьдрах чадварыг нэмэгдүүлж, туршилтанд нэгтгэх боломжийг олгоно. Мөн харилцан үйлчлэлийн цөмүүдийн массын тэгш бус байдлыг анхаарна уу (Z 1 × Z 2 ≤ 2000) нь тэдний Кулоны түлхэлтийг бууруулж, улмаар нэгдэх магадлалыг нэмэгдүүлдэг.

Эдгээр илэрхий давуу талуудыг үл харгалзан 1977-1985 онд янз бүрийн лабораторид хийсэн 48 Ca ионтой урвалд хэт хүнд элементүүдийг нийлэгжүүлэх өмнөх бүх оролдлого амжилтгүй болсон. үр дүнгүй болсон. Гэсэн хэдий ч сүүлийн жилүүдэд туршилтын технологийг хөгжүүлж, юуны түрүүнд манай лабораторид 48 Ca ионтой эрчимтэй цацрагийг шинэ үеийн хурдасгуур дээр үйлдвэрлэсэн нь туршилтын мэдрэмжийг бараг 1000 дахин нэмэгдүүлэх боломжтой болсон. Эдгээр ололт амжилтыг хэт хүнд элементүүдийг нэгтгэх шинэ оролдлогод ашигласан.

3 Хүлээгдэж буй шинж чанарууд

Синтез амжилттай болбол бид туршилтаас юу харахыг хүлээж байна вэ? Хэрэв онолын таамаг үнэн бол хэт хүнд цөм нь аяндаа хуваагдахтай харьцуулахад тогтвортой байх болно. Дараа нь тэд өөр төрлийн задралыг мэдрэх болно: альфа задрал (2 протон, 2 нейтроноос бүрдэх гелийн цөм ялгарах). Энэ үйл явцын үр дүнд эх цөмөөс 2 протон, 2 нейтрон хөнгөн охин цөм үүсдэг. Хэрэв охин цөм нь аяндаа хуваагдах магадлал багатай бол хоёр дахь альфа задралын дараа ач цөм нь анхны цөмөөс 4 протон, 4 нейтроноор хөнгөн болно. Альфа задрал нь аяндаа хуваагдах хүртэл үргэлжилнэ (Зураг 4).

Тэр. Бид зөвхөн нэг задрал биш, харин "цацраг идэвхит гэр бүл", дараалсан альфа задралын гинжин хэлхээг (цөмийн масштабаар) харах болно гэж найдаж байна. Зарчмын хувьд ийм задралын хувилбар нь хэт хүнд цөм үүсэхийг аль хэдийн харуулж байна.

Тогтвортой байдлын хүлээгдэж буй өсөлтийг бүрэн харахын тулд Z = 114 ба N = 184 хаалттай бүрхүүлд аль болох ойртох шаардлагатай. Цөмийг нэгтгэх үед ийм нейтрон-илүүдэл цөмийг цөмийн урвалд нэгтгэх нь туйлын хэцүү байдаг. аль хэдийн протон ба нейтроны тодорхой харьцаатай тогтвортой элементүүд, энэ нь давхар шидэт цөмд хүрэх боломжгүй 298 114. Тиймээс бид эхлээд хамгийн их боломжит тооны нейтрон агуулсан цөмийг урвалд ашиглахыг хичээх хэрэгтэй. Энэ нь их хэмжээгээр хурдасгасан 48 Ca ионыг сум болгон сонгохыг тодорхойлсон. Таны мэдэж байгаагаар байгальд маш их кальци байдаг. Энэ нь цөм нь 20 протон, 20 нейтрон агуулсан 40Ca изотопын 97% -аас бүрддэг. Гэхдээ энэ нь 0.187% хүнд изотоп агуулдаг - 48 Ca (20 протон, 28 нейтрон) нь 8 илүүдэл нейтронтой. Үүнийг үйлдвэрлэх технологи нь маш их хөдөлмөр, үнэтэй байдаг; баяжуулсан 48 Ca нэг грамм нь ойролцоогоор 200,000 доллар болно. Тиймээс бид буулт хийх шийдлийг олохын тулд хурдасгуурын загвар, ажиллах горимыг эрс өөрчлөх шаардлагатай болсон - энэ чамин материалын хамгийн бага хэрэглээтэй ионы цацрагийн хамгийн их эрчимийг олж авах.

Зураг 4
Өөр өөр тооны протон, нейтроны хэт хүнд элементийн изотопуудын задралын төрлүүд (зураг дээр өөр өөр өнгөөр ​​харуулсан) ба хагас задралын тухай онолын таамаглал. Жишээлбэл, 248 St ба 48 Ca бөөмүүдийн нэгдэх урвалд үүссэн 293 масстай 116-р элементийн изотопын хувьд дараалсан гурван альфа задрал хүлээгдэж байгаа бөгөөд энэ нь агуу их биетүүдийн аяндаа задралаар төгсдөг. -281-ийн масстай 110-р элементийн ач цөм. 8-р зурагнаас харахад яг ийм задралын хувилбар, гинж хэлбэртэй байна. α - α - α - SF, туршилтаар энэ цөмд ажиглагдсан. Хөнгөн цөмийн задрал нь 208 Pb + 64 Ni цөмийн "хүйтэн нэгдэх" урвалаар олж авсан 271 масстай 110-р элементийн изотоп бөгөөд түүний хагас задралын хугацаа 281 изотопоос 10 4 дахин бага байдаг 110.

Өнөөдөр бид цацрагийн эрч хүчийг дээд хэмжээнд хүртлээ - 8 × 10 12 / с, 48 Ca изотопын маш бага хэрэглээтэй - ойролцоогоор 0.5 миллиграмм / цаг. Зорилтот материал болгон бид хиймэл элементийн урт хугацааны баяжуулсан изотопуудыг ашигладаг: Pu, Am, Cm ба Cf (Z = 94-96 ба 98) мөн хамгийн их нейтрон агууламжтай. Тэдгээрийг хүчирхэг цөмийн реакторуудад (АНУ-ын Оак Ридж, ОХУ-ын Димитровград хотод) үйлдвэрлэж, дараа нь Бүх Оросын туршилтын физикийн судалгааны хүрээлэнгийн (Саров) тусгай суурилуулалт, масс тусгаарлагчаар баяжуулсан. Z = 114 - 118 элементийн нийлэгжилтэнд эдгээр изотопуудын цөмтэй 48 Са-ийн цөмийн нэгдэх урвалыг сонгосон.

Энд би зарим нэг ухагдахууныг хэлмээр байна.

Лаборатори болгонд, тэр байтугай дэлхийн тэргүүлэгч цөмийн төвүүдэд ч бидний ажилдаа ашигладаг ийм өвөрмөц материал, тоо хэмжээ байдаггүй. Харин тэдгээрийг үйлдвэрлэх технологи нь манайд бий болсон, манай үйлдвэр ч хөгжүүлж байна. ОХУ-ын Атомын энергийн сайд шинэ элементийн нийлэгжилтийн ажлын хөтөлбөрийг 5 жилийн хугацаанд боловсруулахыг санал болгож, энэ судалгааг явуулахад зориулж тусгай буцалтгүй тусламж олгосон. Нөгөөтэйгүүр, бид Цөмийн судалгааны нэгдсэн хүрээлэнд ажиллаж дэлхийн тэргүүлэх лабораториудтай өргөн хүрээнд хамтран ажилладаг (мөн өрсөлддөг). Хэт хүнд элементүүдийн нийлэгжилтийн судалгааны ажилд бид Ливерморын үндэсний лаборатори (АНУ)-тай олон жилийн турш нягт хамтран ажиллаж байна. Энэхүү хамтын ажиллагаа нь бидний хүчин чармайлтыг нэгтгээд зогсохгүй туршилтын үр дүнг туршилтын бүх үе шатанд хоёр бүлэг бие даан боловсруулж, дүн шинжилгээ хийх нөхцлийг бүрдүүлдэг.
5-аас дээш жил ажилласан, урт хугацааны цацрагийн үед ойролцоогоор 2 тун × 10 20 ион (ойролцоогоор 16 миллиграмм 48 Ca, гэрлийн хурдыг ~ 1/10 хүртэл хурдасгаж, зорилтот давхаргаар дамжин өнгөрдөг). Эдгээр туршилтуудад 112÷118 элементийн изотоп үүсэхийг (117-р элементээс бусад) ажиглаж, шинэ хэт хүнд нуклидын задралын шинж чанарын анхны үр дүнг авсан. Бүх үр дүнг танилцуулах нь хэтэрхий их зай эзэлнэ, уншигчдыг уйдаахгүйн тулд бид зөвхөн 113 ба 115 элементийн нийлэгжилтийн хамгийн сүүлийн туршилтыг тайлбарлахаар хязгаарлагдах болно - бусад бүх урвалыг ижил төстэй байдлаар судалсан. Гэхдээ энэ ажлыг эхлүүлэхийн өмнө туршилтын тохиргоог товч танилцуулж, суурилуулалтын үндсэн зарчмуудыг тайлбарлахыг зөвлөж байна.

4. Туршилтыг зохион байгуулах

Зураг 5
Хүнд элементийн нийлэгжилтийн туршилтанд буцах цөмийг салгах суурилуулалтын бүдүүвч зураг

Сэтгэцийн хувьд детекторын бүх гадаргууг задрал илэрсэн 500 орчим эс (пиксел) хэлбэрээр төлөөлж болно. Хоёр дохио санамсаргүй байдлаар нэг газар унах магадлал 1/500, гурван дохио - 1/250000 гэх мэт. Энэ нь маш бага хэмжээгээр (~1 атом/сар) үүссэн ч гэсэн хэт хүнд цөмүүдийн генетикийн холбоотой дараалсан задралын маш ховор тохиолддог асар олон тооны цацраг идэвхт бүтээгдэхүүнээс маш найдвартай сонгох боломжтой болгодог.

5. Туршилтын үр дүн

Суурилуулалтыг "үйл ажиллагаатай" харуулахын тулд бид жишээ болгон 243 Am(Z=95) + 48 Ca(Z=) бөөмүүдийн нэгдэх урвалын явцад үүссэн 115-р элементийн нийлэгжилтийн туршилтуудыг илүү дэлгэрэнгүй тайлбарлах болно. 20) → 291 115.
З-сондгой цөмийн синтез нь сонирхол татахуйц байдаг, учир нь сондгой протон эсвэл нейтрон байгаа нь аяндаа хуваагдах магадлалыг мэдэгдэхүйц бууруулж, дараалсан альфа шилжилтийн тоо жигд задралын үеийнхээс илүү (урт гинж) байх болно. бүр цөм. Кулоны саадыг даван туулахын тулд 48 Ca ион нь E > 236 МэВ энергитэй байх ёстой. Нөгөө талаас, энэ нөхцлийг биелүүлж, хэрэв бид цацрагийн энергийг E = 248 МэВ гэж хязгаарлавал 291 115 нийлмэл цөмийн дулааны энерги ойролцоогоор 39 МэВ болно; түүний хөргөлт нь 3 нейтрон ба гамма цацрагийн ялгаралтаар явагдана. Дараа нь урвалын бүтээгдэхүүн нь нейтроны тоо N=173 элементийн 115 изотоп болно. Зорилтот давхаргаас гарч ирсний дараа шинэ элементийн атом нь түүнийг дамжуулахаар тохируулсан тусгаарлагчаар дамжин детектор руу орох болно. 6-р зурагт үзүүлсэн шиг цаашдын үйл явдлууд өрнөнө. Урд талын детектор дээр буцах цөм зогссоноос хойш 80 микросекундын дараа өгөгдөл цуглуулах систем нь түүний ирэх цаг, эрчим хүч, координатын тухай дохиог хүлээн авдаг (туузны дугаар, түүний байрлал). Энэ мэдээлэл нь "TOF" (салгагчаас ирсэн) шинж чанартай болохыг анхаарна уу. Хэрэв 10 секундын дотор детекторын гадаргуу дээрх ижил газраас "TOF" тэмдэггүй (жишээ нь суулгасан атомын задралаас) 9.8 МэВ-ээс их энергитэй хоёрдахь дохио гарч ирвэл цацраг унтарч, цаашилна. ялзрал нь арын дэвсгэр бараг бүрэн байхгүй нөхцөлд бүртгэгддэг. 6-р зургийн дээд графикаас харахад эхний хоёр дохионы ард - буцах цөм ба эхний альфа бөөмөөс 20 секунд орчим байна. цацрагийг унтраасны дараа өөр 4 дохио гарч ирсэн бөгөөд тэдгээрийн байрлал нь ± 0.5 мм-ийн нарийвчлалтай өмнөх дохиотой давхцаж байв. Дараагийн 2.5 цагийн турш илрүүлэгч чимээгүй байв. Нэг зурвас, ижил байрлал дахь аяндаа хуваагдлыг зөвхөн маргааш нь буюу 28.7 цагийн дараа нийт 206 МэВ энергитэй хуваагдлын хэсгүүдээс хоёр дохио хэлбэрээр тэмдэглэв.
Ийм сүлжээг гурван удаа бүртгэсэн. Тэд бүгд ижил дүр төрхтэй (цацраг идэвхт гэр бүлийн 6 үеийн цөм) бөгөөд цөмийн задралын экспоненциал хуулийг харгалзан альфа бөөмсийн энерги болон үүсэх цаг хугацааны хувьд бие биетэйгээ нийцдэг. Хэрэв ажиглагдсан нөлөө нь нийлмэл цөмөөр 3 нейтрон ууршуулсаны дараа үүссэн 288 масстай 115-р элементийн изотопын задралтай холбоотой бол 48 Ca ионы цацрагийн энергийг нэмэгдүүлнэ. зөвхөн 5 МэВ бол 5-6 дахин буурах ёстой. Үнэхээр E = 253 МэВ үед ямар ч нөлөө үзүүлээгүй. Гэхдээ энд дөрвөн альфа бөөмсөөс бүрдэх өөр нэг богино, задралын гинжин хэлхээ ажиглагдсан (бид эдгээрийн 5 ширхэг байсан гэж бид үзэж байна, гэхдээ сүүлчийн альфа бөөмс задгай цонхноос ниссэн) ердөө 0.4 секунд үргэлжилсэн. Шинэ задралын хэлхээ 1.5 цагийн дараа аяндаа хуваагдан дуусав. Мэдээжийн хэрэг, энэ нь 4 нейтрон ялгаруулж нэгтгэх урвалаар үүссэн 287 масстай 115-р элементийн хөрш изотоп болох өөр цөмийн задрал юм. З=115, N=173 сондгой изотопын дараалсан задралын гинжин хэлхээг 6-р зургийн доод графикт үзүүлсэн бөгөөд энэ нь өөр өөр тооны протон, нейтрон бүхий хэт хүнд нуклидын хагас задралын хугацааг дараах байдлаар харуулж байна. контурын зураг. Энэ нь мөн Германы лабораторид GSI (Дармштадт) болон Япон хэлээр RIKEN (209 Bi+ 64 Ni урвалаар нийлэгжсэн N = 161 нейтроны тоотой 111-р элементийн өөр, хөнгөн сондгой сондгой изотопын задралыг харуулж байна. Токио).

Зураг 6
48 Ca + 243 At урвалд 115-р элементийн синтезийн туршилт.
Дээд талын зураг нь детектор руу буцах цөм (R) суулгасны дараа дохио гарч ирэх цагийг харуулж байна. Альфа бөөмсийг бүртгэх дохиог улаанаар, аяндаа хуваагдах дохиог ногооноор тэмдэглэв. Жишээлбэл, гурван үйл явдлын аль нэгэнд R → задралын гинжин хэлхээний бүх 7 дохионы байрлалын координатыг (мм-ээр) өгсөн болно.α 1 → α 2 → α 3 → α 4 →α 5 → SF 4-р зурваст бүртгэгдсэн. Доод зурагт Z=111, N=161 ба Z=115, N=173-тай цөмийн задралын гинжийг харуулав. Өөр өөр хагас задралын (өөр өөр зэрэгтэй харанхуйлах) бөөмийн бүс нутгийг харуулсан контурын шугамууд нь микроскопийн онолын таамаглал юм.

Юуны өмнө хоёр тохиолдолд цөмийн хагас задралын хугацаа нь онолын таамаглалтай сайн тохирч байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. 288 115 изотопыг N=184 нейтрон бүрхүүлээс 11 нейтроноор зайлуулж байгаа хэдий ч 115 ба 113 элементийн изотопууд харьцангуй урт насалдаг (Т 1/2 ~ 0.1 сек ба 0.5 сек).
Таван альфа задралын дараа N = 163 бүхий элементийн 105-р изотоп - dubnium (Db) үүсдэг бөгөөд түүний тогтвортой байдлыг өөр хаалттай бүрхүүл N = 162 тодорхойлно. Энэ бүрхүүлийн хүчийг бие биенээсээ ердөө 8 нейтроноор ялгаатай хоёр Db изотопын хагас задралын асар их ялгаа харуулж байна. Бүтэц (цөмийн бүрхүүл) байхгүй тохиолдолд 105÷115 элементийн бүх изотопууд ~ 10-19 секундын дотор аяндаа задрах ёстой гэдгийг дахин нэг удаа тэмдэглэе.

(химийн туршилт)

Дээр тайлбарласан жишээнд 115-р элементийн задралын гинжин хэлхээг дуусгадаг 268 Db урт наслалт изотопын шинж чанарууд нь бие даасан сонирхолтой байдаг.
Тогтмол хуулийн дагуу 105-р элемент V эгнээнд байна. Энэ нь 7-р зурагнаас харахад ниоби (Nb) ба тантал (Ta) хоёрын химийн гомолог бөгөөд химийн шинж чанараараа хөнгөн элементүүд болох актинидүүдээс (Z = 90÷103) ялгаатай бөгөөд D.I-д тусдаа бүлгийг төлөөлдөг. Хүснэгт. Менделеев. Хагас задралын хугацаа урт тул 105-р элементийн энэ изотопыг бүх урвалын бүтээгдэхүүнээс салгаж болно. радиохимийн аргадараа нь түүний задралыг хэмжих - аяндаа хуваагдах. Энэхүү туршилт нь эцсийн цөмийн атомын дугаар (Z = 105) болон 115-р элементийн дараалсан альфа задралын үед үүссэн бүх нуклидын бие даасан тодорхойлох боломжийг олгодог.
Химийн туршилтанд буцах цөм тусгаарлагчийг ашиглах шаардлагагүй. Урвалын бүтээгдэхүүнийг атомын дугаараар нь ялгах нь химийн шинж чанарын ялгаан дээр үндэслэсэн аргаар явагддаг. Тиймээс энд илүү хялбаршуулсан техникийг ашигласан. Зорилтот газраас нисч буй урвалын бүтээгдэхүүнийг 3-4 микрон гүнд хөдөлж буй зам дагуу байрлуулсан зэс коллектор руу оруулав. Цацрагаар 20-30 цагийн дараа цуглуулга ууссан. Уусмалаас трансактиноидын нэг хэсэг болох Z > 104 элементүүдийг ялгаж авсан бөгөөд энэ фракцаас 5-р цувралын элементүүд - Db, тэдгээрийн химийн гомологууд Nb ба Ta дагалдав. Сүүлийнх нь химийн аргаар ялгахын өмнө уусмалд "маркер" болгон нэмсэн. Db агуулсан уусмалын дуслыг нимгэн субстрат дээр байрлуулж, хатааж, дараа нь хоёр хагас дамжуулагч детекторын хооронд байрлуулсан бөгөөд энэ нь аяндаа хуваагдлын хоёр хэсгийг бүртгэсэн. Бүхэл бүтэн угсралт нь эргээд нейтрон детекторт байрлуулсан бөгөөд энэ нь Db цөмүүдийг задлах явцад фрагментуудаас ялгарах нейтроны тоог тодорхойлдог.
2004 оны 6-р сард 12 ижил туршилт (С.Н. Дмитриев болон бусад) хийгдсэн бөгөөд үүнд Db-ийн аяндаа хуваагдах 15 үйл явдал бүртгэгдсэн. Аяндаа үүсэх хуваагдлын хэсгүүд Db нь 235 МэВ орчим кинетик энергитэй бөгөөд хуваагдлын үйл явдал бүрт дунджаар 4 орчим нейтрон ялгардаг. Ийм шинж чанар нь нэлээд хүнд цөмийн аяндаа задрах шинж чанартай байдаг. 238 U-ийн хувьд эдгээр утгууд нь ойролцоогоор 170 МэВ ба 2 нейтрон байдаг гэдгийг санаарай.
Химийн туршилт физик туршилтын үр дүнг баталж байна: 115-р элементийн цөмүүд дараалсан таван альфа задралын үр дүнд 243 Am + 48 Ca урвалд үүссэн: Z = 115 → 113 → 111 → 109 → 107 → 105 нь үнэндээ атомын дугаар 105-тай урт хугацааны аяндаа хуваагддаг цөм үүсэх. Эдгээр туршилтуудад 115-р элементийн альфа задралын үржлийн үржлийн хувьд атомын дугаар 113-тай, урьд нь үл мэдэгдэх өөр нэг элемент мөн нийлэгжсэн.

Зураг 7
115-р элементийн цацраг идэвхт шинж чанарыг судлах физик, химийн туршилтууд.
48 Ca + 243 At урвалд физик тохиргоог ашиглан таван дараалсан байна.
288 115 изотопын альфа задрал нь 105-р элементийн урт хугацааны изотопыг үүсгэдэг - 268 Дб.
аяндаа хоёр хэсэг болгон хуваагдана. Химийн туршилтаар атомын дугаар 105-тай цөм нь аяндаа хуваагддаг болохыг тогтоожээ.

6. Том дүр зураг ба ирээдүй

хэтийн төлөв

Одоо даалгавар бол шинэ элементүүдийн цөмийн болон атомын бүтцийг илүү нарийвчлан судлах явдал бөгөөд энэ нь юуны түрүүнд хүссэн урвалын бүтээгдэхүүний гарц багатай холбоотой маш их асуудал үүсгэдэг. Хэт хүнд элементийн атомын тоог нэмэгдүүлэхийн тулд 48 Ca ионы цацрагийн эрчимийг нэмэгдүүлэх, физик аргуудын үр ашгийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Ойрын жилүүдэд хийхээр төлөвлөж буй хүнд ионы хурдасгуурыг хурдасгуурын технологийн хамгийн сүүлийн үеийн ололт амжилтыг ашиглан шинэчлэх нь ионы цацрагийн эрчмийг ойролцоогоор 5 дахин нэмэгдүүлэх боломжийг олгоно. Хоёр дахь хэсгийн шийдэл нь туршилтын тохиргоонд эрс өөрчлөлт хийхийг шаарддаг; үүнийг хэт хүнд элементүүдийн шинж чанарт суурилсан туршилтын шинэ техникийг бий болгоход олж болно.

Зураг 8
Хүнд ба хэт хүнд элементүүдийн нуклидын зураг.
Төрөл бүрийн хайлуулах урвалд тохирсон зууван доторх бөөмийн хувьд (зурагт үзүүлэв) ялгарсан альфа бөөмсийн хагас задралын хугацаа ба энергийг (шар дөрвөлжин) өгсөн. Цөмийн бүрхүүлийн нөлөөллийн цөмийн энергид оруулсан хувь нэмрийг үндэслэн тусгаарлах бүсийн контурын зураг дээр өгөгдлийг харуулав. Цөмийн бүтэц байхгүй тохиолдолд талбай бүхэлдээ цагаан өнгөтэй болно. Тэд харанхуйлах тусам бүрхүүлийн нөлөө нэмэгддэг. Хоёр хөрш зэргэлдээ бүс нь зөвхөн 1 МэВ-ээр ялгаатай. Гэсэн хэдий ч энэ нь аяндаа хуваагдахтай харьцуулахад цөмийн тогтвортой байдлыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэхэд хангалттай бөгөөд үүний үр дүнд протон, нейтроны "шидэт" тооны ойролцоо байрладаг нуклидууд альфа задралыг голчлон мэдэрдэг. Нөгөөтэйгүүр, 110 ба 112-р элементийн изотопуудад нейтроны тоо 8 атомын нэгжээр нэмэгдэх нь цөмийн альфа задралын үеийг 10 5 дахин ихэсгэхэд хүргэдэг.

Одоогийн суурилуулалтын үйл ажиллагааны зарчим - буцах цөмүүдийн кинематик тусгаарлагч (Зураг 5) нь янз бүрийн төрлийн урвалын кинематик шинж чанарын ялгаан дээр суурилдаг. Бидний сонирхож буй зорилтот цөм ба 48 Са-ийн нэгдлийн урвалын бүтээгдэхүүнүүд нь 40 МэВ орчим кинетик энергитэй ± 3 0 нарийхан өнцгийн конус хэлбэрээр урагшаа чиглэсэн зорилтот газраас нисдэг. Буцах бөөмийн траекторийг хязгаарлаж, эдгээр параметрүүдийг харгалзан бид ионы цацрагийг бараг бүрэн тохируулж, урвалын дайвар бүтээгдэхүүний дэвсгэрийг 10 4 ÷ 10 6 дахин дарж, шинэ элементийн атомуудыг детекторт хүргэдэг. 1 микросекундэд ойролцоогоор 40% -ийн үр ашигтай. Өөрөөр хэлбэл, урвалын бүтээгдэхүүнийг салгах нь "ялдаа" явагддаг.

Зураг 8 MASHA суурилуулалт
Дээд талын зурагт тусгаарлагчийн диаграмм ба түүний ажиллах зарчмыг харуулав. Зорилтот давхаргаас хөөгдсөн буцах цөмийг хэдэн микрометрийн гүнд графит коллекторт зогсооно. Коллекторын өндөр температурын улмаас тэдгээр нь ионы эх үүсвэрийн камерт тархаж, плазмаас гарч, цахилгаан орны нөлөөгөөр хурдасч, детектор руу шилжих үед соронзон орны массаар шинжлэгддэг. Энэ загварт атомын массыг 1/3000 нарийвчлалтайгаар тодорхойлж болно. Доорх зураг нь суулгацын ерөнхий дүр төрхийг харуулж байна.

Гэхдээ угсралтын өндөр сонгомол чанарыг олж авахын тулд кинематик параметрүүд - буцах өнцөг, буцах цөмийн энергийг хадгалах, "т рхэцэх" байх нь чухал юм. Ийм учраас 0.3 микрометрээс ихгүй зузаантай зорилтот давхаргыг ашиглах шаардлагатай - өгөгдсөн масстай хэт хүнд цөмийн үр дүнтэй ургац авахад шаардагдах хэмжээнээс ойролцоогоор 3 дахин бага, эсвэл хэрэв бид 5-6 дахин бага байх ёстой. массын хувьд хөрш зэргэлдээ өгөгдсөн элементийн хоёр изотопын синтезийн тухай ярьж байна. Нэмж дурдахад, хэт хүнд элементийн изотопуудын массын талаархи мэдээллийг олж авахын тулд 48 Ca ионы цацрагийн янз бүрийн энерги дээр давтан хэмжилт хийх урт, хөдөлмөр их шаардсан цуврал туршилтуудыг хийх шаардлагатай.
Үүний зэрэгцээ, бидний хийсэн туршилтаас харахад хэт хүнд элементүүдийн нийлэгжсэн атомуудын хагас задралын хугацаа нь кинематик тусгаарлагчийн хурдаас хамаагүй их байдаг. Тиймээс олон тохиолдолд ийм богино хугацаанд урвалын бүтээгдэхүүнийг салгах шаардлагагүй байдаг. Дараа нь та суулгацын үйл ажиллагааны зарчмыг өөрчилж, урвалын бүтээгдэхүүнийг хэд хэдэн үе шаттайгаар салгаж болно.
Шинэ суурилуулалтын диаграммыг 9-р зурагт үзүүлэв. Буцах цөмийг 2000 0 С-ийн температурт халаасан коллекторт суулгасны дараа атомууд ионы эх үүсвэрийн плазм руу тархаж, плазмд q = 1 + цэнэг хүртэл ионжиж, цахилгаанаар эх үүсвэрээс гаргана. талбарууд нь тусгай профилын соронзон орон дахь массаар тусгаарлагдаж, эцэст нь фокусын хавтгайд байрлах детекторуудаар (муудалтын төрлөөр) бүртгэгддэг. Температурын нөхцөл, тусгаарлагдсан атомын физик-химийн шинж чанараас хамааран бүх процедур нь тооцооллын дагуу секундын аравны нэгээс хэдэн секунд хүртэл үргэлжилж болно. Хурдны хувьд кинематик тусгаарлагчаас доогуур, шинэ суурилуулалт нь MASHA (бүтэн нэрний товчлол) юм. Супер хүнд атомын массын анализатор) - ашиглалтын үр ашгийг 10 дахин нэмэгдүүлж, задралын шинж чанараас гадна хэт хүнд цөмийн массыг шууд хэмжих боломжийг олгоно.
Москва мужийн захирагч Б.В.-ийн олгосон буцалтгүй тусламжийн ачаар. Громов энэхүү суурилуулалтыг бүтээхийн тулд үүнийг богино хугацаанд боловсруулж, үйлдвэрлэж, 2 жилийн дотор туршилтыг давж, ашиглалтад оруулахад бэлэн болжээ. Хурдасгуурыг сэргээн засварласны дараа MASHA суурилуулсан. Бид шинэ нуклидын шинж чанарыг судлах судалгаагаа нэлээд өргөжүүлж, илүү хүнд элементүүдийн бүс рүү орохыг хичээх болно.

(байгалийн хэт хүнд элементүүдийг хайх)

Хэт хүнд элементүүдийн асуудлын өөр нэг тал нь урт насалдаг нуклидын үйлдвэрлэлтэй холбоотой юм. Дээр дурдсан туршилтаар бид зөвхөн "арлын" захад ойртож, огцом өсөлтийг олж мэдсэн боловч бөөмүүд хэдэн мянган, магадгүй бүр сая сая жил амьдрах боломжтой оргилоос хол хэвээр байна. N=184 бүрхүүлд ойртохын тулд нийлэгжсэн цөмд хангалттай нейтрон байхгүй. Өнөөдөр энэ нь боломжгүй зүйл юм - ийм нейтроноор баялаг нуклидыг олж авах боломжтой урвал байхгүй байна. Магадгүй алс холын ирээдүйд физикчид 48 Са-ийн цөмөөс илүү тооны нейтронтой цацраг идэвхт ионуудын эрчимтэй цацрагийг ашиглах боломжтой болно. Ийм хурдацтай аваргуудыг бий болгоход шаардагдах зардлын талаар хараахан хөндөхгүйгээр ийм төслүүдийг өргөн хүрээнд хэлэлцэж байна.

Гэсэн хэдий ч та энэ асуудалд өөр өнцгөөс хандахыг оролдож болно.

Хэрэв бид хамгийн урт насалдаг хэт хүнд цөмүүдийн хагас задралын хугацаа 10 5 ÷ 10 6 жил байна гэж үзвэл (онолын таамаглалтай нэг их зөрчилддөггүй, энэ нь бас тодорхой нарийвчлалтай тооцоолдог) юм. тэдгээрийг сансрын туяагаар илрүүлж болно - Орчлон ертөнцийн бусад залуу гаригууд дээр үүсэх элементүүдийн гэрчүүд. Хэрэв бид "урт наслалт" -ын хагас задралын хугацаа хэдэн арван сая жил ба түүнээс дээш байж болно гэсэн илүү хүчтэй таамаглал дэвшүүлбэл тэдгээр нь дэлхий дээр оршин тогтнож, дэлхий дээрх элементүүд үүссэнээс маш бага хэмжээгээр амьд үлдэж чадна. нарны системээс өнөөг хүртэл.
Боломжит нэр дэвшигчдийн дунд бид цөм нь 180 орчим нейтрон агуулсан 108 (Hs) элементийн изотопуудыг илүүд үздэг. Богино хугацааны изотоп 269 Hs (T 1/2 ~ 9 сек) дээр хийсэн химийн туршилтууд нь 108-р элемент нь Үеийн хуулийн дагуу 76-р элемент - осми (Os) -ын химийн гомолог болохыг харуулсан.

Зураг 10
108-р элементийн задралын үед бөөмийн аяндаа задралаас үүссэн нейтроны тэсрэлтийг бүртгэх суурилуулалт. (Францын Модан дахь газар доорх лаборатори)

Дараа нь металл осмийн дээж нь маш бага хэмжээгээр 108 элемент Eka(Os) агуулж болно. Осмид Eka(Os) байгаа эсэхийг түүний цацраг идэвхт задралаар тодорхойлж болно. Хэт хүнд урт элэг нь аяндаа хуваагдах эсвэл өмнөх альфа эсвэл бета задралын (цөмийн нейтроны аль нэг нь протон болж хувирдаг цацраг идэвхт хувирлын нэг төрөл) хөнгөн, богино настай охины дараа аяндаа хуваагдах болно. эсвэл ач зээ цөм. Тиймээс эхний шатанд осми дээжийн аяндаа задрах ховор тохиолдлуудыг бүртгэх туршилт хийх боломжтой. Ийм туршилтыг бэлтгэж байна. Хэмжилт энэ оны сүүлчээр эхлэх бөгөөд 1-1.5 жил үргэлжилнэ. Хэт хүнд цөмийн задралыг аяндаа хуваагдах үед үүсэх нейтроны тэсрэлтээр илрүүлэх болно. Суурилуулалтыг сансрын туяанаас үүссэн нейтрон дэвсгэрээс хамгаалахын тулд Францыг Италитай холбосон хонгилын дунд Альпийн нурууны доор байрлах газар доорхи лабораторид 4000 метрийн усны давхаргатай тэнцэх гүнд хэмжилт хийнэ. тэнцүү.
Хэрэв хэмжилтийн жилийн хугацаанд ядаж нэг удаа хэт хүнд цөмийн аяндаа задрах үзэгдэл ажиглагдвал энэ нь Os дээжинд 108-р элементийн концентраци 5-тай тэнцэнэ. × Хагас задралын хугацааг 10 9 жил гэж үзвэл 10 -15 г/г. Ийм бага үнэ цэнэ нь дэлхийн царцдас дахь ураны агууламжийн ердөө 10 -16 хэсэг юм.
Туршилтын хэт өндөр мэдрэмжтэй хэдий ч реликт, хэт хүнд нуклидуудыг илрүүлэх боломж бага байна. Гэхдээ аливаа шинжлэх ухааны эрэл хайгуулд үргэлж бага боломж байдаг ... Үр нөлөө байхгүй нь зуун настны хагас задралын дээд хязгаарыг T 1/2 түвшинд өгнө. ≤ 3× 10 7 жил. Тийм ч гайхалтай биш, гэхдээ хэт хүнд элементүүдийн тогтвортой байдлын шинэ бүс дэх цөмийн шинж чанарыг ойлгоход чухал ач холбогдолтой.

Шинэ Өмнөд Уэльсийн их сургууль (Австрали) болон Майнцын их сургуулийн (Герман) эрдэмтэд одон орон судлаачдын мэддэг хамгийн ер бусын оддын нэг нь тогтвортой байдлын арлын химийн элементүүдийг агуулдаг гэж таамаглаж байна. Эдгээр нь үечилсэн хүснэгтийн хамгийн төгсгөлд байгаа элементүүд бөгөөд зүүн талд байгаа хөршөөсөө урт наслалтаараа ялгагдана. Энэхүү судалгаа нь arXiv.org цахим хэвлэлийн номын санд хэвлэгдсэн бөгөөд түүний үр дүн, тогтвортой хэт хүнд химийн элементүүдийг тайлбарласан болно.

HD 101065 одыг 1961 онд Польш-Австралийн одон орон судлаач Антонин Прзибылски нээжээ. Энэ нь дэлхийгээс 400 гэрлийн жилийн зайд Центаврын ордонд байрладаг. HD 101065 нь нарнаас хөнгөн бөгөөд үндсэн дарааллын од болох дэд аварга том од юм. Пржыбылскийн одны онцгой шинж чанар нь агаар мандалд маш бага төмөр, никелийн агууламжтай байдаг. Үүний зэрэгцээ од нь стронций, цезий, торий, итербий, уран зэрэг хүнд элементүүдээр баялаг юм.

Прзибылскийн од нь 89-103 атомын дугаартай (цөм дэх протоны тоо) богино хугацааны цацраг идэвхт элементүүд болох актинидыг илрүүлсэн цорын ганц од юм: актини, плутони, америциум, эйнштейний. HD 101065 нь HD 25354-тэй төстэй боловч америциум, куриум байгаа эсэх нь эргэлзээтэй.

Пржыбылскийн од дээр хэт хүнд элемент үүсэх механизм бүрэн тодорхой болоогүй байна. HD 101065 нь нейтрон одтой хамт хоёртын системийг бүрдүүлдэг гэж таамаглаж байсан - хоёр дахь тоосонцор эхнийх рүү унаж, хүнд элементүүдийн хайлуулах урвалыг өдөөдөг. Бүдэг хиймэл дагуул HD 101065-аас мянга орчим одон орны нэгжийн зайд байрласан байж магадгүй ч энэ таамаг хараахан батлагдаагүй байна.

Зураг: Н.Даутел / Globallookpress.com

HD 101065 нь Ап одтой хамгийн төстэй бөгөөд А ангиллын спектрийн өвөрмөц одод бөгөөд тэдгээрийн спектр нь газрын ховор металлын шугамыг сайжруулдаг. Тэд хүчтэй соронзон оронтой бөгөөд хүнд элементүүд нь агаар мандалд гүнээс ордог. HD 101065 нь бусад Ap одуудаас гэрлийн муруйн богино хугацааны өөрчлөлтөөр ялгаатай бөгөөд энэ нь түүнийг RoAp оддын тусдаа бүлэгт (Хурдан хэлбэлзэлтэй Ap од) оруулах боломжтой болгосон.

Эрдэмтдийн HD 101065-ыг одоо байгаа оддын ангилалд оруулах оролдлого хэзээ нэгэн цагт амжилтанд хүрэх магадлалтай. Пржыбылскийн одыг хамгийн ер бусын од гэж үздэг ч энэ нь хэд хэдэн ер бусын шинж чанартай гэж сэжиглэх үндэслэл болж байна. Тодруулбал, Австрали, Германы судлаачид HD 101065-д зориулсан хамгийн сүүлийн ажилдаа Пржыбылскийн одонд тогтвортой байдлын аралд хамаарах химийн элементүүд төрдөг гэж таамаглажээ.

Эрдэмтэд цөм болон түүний өргөтгөлийн бүрхүүлийн загвараас гарав. Энэхүү загвар нь атомын цөмийн тогтвортой байдлыг атомын электрон бүрхүүлүүдтэй адилтган цөмийг бүрдүүлдэг бүрхүүлүүдийн энергийн түвшинг дүүргэхтэй холбодог. Нейтрон ба протон бүр нь тодорхой бүрхүүлд (атомын төвөөс эсвэл энергийн төвшнөөс зайд) байрладаг бөгөөд бие биенээсээ хамааралгүйгээр тодорхой бие даасан талбарт хөдөлдөг.

Цөмийн энергийн түвшин хэдий чинээ их байх тусам изотоп тогтвортой байна гэж үздэг. Энэхүү загвар нь атомын цөм, эргэлт, соронзон моментуудын тогтвортой байдлыг сайн тайлбарласан боловч зөвхөн өдөөгдөөгүй эсвэл хөнгөн, дунд хэмжээний цөмд хамаарна.

Бүрхүүлийн загварын дагуу бүрэн дүүрэн энергийн бүрхүүлтэй цөмүүд нь өндөр тогтвортой байдалтай байдаг. Ийм элементүүд нь "тогтвортой байдлын арал" -ыг бүрдүүлдэг. Энэ нь шидэт болон давхар шидэт тоонуудтай харгалзах 114 ба 126 серийн дугаартай изотопуудаас эхэлдэг.

Нуклонуудын (протон ба нейтрон) ид шидийн тоотой цөмүүд хамгийн хүчтэй холбох энергитэй байдаг. Нуклидын хүснэгтэд тэдгээрийг дараах байдлаар байрлуулна: зүүнээс баруун тийш хэвтээ чиглэлд протоны тоог өсөх дарааллаар, босоо байдлаар дээрээс доошоо нейтроны тоог харуулав. Давхар шидэт цөм нь ямар нэгэн шидэт тоотой тэнцүү тооны протон, нейтронтой байдаг.

Дубнагаас олж авсан флеровийн изотопын хагас задралын хугацаа (114-р элемент) 2.7 секунд хүртэл байдаг. Онолоор бол N = 184 нейтроны шидэт тоотой, арав орчим сая жилийн наслах флеровий-298 изотоп байх ёстой. Ийм цөмийг нэгтгэх боломж хараахан болоогүй байна. Харьцуулбал цөм дэх протоны тоо нь 113 ба 115-тай тэнцүү хөрш зэргэлдээх элементүүдийн хагас задралын хугацаа нь 19.6 секунд (нихониум-286) ба 0.156 секунд (московиум-289) хүртэл байна.

HD 101065-ийн агаар мандалд актинид байгаа нь тогтвортой байдлын арлын химийн элементүүд байгааг харуулж байна гэж arXiv.org сайтын нийтлэлийн зохиогчид үзэж байна. Энэ тохиолдолд актинидууд нь тогтвортой хэт хүнд элементүүдийн задралын бүтээгдэхүүн юм. Эрдэмтэд HD 101065 спектрээс нобелиум, лауренций, нихониум, флеровийн ул мөрийг хайж олохыг санал болгож, тогтвортой изотоп үүсгэж болох тусгай спектрийг дүрсэлж байна.

Одоогийн байдлаар үелэх системийн шинэ элементүүдийг Орос, АНУ, Япон, Германд нэгтгэж байна. Дэлхий дээрх байгалийн орчинд трансуран элемент олдоогүй байна. HD 101065 од нь тогтвортой байдлын арал байдаг гэсэн цөмийн физикчдийн онолыг турших шинэ боломжийг олгож магадгүй юм.

Питер Армбрустер, Готфрид Мюнзерберг

Нарийн квант механик нөлөө нь байгалиас олддог цөмөөс хамаагүй хүнд цөмийг тогтворжуулдаг. Туршилтанд оролцогчид ийм хэт хүнд элементүүдийг хэрхэн хамгийн сайн нийлэгжүүлэх тухай санаагаа эргэн харах ёстой байв

үедСүүлийн 20 жилийн хугацаанд дэлхийн олон оронд хэт хүнд элементүүдийг олж авах асуудал физикчдийн анхаарлыг татаж байна. Дармштадт дахь Хүнд ионы судалгааны хүрээлэнгийн (HIR) бид 107, 108, 109-р элементийн цөмүүдийг нэгтгэснээр тодорхой амжилтанд хүрсэн. Эдгээр цөмүүд нь 106-р протоны "босго"-оос хэтэрсэн бөгөөд энэ нь өмнө нь байсан цөмийн хязгаарыг илтгэнэ. хүнд элементүүдийг олж авах, тодорхойлох арга .

Цөмийн массын туршилтын хэмжилт, онолын шинжилгээ нь эдгээр шинэ элементүүдийн тогтвортой байдал нь хөнгөн цөмийн тогтвортой байдлыг тодорхойлдог макроскоп шинж чанараас илүүтэйгээр тэдгээрийн протон ба нейтрон системийн бичил бүтцээр тодорхойлогддог болохыг харуулж байна. Гэсэн хэдий ч 60-аад оны сүүлчээр 114 хүртэлх элементүүд хүрэх боломжтой мэт санагдах үед тавьсан зорилгодоо хүрэхэд хэцүү хэвээр байгаа асуудлуудтай тулгарсан. Эдгээр бэрхшээлийг даван туулж, бид цөмийн бүтэц, цөмийн нэгдэх урвалын динамикийн судалгаанд ахисан.

Байгальд байхгүй элементүүдийг цөмийн реакторт үйлдвэрлэж эхэлсэн үеэс нуклеосинтез маш их замыг туулсан. Физикчид зорилтот атомуудыг бөмбөгдөхийн тулд улам хүнд хурдасгасан ионуудыг ашигласан. Энэхүү хөгжлийн эцсийн алхам бол бөөмийн масс болон бөмбөгдөлтийн энергийг нарийн тодорхойлох ёстой бөгөөд ингэснээр шинээр үүссэн бөөмийн өдөөлтийг хамгийн бага байлгахын тулд бөөмийн "хүйтэн хайлуулах" арга юм.

Бидний ажлын явцад хэт хүнд элементүүдийн нийлэгжилтийн талаархи бараг бүх анхны санааг эргэн харах шаардлагатай болсон: 1966 онд нийлэгжүүлж болох элементүүдийн цөмүүд нь гажигтай, асферик хэлбэртэй байдаг. Нэгдэхийн тулд бид тогтвортой, өргөн тархсан элементүүдийг ашигласан. байгаль, бөмбөрцөг цөм ба хурдасгасан ионууд нь урьд нь таамаглаж байсанчлан хиймэл хамгийн хүнд цацраг идэвхт цөм, зохих ёсоор сонгогдсон гэрлийн хурдатгалтай ионуудын оронд дундаж масстай байна. Нэгдэх нь хамгийн бага бөмбөгдөлтийн эрчим хүчээр явагдах ёстой - аль болох "зөөлөн", хэт их харилцан үйлчлэлийн энерги хэлбэрээр "харгис хүч" ашиглахгүйгээр, өмнө нь хайлуулах үйл явцад хувь нэмэр оруулдаг гэж үздэг.

Синтезийн санаатрансуран элементүүд (атомын дугаар 92-оос дээш) 30-аад онд үүссэн. 1934 онд Энрико Ферми бета задралын (нейтрон протон ба электрон болж задрах) дараа хар тугалга үүсгэхийн тулд удаан нейтроноор таллийг бөмбөгдөв. Нейтроныг барьж авах ба дараагийн бета задралын үр дүнд атомын дугаар нь анхныхаасаа нэгээр өндөр элементүүд бий болсон.

1940 оноос 1950-иад оны дунд үе хүртэл 93, 94, 99, 100-р элементүүд нь нейтрон туяагаар үүсгэгддэг байсан нь ферми буюу 100-р элемент нь нейтроныг барьж авах, бета-гаар үүсгэгддэг элементүүдийн сүүлчийнх нь байсан нь тохиолдлын хэрэг биш юм. Фермигийн санал болгосон задрал: түүний изотопуудын аль нь ч бета задралд ордоггүй. Мөн энэ хугацаанд альфа тоосонцортой цацраг туяагаар 95-аас 98, 101 хүртэлх элементүүдийг үүсгэсэн. Энэ процесст хүнд цөм нь хоёр протон, хоёр нейтроныг шингээдэг; энэ тохиолдолд атомын тоо нэг дор хоёр нэгжээр нэмэгддэг. Бүх хүнд элементүүдийн нэгэн адил трансуран элементүүд нь протоноос илүү нейтрон агуулдаг; жишээлбэл, плутони (элемент 94) нь нийт 239 масстай 145 нейтрон агуулдаг; Хамгийн урт насалдаг фермийн изотоп нь нийт масс нь 257 157 нейтронтой.

100-аас дээш тооны элементүүдийг олж авах байгалийн арга бол хамгийн хүнд элементийн цөмийг гелийээс илүү протон, нейтрон агуулсан хөнгөн элементийн цөмтэй нэгтгэх явдал юм. Макроскопийн жингийн хэмжээгээр нийлэгждэг тул 99 хүртэлх элементүүдийг авах боломжтой. Цөмийн нэгдэлд саад болох электростатик хүчийг даван туулахад хангалттай эрчим хүч бүхий хүнд ионуудыг үйлдвэрлэх хурдасгууруудыг АНУ-ын Беркли, Дубна (ЗХУ) хотуудад барьсан. 1958-1974 оны хооронд Эдгээр хүнд ионы хурдасгуурууд нь 102-аас 106 хүртэлх элементүүдийг нийлэгжүүлэх боломжийг олгосон. Эдгээр элементүүдийг илрүүлэхийн тэргүүлэх ач холбогдол, тиймээс тэдгээрийг нэрлэх эрх нь өнөөг хүртэл маргааны сэдэв хэвээр байна.

Беркли, Дубнад амжилттай ашигласан аргууд нь 100-аас илүү жинтэй элементүүдийг олж авахад үр дүнгүй болсон. Хэт хүнд элементүүдийг нийлэгжүүлэх нь яагаад тийм хэцүү, яагаад зарим нь ялангуяа тогтвортой байж болохыг ойлгохын тулд цөмүүд хэрхэн бүхэлдээ нэгдэж, хуваагдаж, өөр өөр хүч хэрхэн тэнцвэрждэгийг ойлгох шаардлагатай. тэдгээрийн тогтвортой байдлыг тодорхойлох, масс нэмэгдэх тусам өөрчлөгддөг. Хөнгөн цөмийн хувьд үл тоомсорлож болох нөлөөлөл нь бүрэн тогтворгүй байдал болон хэт хүнд цөмийн харьцангуй урт наслалтын хоорондох ялгааг бий болгодог.

Бүх цөмд онцгой чухал зүйл бол протон ба нейтроныг хоёуланг нь татдаг хүчтэй цөмийн хүч ба протоныг түлхэж буй цахилгаан статик хүчний харилцан үйлчлэл юм. Цөмүүд хэдий чинээ хүнд байна төдий чинээ их нейтрон агуулдаг бөгөөд энэ нь протонуудын хоорондох түлхэлтийн хүчний нөлөөллийг тодорхой хэмжээгээр нөхдөг. Гэсэн хэдий ч нуклонуудын хоорондох холболтын хүч нь төмрийн дээд цэгт (26 протон ба 30 нейтрон) хүрч, үелэх системийн дөрөвний нэгээс бага, дараа нь буурдаг.

Төмөрөөс хүнд аливаа цөмийн хуваагдал нь энерги ялгарахтай хамт байх ёстой боловч хар тугалгатай харьцуулахад бага масстай цөмүүдийг хуваахад шаардагдах энерги маш их тул ийм урвалыг зөвхөн онцгой нөхцөлд л хийх боломжтой. Хар тугалгаас хүнд цөмүүд нь нуклонуудын багахан хэсгийг ч гэсэн ялгаруулж илүү тогтвортой төлөвт шилжиж чаддаг тул тогтворгүй байдаг. Байгалийн гаралтай тори, ураны изотопууд нь альфа тоосонцорыг ялгаруулж задалдаг. Зөвхөн уран ба хүнд элементүүдэд өдөөгдөөгүй цөмүүд аяндаа хуваагдана.

Үндсэндээ атомын тоо (цөм дэх протоны тоо) нэмэгдэхийн хэрээр атомын цөмийн тогтворгүй байдал нэмэгддэг: хагас задралын хугацаа хэдэн мянган жилээс секундын сая нэг хүртэл буурдаг. Гэсэн хэдий ч цөмийн бүтцийн онолоос харахад өнөөг хүртэл олж авсан элементүүдээс арай илүү жинтэй элементүүд нь бага биш, илүү тогтвортой байх болно.

Нейтрон ба протоны тодорхой хослол бүхий цөмүүд нь ялангуяа өндөр холболтын энергитэй байдаг; гелий-4, хүчилтөрөгч-16, кальци-40, кальци-48, хар тугалга-208 нь хөрш зэргэлдээх элементүүдтэй харьцуулахад маш тогтвортой байдаг. Эдгээр том утгууд нь бүрхүүлийн бүтэцтэй холбоотой байдаг - цөмийн эргэн тойронд электронуудыг хадгалдаг бүрхүүлүүдийн цөмийн эквивалент. Бүрэн дүүрэн (хаалттай) бүрхүүл үүсгэдэг нуклонуудын тохиргоо нь ялангуяа тогтвортой байдаг. Хар тугалганы хувьд бүрхүүлийн бүтэц нь бүтэцгүй, ижил тооны нейтрон, протонтой, таамагласан цөмийн дусалтай харьцуулахад цөмийн холболтын энергийг 11 сая электрон вольтоор (MeV) нэмэгдүүлдэг. 2 тэрбум эВ хүртэлх холболтын энергитэй ихэнх цөмийн хувьд ийм өсөлт харьцангуй бага байна. Гэсэн хэдий ч тогтвортой байдлын хил дээрх хамгийн хүнд элементүүдийн хувьд "бүрхүүл тогтворжилт" нь агшин зуурын задрал болон цөм харьцангуй удаан оршин тогтнох хоорондын ялгааг үүсгэдэг.

Хаалттай нейтрон ба протоны бүрхүүлтэй цөм нь ялангуяа тогтвортой байдаг; хар тугалганы дараа ийм бүрхүүлүүд 114 протон, 184 нейтрон дээр гарч ирдэг. Хөнгөн цөмүүдийг холбох энергийг урьдчилан таамаглахад бүрхүүлийн онолын амжилт нь 298-тай ойролцоо масстай цөмүүд нь уран, торийн нэгэн адил харьцангуй тогтвортой элементүүдийн бүсийг үүсгэж чадахуйц өндөр тогтворжсон байх найдлага төрүүлэв. Ийм бүрхүүлээр тогтворжсон хэт хүнд элементүүд нь уран-ториийн бүсийн элементүүдээс ялгаатай нь цөмийн бодисын нэгэн төрлийн дусал шиг тогтворгүй байх ёстой.

Бүрхүүлээр тогтворжсон супер хүнд элементүүдийн эхнийх нь Фермигийн санал болгосон шинж чанар нь экаренацтай тохирч байх ёстой 107-г энэ таамаглалаас 47 жилийн дараа буюу 1981 онд Дармштадт тогтоожээ.

Дараа нь бид 108, 109-р элементүүдийг олж, тодорхойлсон. Тэдний холбох энергийн хэмжилт нь бид хэт хүнд элементүүдийн бүсэд аль хэдийн орсон болохыг харуулж байна. Бид одоогоор илүү хүнд элементүүдийг үйлдвэрлэхэд саад учруулж буй хязгаарлалтыг судалж байна.

Хүнд элементүүдийн нийлэгжилтхайлуулах урвалын хувьд туршилт хийгчээс хайлуулалт явагддаггүй бөмбөгдөлтийн аргууд болон бүтээгдэхүүний цөмийг харьцангуй тогтвортой байдалд үлдээхээс илүүтэйгээр задралд хүргэдэг аргуудын хооронд "нарийн шугамаар алхах" чадвартай байхыг шаарддаг. Шинээр үүссэн цөмийн халаалтыг бууруулах нь хүнд байг харьцангуй хөнгөн ионоор бөмбөгдөхөөс бага масстай байг харьцангуй хүнд ионоор бөмбөгдөх (Ю.Ц.Оганесян ба түүний санаачилсан шилжилт)-д шилжих хамгийн чухал шалтгаан юм. Дубна дахь Цөмийн судалгааны нэгдсэн хүрээлэнгийн хамтрагчид).

Жишээлбэл, хар тугалга-208 эсвэл висмут-209 нь хром-54 эсвэл төмөр-58-тай нийлэхэд шинэ цөмийн өдөөх энерги нь 20 МэВ орчим байдаг. Үүний зэрэгцээ хүнд актинидын зорилтуудыг (калифорни-249, беркелий-249 эсвэл курий-248) нүүрстөрөгч-12, азот-15 эсвэл хүчилтөрөгч-18-тай нэгтгэснээр 45 МэВ орчим өдөөх энерги үүсдэг.

Хөнгөн ионууд болон изактинидын зорилтуудыг ашиглан үүссэн цөм нь хөргөж, дөрвөн нейтрон ялгаруулдаг. Үүний эсрэгээр, хар тугалга эсвэл висмут, хүнд ионуудаас үүссэн цөм нь зөвхөн нэг нейтрон ялгаруулдаг. Цөм нь нейтрон ялгаруулж хөргөх магадлал нь түүний задралын магадлалын хэдхэн хувьтай тэнцдэг тул хэт хүнд цөмийн эцсийн гарц нь нейтрон ялгаралтын цувааны үе шат бүрт мэдэгдэхүйц буурдаг. Нэг нейтроныг тайвшруулах механизм нь шинээр үүссэн цөмийг хадгалахад илүү тохиромжтой.

Харамсалтай нь хүйтэн хайлуулах нь бас сул талтай: энэ тохиолдолд хоёр цөмийн хоорондох электростатик түлхэлтийн хүч нь тэдгээрийн нэгдэхээс ихээхэн сэргийлдэг. Хоёр цөм нэгдэх үед тэдгээрийн кинетик энергийн нэг хэсэг нь мөргөлдөж буй бөөмүүдийн завсрын системийн өдөөх энерги болж хувирдаг тул хайлуулах саадыг даван туулахад ашиглагдах боломжгүй бөгөөд энэ нь эргээд нэгдэх магадлалыг бууруулдаг. Илүү хүнд ионуудыг ашиглан хүйтэн хайлуулах тохиолдолд хайлуулах саадыг ойртуулах, даван туулах явцад илүү их кинетик энерги хувирдаг бөгөөд энэ саадыг даван туулах магадлал нь хөнгөн ионууд болон хамгийн хүнд зорилтот объектуудын хоорондох урвалтай харьцуулахад буурдаг.

Хэрэв эдгээр алдагдлыг нөхөхийн тулд анхны энергийг нэмэгдүүлбэл өдөөх энерги нэмэгдэж, үүссэн цөмийн тоо багасна. Үүний үр дүнд зөвхөн 106-р элемент нь хүйтэн хайлуулах аргын давуу талыг харуулж байна.

Хүнд элементүүдийг үүсгэх хамгийн их хөндлөн огтлол нь эрчим хүчний нарийн мужид байдаг - хайлуулах хаалтаас ойролцоогоор 5 МБ өндөрт байгааг бид харуулсан.

байхадХэт хүнд цөм үүсгэх онол нь өөрөө маш сонирхолтой байж болох ч практик дээр энэ нь хамаагүй хэцүү ажил юм. Онолын тооцоог хурдасгуур, байны загвартай хослуулах, мөн хэт хүнд цөмийг нийлэгжсэн даруйд нь илрүүлэх детекторын системийг бий болгох шаардлагатай. Хэт хүнд элементүүдийг олж авах санаа нь 60-аад оны сүүлээр физикч, химичүүдийн төсөөллийг татахад Германд хэн ч нуклеосинтез хийх туршлагагүй байв. Энэ чиглэлээр анхлан суралцагчдад олон хаалга нээгдсэн. Беркли, Дубна дахь өмнөх туршилтуудаас их зүйлийг сурч болох боловч эдгээр судалгааг хуулбарлах замаар цаашид ахиц дэвшил гаргах боломжгүй нь тодорхой байв. Хүнд ионы хурдасгуур, шинэ элементүүдийг тусгаарлах хурдан салгах аргууд, тэдгээрийг тодорхойлох тохиромжтой арга техник шаардлагатай байв. Ямар тодорхой хариу үйлдэл нь амжилтанд хүрэх ёстой вэ гэсэн асуултад хариулт байсангүй.

1969 онд Германы засгийн газар Гессе мужийн засгийн газартай хамтран Дармштадт хотод хүнд ионы судалгааны шинэ институт (Хүнд ионы судалгааны нийгэмлэг, GE) байгуулах ажлыг санхүүжүүлэхээр шийджээ. Гайа хотод туршилт хийдэг Universal Linear Accelerator (UNILAC) 1975 онд ажиллаж эхэлсэн.

UNILAC нь уран зэрэг бүх ионуудыг Кулоны саадаас давсан энерги хүртэл хурдасгах чадвартай. Анхнаасаа энэ суурилуулалт нь хамгийн хүчтэй ионы цацрагийг үйлдвэрлэх зорилготой байсан. Ионы энергийг жигд өөрчилж, өгөгдсөн түвшинд нэлээн сайн давтагдах чадвартай болгохын тулд онцгой хүчин чармайлт гаргасан. Хурдасгуурын төслийг анх К.Шмелцер болон түүний хамтран ажиллагчид Хайдельбергт боловсруулсан. Энэ тохиолдолд бусад шинжлэх ухааны бүлгүүдийн аль хэдийн хуримтлагдсан туршлагыг харгалзан үзсэн: ионы эх үүсвэрүүд нь Дубна хотод өндөр цэнэгтэй ион үйлдвэрлэх эх үүсвэрүүдийн өөрчлөлт байсан бөгөөд Берклид боловсруулсан Альварес системийг өндөр давтамжийн системд ашигласан. шугаман хурдасгуурын .

UNILAC-ийг барьж байгуулахад олон эрдэмтэд хурдасгуурыг ашиглах хамгийн сайн арга юу вэ гэсэн асуулттай тулгарч байсан. Ямар урвал, ямар туршилтын аргыг хэрэглэх ёстой вэ? Анх бий болсон үедээ UNILAC нь олон төрлийн санааг туршихад ашиглагдаж байсан боловч амжилттай болсон цорын ганц стратеги бол буцах цөмийг зөөвөрлөхтэй хослуулсан хүйтэн хайлуулах арга байв.

Түүнээс хойш 1941 онд плутонийг нээсний дараа энэ элементийн 400 орчим тонныг нийлэгжүүлсэн нь 10 30 атомтай тэнцэж байна. Нөгөөтэйгүүр, 109-р элементийн хэдхэн атомыг авч, тодорхойлсон. Яагаад хамгийн хүнд элементүүдийг маш бага хэмжээгээр олж авдаг вэ? Хариулт нь плутонийг үйлдвэрлэхийн тулд тонн нейтронууд уран-238 хэдэн см ба түүнээс дээш зузаантай блокуудыг бөмбөгддөг бол UNILAC-д ердөө 100 микрограмм төмөр-58-ыг хурдасгаж, хэдэн зуун нанометр зузаантай хар тугалга-208-ийн байг бөмбөгддөг. Нэмж дурдахад плутони-239-ийг үүсгэдэг нейтрон барих урвалын хөндлөн огтлол нь 109-р элементийг үүсгэдэг хайлуулах урвалын хөндлөн огтлолоос ойролцоогоор 10 их наяд дахин том байна.

Илүү хүнд элементүүдийг олж авахад бэрхшээлтэй байдаг нь асуудлын зөвхөн нэг хэсэг юм. Нэгэнт нийлэгжсэний дараа 109 гэх мэт элементүүд маш хурдан задардаг тул синтез нь задралыг гүйцэхгүй. Хамгийн хүнд элементүүд нь маш богино насалдаг тул цацрагийн төгсгөлд үүссэн бүх атомууд аль хэдийн задарсан байдаг. Тиймээс эдгээр атомуудыг үйлдвэрлэлийн явцад илрүүлж, тодорхойлох ёстой.

106 хүртэлх элементийг олж авах, бүртгэх аргууд нь үндсэндээ үүссэн атомыг урвалын бүсээс илрүүлэгч рүү зөөвөрлөх механик хэрэгсэлд суурилдаг. Урвалын бүтээгдэхүүн үүсэх ба илрүүлэх хоорондох тээвэрлэлтийн хугацааг хийн урсгалд шилжүүлэх хурд, хатуу гадаргуугаас тархах хугацаа эсвэл эргэлдэх байны хурдаар тодорхойлно. Гэсэн хэдий ч эдгээр аргууд нь 106-аас илүү жинтэй элементүүдийг илрүүлэхэд хангалтгүй байсан тул хурд болон илрүүлэх нарийвчлалын хооронд хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй зөрүүг тулгаж, хурдан аргуудыг ашиглах нь шинэ изотопуудыг найдвартай тодорхойлох боломжгүй болгосон.

Үүссэн цөмийг детектор руу шилжүүлэхийн тулд бид хүнд ионуудаас урвалын бүтээгдэхүүн олж авдаг буцах хурдыг ашиглах аргыг сонгосон. Хүнд ион зорилтот атомтай мөргөлдөж, түүнтэй нийлэх үед үүссэн цөм нь ионы анхны хөдөлгөөний чиглэлд гэрлийн хурдны хэдхэн хувьтай тэнцэх хурдтай хөдөлдөг. Үүний үр дүнд хагас задралын хугацаа 100 ns хүртэл цөмийг илрүүлж болно.

Хэдийгээр буцах цөмийг зөөвөрлөх техник нь маш богино настай цөмийг илрүүлэх, тодорхойлох боломжийг олгодог боловч илрүүлэх арга нь илүү төвөгтэй болдог. Зөвхөн хайлуулах урвалын үед үүссэн бие даасан цөмүүд урвалын бүсээс өндөр хурдтайгаар гардаг төдийгүй олон триллион хүнд ионууд, түүнчлэн олон мянган атомууд байнаасаа гарч ирдэг. Хэт хүнд цөмийг үлдэгдэл цацрагаас салгахын тулд бид Гиссений их сургуулийн Физикийн хоёрдугаар хүрээлэнгийн мэргэжилтнүүдтэй хамтран бүтээсэн хүнд ионтой SHIP (Heavy-Ion Reaction Products Separator) бүхий урвалын бүтээгдэхүүнд зориулсан тусгай хурдны шүүлтүүрийг бүтээсэн. Цөмийн мөргөлдөөн ба нэгдэх кинематик дээр үндэслэн хайлмал бүтээгдэхүүний буцах хурдыг урьдчилан тооцоолж болно. Тиймээс тэдгээрийг харьцангуй хялбар аргаар тусгаарлаж болно.

Хурдны шүүлтүүр нь хоёр үе шатаас бүрдэх бөгөөд тус бүр нь цахилгаан ба соронзон орныг агуулдаг. Эдгээр хоёр талбар нь цэнэгтэй бөөмсийг эсрэг чиглэлд хазайдаг; Зөвхөн тодорхой хурдтай цөмийн хувьд талбайн нөлөөг харилцан үгүйсгэдэг бөгөөд угсралтын дундаж хавтгайд үргэлжлүүлэн хөдөлдөг. Ийм тандем шүүлтүүр нь илрүүлэх бүсэд нэвтрэх түргэвчилсэн ионуудын тоог 100 тэрбум дахин, устгагдсан зорилтот цөмийн тоог 1000 дахин бууруулдаг. Цацрагаас бараг бүх хүсээгүй тоосонцорыг устгаснаар SHIP спектрометр нь 40,070 гаруй хайлуулах бүтээгдэхүүнийг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог. Спектрометрийн ард байрлах детекторууд нь спектрометрээр дамжин өнгөрөх бөөмийн задралын гинжийг бүртгэдэг бөгөөд энэ нь хайлуулах бүтээгдэхүүнийг хоёрдмол утгагүй тодорхойлох боломжийг олгодог.

Илрүүлэх системийн эхний элемент бол бөөмийн хурдыг гурав дахь удаагаа хэмжих боломжийг олгодог нислэгийн цаг төхөөрөмж юм (эхний хоёр хэмжилт нь хурдны шүүлтүүрийн зарчимтай холбоотой). Энэ төхөөрөмжөөр дамжин өнгөрсний дараа бөөмсийг байрлалд мэдрэмтгий цахиурын гадаргуугийн хаалт мэдрэгчүүдэд суулгаж, түүний энерги болон нөлөөллийн байршлыг бүртгэдэг. Нислэгийн цаг ба энергийн хослол нь бөөмийн массыг ойролцоогоор тооцоолж өгдөг тул хайлуулах бүтээгдэхүүнийг тархай бутархай ионууд болон устгагдсан зорилтот цөмүүдээс ялгаж болно.

Цөмийг найдвартай тодорхойлохын тулд түүний задрал ба цацраг идэвхт бүтээгдэхүүний задралын хоорондын хамаарлыг тогтоох шаардлагатай. Нэг цөмөөс үүссэн задралын үйл явдлууд нь ижил орон зайн координаттай байх ёстой бөгөөд охин цөмийн төрөл, энерги, хагас задралын хугацаа нь өмнөх хэмжилтүүдээс тодорхой болсон.

Ийм харилцан хамаарал бүхий задралын үйл явдлуудыг бий болгосноор хайлуулах бүтээгдэхүүний цөм бүрийг өвөрмөц байдлаар тодорхойлох боломжтой. Сонирхож буй хайлуулах бүтээгдэхүүнтэй ижил байршилд буух санамсаргүй цөм нь ялзарч, орон зайн хамааралтай дохио үүсгэж болзошгүй ч түүний задралын энерги, хагас задралын хугацаа, задралын горим нь хайлмал бүтээгдэхүүнд хүлээгдэж буй зүйл байх магадлал багатай юм. Бид дөрөв дэх үе хүртэл ийм задралын гинжийг ажигласан; Ийм цуврал харилцан хамааралтай үйл явдлууд санамсаргүй байх магадлал 10-15-аас 10-18 хооронд байна. Хэрэв судалж буй изотопоос үүдэлтэй харилцан хамаарал бүхий үйл явдлууд өдөрт нэг удаа ажиглагдаж байвал дэлхийн наснаас 100 дахин их хугацаанд дөрвөн үеийн задралын үйл явдлыг дуурайлган санамсаргүй тохиолдох боломжтой. Үүний үр дүнд нэг үйл явдал ч гэсэн өгөгдсөн хэт хүнд изотоп байгааг хоёрдмол утгагүй харуулж чадна.

хооронд 1981, 1986 он манай хамт олон П.Хесбергер, З.Хофман, М.Лейно, В.Рейсдорф, К.-Х нартай хамт. Шмидт, бид UNILAC, SHIP болон түүний илрүүлэгч системийг ашиглан 107-109-р элементүүдийг нийлэгжүүлж, тодорхойлоход ашигласан. Эдгээр туршилтуудад 104-109 элементийн 14 изотоп (тэдгээрийн тав нь өмнө нь мэдэгдэж байсан), мөн элементийн өөр хоёр изотопыг нэгтгэсэн. 261 ба 264 массын дугаартай 107 ба 108.

1981 онд бид висмут 209-ийг хром-54 ионоор бөмбөгдөх замаар 262 масстай 107-р элементийн изотопыг олж авсан. 107-р элементийн сондгой сондгой изотопын хувьд (протон ба нейтроны сондгой тоотой) бид цөмийн энергийн түвшний тухай ойлголт өгөх таван альфа бөөмийн энергийг тогтоосон; Бид мөн энэ изотоп нь изомертэй (урт насалсан өдөөлттэй төлөв) гэж мэдээлж болно.

1982 оны 8-р сарын 29-ний өдрийн 16:10 цагт төмөр-58, висмут-209 хоёрын хоорондох урвалаас илэрсэн задралын нэг хэлхээг ажигласны үндсэн дээр 109-р элементийг тодорхойлсон. 266 109 цөм нь 11.1 МэВ энергитэй альфа бөөмсийг ялгаруулахаас өмнө 5 мс оршин байсан; үүссэн 107-р элементийн цөм нь 22 мс-ийн дараа 105-р элемент болж задарсан; 105-р элемент нь цөм нь аяндаа хуваагдан 104-р элемент болж, дараа нь 12.9 болсон. Энэ ганц тохиолдлоор ялзралын энерги, хагас задралын хугацаа, урвалын хөндлөн огтлолыг хязгаарлагдмал нарийвчлалтайгаар тодорхойлох боломжтой байв. 1988 оны эхээр 100 дахь элементийг олж тогтоосноос хойш зургаан жилийн дараа дахин хоёр задралын хэлхээ ажиглагдсан. Тэд 1982 онд бичигдсэн үйл явдлын тайлбарыг баталжээ.

1984 онд Төмөр-58 ба хар тугалга-208 хоорондын урвалд 265108 изотопын задралын гурван гинжийг бид тодорхойлсон. 107 ба 109-р элементийн тодорхойлсон хоёр изотоп нь сондгой бөгөөд хуваагдах магадлал маш бага боловч 108-р элементийн изотоп нь тэгш тооны протон, сондгой тооны нейтронтой. Хэдийгээр сондгой тэгш изотопууд хуваагдах магадлал өндөр байдаг ч 265108 изотоп нь альфа задралд ордог.

107-109 элементийн изотопуудын аль нь ч аяндаа хуваагддаггүй, 265104, 260106, 264108 тэгш-тэгш изотопууд нь аяндаа задрахтай харьцуулахад ойролцоогоор ижил тогтвортой байдалтай байдаг нь онцгой сонирхолтой юм.

Тогтвортой байдлын ойролцоогоор тогтмол түвшин нь бүрхүүл тогтворжуулах нөлөө нь цөмийн масс нэмэгдэхийн хэрээр тогтвортой байдлын ерөнхий бууралттай хэрхэн өрсөлдөж байгааг харуулж байна.

104, 105-ын ардЭлементүүдэд альфа тоосонцор ялгарахдаа ялзарч, хөнгөн элементүүдийн мэдэгдэж буй изотопуудыг үүсгэдэг цөмүүдийн жижиг "арал" байдаг. Ийм альфа задралын үйл явдлууд нь эдгээр хэт хүнд элементүүдийн холболтын энергийг тодорхойлох боломжийг олгодог. Хэрэв охин цөмийн холболтын энерги мэдэгдэж байгаа бол үе шат бүрт эх цөмийн холболтын энергийг альфа задралын энергиэс тооцож болно. Хэрэв эцсийн бүтээгдэхүүний холболтын энерги мэдэгдэж байгаа бол альфа задралын гинжин хэлхээгээр дамжуулан гинжин хэлхээний анхны цөмийн холболтын энергид хүрч болно. 108, 100-р элементийн задрал (тухайн тус бүр нэг үйл явдал) болон 106-р элемент (хэд хэдэн үйл явдал дээр) бүртгэгдсэн тул гинжийг сэргээх боломжтой 264 108 260 106 256 104 252 102. Эдгээр цөмүүдийн холболтын энерги 120. 106 ба 94 МэВ тус тус байна.

Уран-232-оос 264,108 хүртэл альфа задралын процессоор холбогддог бүх изотопуудад холбох энергийн бүрхүүлийн залруулга аажмаар нэмэгддэг; харгалзах утгууд 1-2-оос 6-7 МэВ хүртэл нэмэгддэг. Үнэн хэрэгтээ уранаас эхлээд 108-р элемент хүртэлх бүх элементүүд ижил өндөр хуваагдлын саадтай байдаг - ойролцоогоор 6 МэВ. Цөмийн дусал шиг тогтвортой хэвээр байгаа уранаас ялгаатай нь 100 ба 108-р элементүүдийн тогтвортой байдал нь тэдгээрийн олон тоосонцор фермионы системийн квант механик бүтэцтэй бүрэн холбоотой юм. Сүүлийн үеийн онолын ажил нь бидний хэмжилттэй нийцэж буй хуваагдлын саадыг урьдчилан таамаглаж байна.

Элементийн задралтай харьцуулахад ашиглалтын хугацааг голчлон задралын саадын өндөр ба өргөнөөр тодорхойлно. Бүрхүүлийн засварууд нь 106 ба 108 элементүүдийн ашиглалтын хугацааг 15 баллын дарааллаар нэмэгдүүлдэг. Логарифмын хэмжүүрээр ажиглагдсан амьдралын хугацаа нь цөмийн дотоод цаг хугацаа (нэгдээгүй нуклон системийн задралын хувьд ойролцоогоор 10-21 секунд) ба Орчлон ертөнцийн нас (10-18 секунд) хооронд байдаг. Шинэ элементүүд нь зөвхөн хүний ​​амьдралын үргэлжлэх хугацаатай (2·10 9 сек) харьцуулахад тогтворгүй байдаг. Ийм хэмжээний тогтвортой байдлыг хангахын тулд ашиглалтын хугацааг 12 баллын дарааллаар нэмэгдүүлэх ёстой. Гэсэн хэдий ч цөмийн физик нь хүний ​​цаг хугацааны хэмжүүр дээр суурилдаггүй.

Бидний илрүүлсэнАльфа цацраг идэвхт изотопуудын "арал" нь бүрхүүлийн нөлөөгөөр тогтворжсоны шууд үр дагавар юм. Ийнхүү 60-аад оны сүүлээр таамаглаж байсан 114-р элементийн ойролцоох бөмбөрцөг хэлбэрийн хэт хүнд цөмийн тогтворжилт нь хүлээгдэж байснаас хамаагүй эрт эхэлж, аажмаар нэмэгддэг. Хар тугалганы ард тогтворгүй байдлын нарийхан бүсэд 83 ба 90 элементийн хооронд бүрхүүлийн нөлөө сулардаг. Гэсэн хэдий ч 92 ба 114-р элементийн хоорондох зайд бүрхүүлийн залруулгын утга аажмаар, монотоноор нэмэгддэг.

Хэт хүнд цөмүүдийн "арал" -ын ойролцоо ч гэсэн тогтворжилт нь фермион системийн квант механик бүтцээс шалтгаалж байдаг бол "эх газар" дээр бөөм тогтворжих нь макроскопийн шингэн дусал шинж чанартай холбоотой байдаг. 107 109 элементийн цөмүүд нь "арал" ба "эх газрын" хоорондох "далан" дээр байрладаг тул шинэ изотопуудыг "арал" ба "эх газар" хоёуланг нь холбож болно. Ямар ч тохиолдолд хэт хүнд элементүүдийн нэгэн адил тэдгээр нь зөвхөн газрын төлөв байдлын бүрхүүл тогтворжсоны улмаас ажиглагдсан.

Бүрхүүлийг засах онолын хамгийн сүүлийн үеийн таамаглалаас эхлээд 106 ба 126-р элементүүдийн хооронд 4 МэВ-ээс дээш хуваагдлын саадтай 400 орчим хэт хүнд цөмийн бүс байх ёстой. Эдгээр бүх изотопуудын хагас задралын хугацаа 1 мкс-ээс их байх ёстой; Хэрэв тэдгээрийг нэгтгэж чадвал одоо байгаа аргуудыг ашиглан илрүүлж болно. Ялангуяа тогтвортой бүсүүд нь 273109 ба 291115 изотопуудын ойролцоо байдаг гэж үздэг. Нейтроны тоо 166 орчим байх үед үндсэн төлөвийн хэв гажилт өөрчлөгддөг. Цөөн нейтронтой изотопууд деформацид ордог бол хүнд изотопууд бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг.

үедСүүлийн 20 жилийн хугацаанд хүлээгдэж буй тогтвортой байдлын төв болох 298,114 цөмтэй ойролцоох изотопуудыг олж авах гэсэн бүх оролдлого амжилтгүй болсон. Эдгээр хэт хүнд изотопуудыг хайлуулах урвал эсвэл хүнд ионуудтай холбоотой бусад урвалуудад илрүүлэх боломжгүй байв. Гэсэн хэдий ч тогтвортой цөмийн дуслуудаас гадна бүрхүүл тогтворжсон нуклон систем оршин тогтнох боломжийн талаархи үндсэн санааг дээр дурдсан туршилтууд баталж байна. Онолын хувьд, илүү хүнд элементүүдэд экстраполяци хийхэд итгэх бүх шалтгаан байсаар байна.

Одоо сонирхолтой асуулт гарч ирж байна: эцэст нь эдгээр "эмзэг" объектуудыг бий болгоход юу саад болдог вэ? Бидний хайлуулах урвалын эрчимтэй судалгаанаас зарим чухал тодруулгыг олж авлаа. Бүрхүүлээр тогтворжсон цөм нь бөмбөрцөг хэлбэртэй, 15 МэВ хүртэлх өдөөлтийн энергитэй ч устгагдах боломжтой гэдгийг К.-Х туршилтаар нотолсон. Шмидт 1979 онд 40 МэВ хүртэл өдөөх энергийн үед деформацитай цөмийг хадгалж чаддаг. Кальци-48 ба куриум-248 (боломжтой хамгийн сайн урвал) хоорондын урвалд ч гэсэн өдөөх энерги нь 30 МэВ орчим байдаг. Үүнээс үзэхэд хэт хүнд элементүүдийг зөвхөн гажигтай бөөмөөр олж авах боломжтой. Гэсэн хэдий ч өнөөг хүртэл ийм оролдлого нь зөвхөн 110-аас бага атомын дугаартай элементүүдэд амжилттай болсон.

Өмнө дурьдсанчлан, хэт хүнд цөм үүсэхэд хүргэдэг хоёр цөмийн нэгдэл нь нэгдлийн саадыг даван туулах хэрэгцээ шаардлагаас болж эхнээсээ төвөгтэй байдаг. Өгөгдсөн бүтээгдэхүүний цөмийн хувьд хамгийн хүнд байг хамгийн хөнгөн ионоор бөмбөгдөх үед энэ саад нь хамгийн бага байдаг. Энэ давуу талыг үл харгалзан энэхүү хамгийн тэгш бус хослол нь бүтээгдэхүүний голын халаалтыг нэмэгдүүлэх сул талтай бөгөөд энэ нь өдөөх үйл явцын үед их хэмжээний хуваагдлын алдагдалд хүргэдэг. Энэ хослол нь тэгш хэмтэй бус байх тусам хөргөлтийн үе шатанд алдагдлыг бууруулна. Эцсийн шатанд бага алдагдал, эхний үе шатанд үүсэх өндөр магадлал хоёрын хоорондох хамгийн сайн тохирол нь хар тугалга руу ойр байрлах зорилтот цөмтэй илүү тэгш хэмтэй хослолууд юм.

Хар тугалга, висмутыг зорилтот болгон ашиглах нь эдгээр цөм дэх бүрхүүлийн нөлөөний давхар ашиг тусыг өгдөг: давхар хаалттай бүрхүүлтэй эдгээр цөмүүд дэх хүчтэй холболтын үр дүнд бүтээгдэхүүний цөмд шилжсэн энерги 10 МэВ-ээс их хэмжээгээр буурдаг. хуваагдлын улмаас алдагдлыг зохих хэмжээгээр бууруулах. Түүнчлэн, урвалын явцад бөмбөрцөг хэлбэртэй, маш их холбогддог, харьцангуй хатуу цөмүүдийг ашигладаг бол хайлуулах саадыг даван туулах магадлал нэмэгддэг. Энд хар тугалганы хүчтэй бүрхүүлийн нөлөө дахин гарч ирдэг, гэхдээ энэ удаад үйл явцын динамик дээр.

Илүү хүнд элементүүдийг олж авах нь яагаад маш хэцүү болохыг бид одоо ойлгож эхэлж байна. Зөвхөн битүү бүрхүүлтэй хайлуулах урвалын түншүүдийн бүрхүүлийн залруулга, динамик дахь бүрхүүлийн нөлөө, өдөөгдсөн хэв гажилттай хэт хүнд цөмийн тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэх нь хамгийн хөнгөн хэт хүнд элементүүдийн хэд хэдэн изотопыг нэгтгэх боломжийг олгосон. Бид бүрхүүлийн тогтворжсон цөмүүд байгаа тухай анхны асуултыг урвалын бүх үе шатанд бүрхүүлийн засварын нөлөөгөөр өргөжүүлэх шаардлагатай болсон. Эдгээр нарийн төвөгтэй, эмзэг объектуудыг бүтээхдээ шаардлагагүй эмх замбараагүй байдлаас зайлсхийхийн тулд нэгтгэх үйл явцад урьд өмнө байсан дэг журмыг нэвтрүүлэх нь чухал юм.

Дараах хэт хүнд элементүүдийг хэрхэн авах вэ? 110 ба 111-р элементүүдийн хувьд никель-62 ба хар тугалга-208 эсвэл висмут-209-ийн хоорондох урвалд бидний боловсруулсан аргуудыг ашиглах боломжтой болно. Эдгээр элементүүд үүссэний дараа тэдгээрийг илрүүлэхэд шинэ мэдлэг шаардахаас гадна баяжуулсан изотопын хэрэгцээг хангахаас гадна хэдэн сарын турш төхөөрөмжөө хэрхэн ажиллуулж, туршилт хийж сурах тэвчээр шаардагдана.