BİR SINIR VAR MI?
PERİYODİK TABLO
D.I.MENDELEEV?

YENİ ELEMANLARI KEŞFETMEK

PÇevremizdeki madde çeşitliliğinin nispeten az sayıda kimyasal elementin farklı kombinasyonlarının sonucu olduğu ortaya çıktığında, kimyasal elementlerin sistemleştirilmesi sorunu 19. yüzyılın ortalarında yakından ilgi gördü.

Elementlerin ve bunların bileşiklerinin kaosunda, büyük Rus kimyager D.I. Mendeleev, kendi periyodik element tablosunu oluşturarak düzeni yeniden sağlayan ilk kişi oldu.

1 Mart 1869, Mendeleev'in bunu bilim camiasına duyurduğu periyodik yasanın keşfedildiği gün olarak kabul edilir. Bilim adamı, o dönemde bilinen 63 elementi tablosuna öyle bir şekilde yerleştirdi ki, bu elementlerin ve bileşiklerinin temel özellikleri, atom kütleleri arttıkça periyodik olarak değişiyordu. Tablonun yatay ve dikey yönlerinde elementlerin özelliklerinde gözlenen değişiklikler katı kurallara tabiydi. Örneğin, Ia grubu elementlerinde açıkça ifade edilen metalik (bazik) karakter, yatay tablo boyunca atom kütlesinin artmasıyla azalmış ve dikey olarak artmıştır.

Keşfedilen yasaya dayanarak Mendeleev, henüz keşfedilmemiş bazı elementlerin özelliklerini ve bunların periyodik tablodaki yerlerini tahmin etti. Zaten 1875'te "ekaaluminyum" (galyum) keşfedildi, dört yıl sonra - "ekabor" (skandiyum) ve 1886'da - "ekasilicon" (germanyum). Sonraki yıllarda periyodik tablo, yeni elementlerin araştırılmasında ve özelliklerinin tahmin edilmesinde bir rehber görevi gördü ve hala da hizmet ediyor.

Ancak ne Mendeleev ne de çağdaşları, elementlerin özelliklerinin periyodikliğinin nedenlerinin neler olduğu, periyodik sistemin sınırlarının var olup olmadığı ve nerede olduğu sorusuna cevap veremedi. Mendeleev, elementlerin özellikleri ile atom kütlesi arasında sunduğu ilişkinin nedeninin atomların karmaşıklığında yattığına dair bir önseziye sahipti.

Periyodik kimyasal elementler sisteminin yaratılmasından yalnızca yıllar sonra, atomun karmaşık yapısı E. Rutherford, N. Bohr ve diğer bilim adamlarının çalışmalarında kanıtlandı. Atom fiziğinin daha sonraki başarıları, kimyasal elementlerin periyodik tablosundaki pek çok belirsiz problemin çözülmesini mümkün kıldı. Öncelikle bir elementin periyodik tablodaki yerinin atom kütlesine göre değil çekirdeğin yüküne göre belirlendiği ortaya çıktı. Elementlerin ve bileşiklerinin kimyasal özelliklerinin periyodikliğinin doğası netleşti.

Atom, merkezinde pozitif yüklü bir çekirdeğin bulunduğu ve çevresinde negatif yüklü elektronların döndüğü bir sistem olarak görülmeye başlandı. Bu durumda elektronlar perinükleer boşlukta gruplanır ve belirli yörüngeler boyunca hareket ederek elektron kabuklarına girer.

Bir atomun tüm elektronları genellikle sayılar ve harfler kullanılarak gösterilir. Bu gösterime göre, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ana kuantum sayıları elektron kabuklarını ifade eder ve harfler S, P, D, F, G– her kabuğun alt kabuklarına (yörüngelerine). İlk kabuk (çekirdekten itibaren sayılır) yalnızca S-elektronlar, ikincisi sahip olabilir S- Ve P- elektronlar, üçüncü – S-, P- Ve D-elektronlar, dördüncü – S-,
P-, D- Ve F- elektronlar vb.

Her kabuk çok spesifik sayıda elektronu barındırabilir: birincisi - 2, ikincisi - 8, üçüncüsü - 18, dördüncü ve beşincisi - 32. Bu, periyodik tablonun periyotlarındaki elementlerin sayısını belirler. Elementlerin kimyasal özellikleri, atomların dış ve ön-dış elektronik kabuklarının yapısı tarafından belirlenir; içerdikleri elektron sayısına göre.

Bir atomun çekirdeği pozitif yüklü parçacıklardan (protonlar ve elektriksel olarak nötr parçacıklar) - genellikle tek kelimeyle nükleon olarak adlandırılan nötronlardan oluşur. Bir elementin atom numarası (periyodik tablodaki yeri), belirli bir elementin atomunun çekirdeğindeki proton sayısı ile belirlenir. Kütle Numarası A Bir elementin atomu proton sayılarının toplamına eşittir Z ve nötronlar Nçekirdekte: A = Z + N. Aynı elementin çekirdeğinde farklı sayıda nötron bulunan atomları onun izotoplarıdır.

Aynı elementin farklı izotoplarının kimyasal özellikleri birbirinden farklı değildir ancak nükleer özellikleri büyük ölçüde farklılık gösterir. Bu, öncelikle çekirdekteki proton ve nötron sayısının oranına önemli ölçüde bağlı olan izotopların stabilitesinde (veya kararsızlığında) kendini gösterir. Elementlerin ışığa dayanıklı izotopları genellikle eşit sayıda proton ve nötronla karakterize edilir. Nükleer yükün yani tablodaki elementin seri numarasının artmasıyla bu oran değişir. Kararlı ağır çekirdeklerde protonlardan neredeyse bir buçuk kat daha fazla nötron bulunur.

Atomik elektronlar gibi nükleonlar da kabuklar oluşturur. Çekirdekteki parçacık sayısı arttıkça proton ve nötron kabukları ardı ardına doldurulur. Kabukları tamamen dolu olan çekirdekler en kararlı olanlardır. Örneğin, çok kararlı bir nükleer yapı, proton kabuklarını dolduran kurşun izotop Pb-208 ile karakterize edilir ( Z= 82) ve nötronlar ( N = 126).

Bu tür dolu nükleer kabuklar, periyodik tabloda ayrı bir grubu temsil eden soy gaz atomlarının dolu elektron kabuklarına benzer. Tamamen dolu proton veya nötron kabuklarına sahip kararlı atom çekirdekleri belirli sayıda "sihirli" proton veya nötron içerir: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. Böylece genel olarak elementlerin atomları ve kimyasal özelliklerde nükleer özelliklerin periyodikliği de doğaldır. İzotop çekirdeklerindeki proton ve nötron sayısının farklı kombinasyonları arasında (çift-çift; çift-tek; tek-çift; tek-tek), çift sayıda proton ve çift sayıda nötron içeren çekirdeklerdir. en büyük istikrarla ayırt edilirler.

Proton ve nötronları çekirdekte tutan kuvvetlerin doğası henüz yeterince açık değildir. Nükleonlar arasında çok güçlü yerçekimi çekim kuvvetlerinin etki ettiğine ve bunun da çekirdeklerin stabilitesinin artmasına katkıda bulunduğuna inanılmaktadır.

İLE Geçen yüzyılın otuzlu yaşlarının ortalarında periyodik tablo o kadar geliştirildi ki 92 elementin konumunu gösteriyordu. Seri numarası 92, 1789'da Dünya'da bulunan son doğal ağır element olan uranyumdu. Tablonun 92 unsurundan sadece seri numarası 43, 61, 85 ve 87 olan unsurlar otuzlu yıllarda kesin olarak tanımlanmamıştı. Daha sonra keşfedildi ve incelendi. Atom numarası 61 olan nadir toprak elementi prometyum, uranyumun kendiliğinden bozunmasının bir ürünü olarak cevherlerde küçük miktarlarda bulundu. Eksik elementlerin atom çekirdeklerinin analizi, hepsinin radyoaktif olduğunu ve kısa yarı ömürleri nedeniyle Dünya'da gözle görülür konsantrasyonlarda var olamayacaklarını gösterdi.

Dünya üzerinde bulunan son ağır elementin atom numarası 92 olan element olması nedeniyle bunun periyodik tablonun doğal sınırı olduğu varsayılabilir. Ancak atom fiziğinin başarıları, doğanın belirlediği periyodik tablonun sınırlarını aşmanın mümkün olduğu yolu gösterdi.

b'li elemanlar Ö Atom numaraları uranyumunkinden daha yüksek olanlara transuranyum denir. Bu elementler yapay (sentetik) kökenlidir. Doğada bulunan elementlerin nükleer dönüşüm reaksiyonları ile elde edilirler.

Periyodik tablonun uranyum ötesi bölgesini keşfetmeye yönelik ilk girişim, tamamen başarılı olmasa da, nötronların varlığının kanıtlanmasından kısa bir süre sonra Roma'da İtalyan fizikçi Enrico Fermi tarafından yapıldı. Ama yalnızca 1940–1941'de. Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nden Amerikalı bilim adamları, ilk iki transuranyum elementinin, yani neptunyum (atom numarası 93) ve plütonyumun (atom numarası 94) keşfinde başarıya ulaştı.

Transuranyum elementleri elde etme yöntemleri çeşitli nükleer reaksiyon türlerine dayanmaktadır.

İlk tip nötron füzyonudur. Bu yöntemde nötronlarla ışınlanan ağır atomların çekirdeklerinde nötronlardan biri protona dönüşür. Reaksiyona, elektron bozunması (– bozunma) adı verilen, negatif yüklü bir parçacığın (elektron) çekirdekten muazzam kinetik enerjiyle oluşması ve fırlatılması eşlik eder. Çekirdekte fazla miktarda nötron olduğunda reaksiyon mümkündür.

Bunun tersi reaksiyon, pozitif yüklü bir + parçacığın (pozitron) emisyonu ile bir protonun bir nötrona dönüşmesidir. Bu tür pozitron bozunması (+ bozunması), çekirdeklerde nötron eksikliği olduğunda gözlenir ve çekirdeğin yükünde bir azalmaya yol açar, yani. Bir elementin atom numarasını bir azaltmak. Benzer bir etki, bir protonun yakındaki bir yörünge elektronunu yakalayarak bir nötrona dönüştürülmesiyle elde edilir.

Yeni transuranyum elementleri ilk olarak nükleer reaktörlerde nötron füzyonu yöntemi kullanılarak (nükleer bombaların patlamasının ürünleri olarak) uranyumdan elde edildi ve daha sonra parçacık hızlandırıcılar - siklotronlar kullanılarak sentezlendi.

İkinci tip, ilk elementin (“hedef”) atomlarının çekirdekleri ile bombardıman parçacıkları olarak kullanılan hafif elementlerin (hidrojen, helyum, nitrojen, oksijen ve diğerlerinin izotopları) atomlarının çekirdekleri arasındaki reaksiyondur. "Hedef" ve "mermi" çekirdeğindeki protonlar pozitif bir elektrik yüküne sahiptir ve birbirlerine yaklaşırken güçlü bir itme yaşarlar. İtici kuvvetlerin üstesinden gelmek ve bileşik bir çekirdek oluşturmak için, "merminin" atomlarına çok yüksek kinetik enerji sağlamak gerekir. Böylesine muazzam bir enerji, parçacıkların bombardımanı yoluyla siklotronlarda depolanır. Ortaya çıkan ara bileşik çekirdeği, yeni çekirdeği stabilize etmek için serbest bırakılması gereken oldukça fazla fazla enerjiye sahiptir. Ağır transuranyum elementleri durumunda, nükleer fisyon meydana gelmediğinde bu fazla enerji, - ışınlarının (yüksek enerjili elektromanyetik radyasyon) emisyonu ve uyarılmış çekirdeklerden nötronların "buharlaşması" yoluyla dağıtılır. Yeni elementin atomlarının çekirdekleri radyoaktiftir. Radyoaktif elektron bozunması veya bozunması ve kendiliğinden fisyon yoluyla iç yapıyı değiştirerek daha yüksek stabilite elde etmeye çalışırlar. Bu tür nükleer reaksiyonlar, atom numaraları 98'in üzerinde olan elementlerin en ağır atomlarının karakteristiğidir.

Radyoaktif elementlerin atomlarının çekirdeklerinin kendiliğinden bölünmesinin reaksiyonu, yurttaşımız G.N. Flerov ve Çek K.A. Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nde (JINR, Dubna) uranyum-238 ile yapılan deneylerde keşfedildi. Atom numarasındaki bir artış, radyoaktif elementlerin atomlarının çekirdeklerinin yarı ömründe hızlı bir azalmaya yol açar.

Bu gerçekle bağlantılı olarak, dokuz transuranyum elementinin keşfine katılan Nobel Ödülü sahibi seçkin Amerikalı bilim adamı G.T. Seaborg, yeni elementlerin keşfinin muhtemelen atom numarası 110 olan (özellikleri platine benzer) element etrafında biteceğine inanıyordu. ). Periyodik tablonun sınırlarıyla ilgili bu fikir, geçen yüzyılın 60'lı yıllarında bir uyarıyla ifade edildi: Elementleri sentezlemek için yeni yöntemler ve en ağır elementlerin henüz bilinmeyen stabilite bölgelerinin varlığı keşfedilmediği sürece. Bu fırsatlardan bazıları belirlendi.

Yeni elementlerin sentezi için üçüncü tip nükleer reaksiyonlar, bombardıman parçacıkları olarak ortalama atom kütlesine sahip yüksek enerjili iyonlar (kalsiyum, titanyum, krom, nikel) ile kararlı elementlerin atomları (kurşun, bizmut) arasındaki reaksiyondur. Ağır radyoaktif izotoplar yerine hedef”. Daha ağır elementlerin elde edilmesinin bu yolu, 1973 yılında JINR'den bilim adamımız Yu.Ts. Oganesyan tarafından önerildi ve diğer ülkelerde başarıyla kullanıldı. Önerilen sentez yönteminin temel avantajı, "mermi" ve "hedef" çekirdekler birleştiğinde daha az "sıcak" bileşik çekirdeklerin oluşmasıydı. Bu durumda bileşik çekirdeklerin aşırı enerjisinin salınması, önemli ölçüde daha az sayıda nötronun (dört veya beş yerine bir veya iki) "buharlaşması" sonucu meydana geldi.

Nadir izotop Ca-48'in iyonları arasında bir siklotronda hızlandırılan olağandışı bir nükleer reaksiyon
U-400 ve aktinit elementi küryum Cm-248'in atomları ile element-114 ("eca-kurşun") oluşumu 1979 yılında Dubna'da keşfedildi. Bu reaksiyonda "soğuk" bir çekirdeğin oluştuğu bulundu. tek bir nötronu “buharlaştırmaz” ve fazla enerjinin tamamı tek bir parçacık tarafından taşınır. Bu, yeni elementlerin sentezi için de uygulanabileceği anlamına gelir dördüncü tip Ortalama kütle numaralı atomların hızlandırılmış iyonları ile ağır uranyum ötesi elementlerin atomları arasındaki nükleer reaksiyonlar.

İÇİNDE Periyodik kimyasal element sistemi teorisinin geliştirilmesinde, seri numaraları 58-71 olan lantanitlerin elektronik kabuklarının ve seri numaraları 90-103 olan aktinitlerin kimyasal özelliklerinin ve yapısının karşılaştırılması önemli bir rol oynamıştır. Lantanitlerin ve aktinitlerin kimyasal özelliklerinin benzerliğinin elektronik yapılarının benzerliğinden kaynaklandığı gösterilmiştir. Her iki öğe grubu da sıralı dolgulu 4 dahili geçiş sırasının bir örneğidir F- veya 5 F-dış kısmı doldurduktan sonra sırasıyla elektronik mermiler S- Ve R-elektronik yörüngeler.

Periyodik tablo numaraları 110 ve daha yüksek olan elementlere süper ağır deniyordu. Bu elementlerin keşfine yönelik ilerleme giderek zorlaşıyor ve zaman alıyor çünkü... Yeni bir elementin sentezlenmesi yeterli değildir; onu tanımlamak ve yeni elementin tek başına kendine özgü özelliklere sahip olduğunu kanıtlamak gerekir. Zorluklar, yeni elementlerin özelliklerini incelemek için az sayıda atomun mevcut olmasından kaynaklanmaktadır. Radyoaktif bozunma meydana gelmeden önce yeni bir elementin incelenebileceği süre genellikle çok kısadır. Bu durumlarda, yeni bir elementin yalnızca bir atomu elde edilse bile, onu tespit etmek ve bazı özelliklerin ön incelemesini yapmak için radyoaktif izleyiciler yöntemi kullanılır.

Element 109, meitnerium, çoğu kimya ders kitabında sunulan periyodik tablodaki son elementtir. Periyodik tablonun platin ile aynı grubuna ait olan element 110, ilk olarak 1994 yılında Darmstadt'ta (Almanya) güçlü bir ağır iyon hızlandırıcı kullanılarak aşağıdaki reaksiyona göre sentezlendi:

Ortaya çıkan izotopun yarı ömrü son derece kısadır. Ağustos 2003'te, 42. IUPAC Genel Kurulu ve IUPAC (Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği) Konseyi, element-110'un adını ve sembolünü resmi olarak onayladı: darmstadtium, Ds.

Orada, 1994 yılında Darmstadt'ta, element-111 ilk kez 64 28 Ni izotop iyonundan oluşan bir ışının 209 83 Bi atomuna bir "hedef" olarak maruz bırakılmasıyla elde edildi. 2004 yılında aldığı kararla IUPAC, keşfi tanıdı ve element-111 roentgenium'a Rg adını veren seçkin Alman fizikçi W.K. X-doğalarının belirsizliği nedeniyle böyle bir isim verdiği ışınlar.

JINR'den alınan bilgiye göre, Nükleer Reaksiyonlar Laboratuvarı'nın adı. G.N. Flerov, 110-118 seri numaralı elemanları (element-117 hariç) sentezledi.

Reaksiyona göre sentez sonucunda:

1996 yılında Darmstadt'ta yeni element-112'nin birkaç atomu elde edildi ve parçacıklar açığa çıkmak üzere bozundu. Bu izotopun yarı ömrü yalnızca 240 mikrosaniyeydi. Kısa bir süre sonra JINR'de, U-235 atomlarının Ca-48 iyonlarıyla ışınlanmasıyla element-112'nin yeni izotopları için bir araştırma gerçekleştirildi.

Şubat 2004'te, bilim adamlarımızın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan (ABD) Amerikalı araştırmacılarla birlikte JINR'de sayıları 115 ve 113 olan iki yeni elementin keşfiyle ilgili prestijli bilimsel dergilerde raporlar yayınlandı. Temmuz – Ağustos 2003’te, gaz dolu ayırıcıya sahip bir U-400 siklotron üzerinde, Am-243 atomları ile Ca-48 izotop iyonları arasındaki reaksiyonda, kütle numarası 287 olan 115 elementi izotopunun 1 atomu ve 3 Kütle numarası 288 olan atomlar sentezlendi. -115 elementinin dört atomu da hızla bozunarak -partiküllerini serbest bıraktı ve kütle numaraları 282 ve 284 olan element-113'ün izotoplarını oluşturdu. En kararlı izotop 284113'ün yarı ömrü yaklaşık idi. 0,48 sn. -partiküllerinin emisyonu ile çöktü ve röntgenyum izotopu 280 Rg'ye dönüştü.

Eylül 2004'te Kosuki Morita liderliğindeki Fizikokimyasal Araştırma Enstitüsü'nden bir grup Japon bilim adamı (Kosuke Morita) reaksiyona göre element-113'ü sentezlediklerini belirtti:

-partiküllerin salınmasıyla bozunduğunda, röntgenyum izotopu 274 Rg elde edilir. Bu, Japon bilim adamlarının elde ettiği ilk yapay element olduğundan, ona "Japonya" adını verme hakkını kendilerinde buldular.

Kütle numarası 288 olan 114 elementinin izotopunun küriyumdan olağandışı sentezi yukarıda belirtilmişti. 1999 yılında JINR'de kütle numarası 244 olan plütonyum atomlarının Ca-48 iyonları ile bombardıman edilmesiyle aynı element-114 izotopunun üretildiğine dair bir mesaj ortaya çıktı.

Ayrıca, kaliforniyum Cf-249 izotopları ve Cm-245 küriyum izotopunun Ca-48 ağır iyon ışınıyla nükleer reaksiyonlarına ilişkin uzun vadeli ortak çalışmalar sonucunda 118 ve 116 seri numaralı elementlerin keşfedildiği açıklandı. 2002-2005 döneminde Rus ve Amerikalı bilim adamları tarafından ortaya çıkarıldı. JINR'de. Element-118 periyodik tablonun 7. periyodunu kapatır; özellikleri bakımından soy gaz radonun bir analogudur. Element-116'nın polonyumla bazı ortak özelliklere sahip olması gerekir.

Geleneksel olarak, yeni kimyasal elementlerin keşfi ve bunların tanımlanması IUPAC'ın kararıyla onaylanmalıdır, ancak elementler için isim önerme hakkı keşfedenlere bırakılmıştır. Periyodik tablo, bir Dünya haritası gibi, elementlerin ve bileşiklerinin keşfedilip incelendiği bölgelerin, ülkelerin, şehirlerin ve bilim merkezlerinin adlarını yansıtıyor ve periyodik tablonun gelişimine büyük katkı sağlayan ünlü bilim adamlarının isimlerini ölümsüzleştiriyordu. kimyasal elementler sistemi. Ve 101. elementin adının D.I. Mendeleev'den alınması tesadüf değildir.

Periyodik tablonun sınırının nerede olabileceği sorusunu yanıtlamak için bir zamanlar atomların iç elektronlarının pozitif yüklü bir çekirdeğe olan elektrostatik çekim kuvvetleri hakkında bir değerlendirme yapıldı. Bir elementin atom numarası ne kadar yüksekse, çekirdeğin etrafındaki elektron "kaplaması" o kadar sıkıştırılır, iç elektronlar çekirdeğe o kadar güçlü çekilir. Elektronların çekirdek tarafından yakalanmaya başlayacağı bir an gelmelidir. Nükleer yükün bu şekilde yakalanması ve azaltılması sonucunda çok ağır elementlerin varlığı imkansız hale gelir. Elemanın seri numarası 170-180 olduğunda da benzer bir felaket durum ortaya çıkmalıdır.

Bu hipotez çürütüldü ve elektronik kabukların yapısı hakkındaki fikirler açısından çok ağır elementlerin varlığı konusunda herhangi bir kısıtlama olmadığı gösterildi. Çekirdeklerin kararsızlığının bir sonucu olarak sınırlamalar ortaya çıkar.

Ancak atom numarasının artmasıyla elementlerin ömrünün düzensiz bir şekilde azaldığını da söylemek gerekir. Çekirdeğin kapalı nötron veya proton kabuklarının ortaya çıkması nedeniyle süper ağır elementlerin bir sonraki beklenen kararlılık bölgesi, 164 proton ve 308 nötrondan oluşan çift sihirli çekirdeğin yakınında bulunmalıdır. Bu tür unsurları keşfetme olasılıkları henüz net değil.

Dolayısıyla periyodik element tablosunun sınırı sorunu hala devam etmektedir. Bir elementin artan atom numarasıyla elektron kabuklarını doldurma kurallarına göre, periyodik tablonun öngörülen 8. periyodu süperaktinit elementleri içermelidir. D.I. Mendeleev'in periyodik tablosunda onlara ayrılan yer, halihazırda bilinen nadir toprak ve aktinit transuranyum elementleri gibi grup III elementlerine karşılık gelir.

Öncelikle “istikrar adası”nın ne olduğuna dair bir yazı.

İstikrar adası: Rus nükleer bilim insanları yarışa liderlik ediyor

Sözde "istikrar adası"nı oluşturan süper ağır elementlerin sentezi, modern fiziğin iddialı bir görevidir ve Rus bilim adamlarının tüm dünyanın önünde olduğu bir çözümdür.

3 Haziran 2011'de, Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birlikleri (IUPAC) ve Fizik (IUPAP) uzmanlarını içeren bir uzman komisyonu, periyodik tablonun 114. ve 116. elementlerinin keşfini resmen tanıdı. Keşfin önceliği, Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndan Amerikalı meslektaşlarının yardımıyla, Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nden Rusya Bilimler Akademisi Akademisyeni Yuri Oganesyan liderliğindeki bir grup fizikçiye verildi. Lawrence.

RAS Akademisyeni Yuri Oganesyan, JINR Nükleer Reaksiyonlar Laboratuvarı Başkanı

Yeni elementler periyodik tabloya dahil edilenlerin en ağırları haline geldi ve tablodaki seri numarasına göre geçici olarak ununquidium ve unungexium isimlerini aldı. Rus fizikçiler, elementlere, nükleer fisyon ve yeni elementlerin sentezi alanında uzman olan Sovyet nükleer fizikçisi Georgiy Flerov'un onuruna "flerovyum", Moskova bölgesinin onuruna da "moskovyum" adını vermeyi önerdiler. JINR'de daha önce 114. ve 116. elementlerin yanı sıra 104, 113, 115, 117 ve 118 seri numaralı kimyasal elementler de sentezlenmişti ve Dubna fizikçilerinin modern bilime yaptığı katkının onuruna tablonun 105. elementi verilmişti. adı "Dubnium".

Doğada bulunmayan elementler

Şu anda etrafımızdaki dünyanın tamamı hidrojenden (Z=1, Z çekirdekteki proton sayısıdır) ömrü güneş enerjisinin ömründen daha uzun olan uranyuma (Z=92) kadar 83 kimyasal elementten oluşmaktadır. sistem (4,5 milyar yıl) . Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra nükleosentez sırasında ortaya çıkan daha ağır elementler zaten bozunmuş ve günümüze ulaşamamıştır. Yarı ömrü yaklaşık 4,5 x 10 8 yıl olan Uranyum hâlâ bozunmakta ve radyoaktiftir. Ancak geçen yüzyılın ortalarında araştırmacılar doğada bulunmayan elementleri elde etmeyi öğrendiler. Böyle bir elemente örnek olarak nükleer reaktörlerde üretilen, yüzlerce ton halinde üretilen ve en güçlü enerji kaynaklarından biri olan plütonyum (Z=94) gösterilebilir. Plütonyumun yarı ömrü uranyumunkinden önemli ölçüde kısadır, ancak yine de daha ağır kimyasal elementlerin var olma olasılığını akla getirecek kadar uzundur. Pozitif yük ve kütle taşıyan bir çekirdek ile elektron yörüngelerinden oluşan atom kavramı, atom numarası Z=170'e kadar olan elementlerin var olma ihtimalini akla getirmektedir. Ancak aslında çekirdeğin kendisinde meydana gelen süreçlerin istikrarsızlığı nedeniyle, ağır elementlerin varlığının sınırı çok daha erken çizilmiştir. Doğada, kararlı oluşumlar (değişen sayılarda proton ve nötronlardan oluşan element çekirdekleri) yalnızca kurşun ve bizmut'a kadar meydana gelir ve ardından Dünya'da toryum ve uranyum içeren küçük bir yarımada bulunur. Ancak bir elementin seri numarası uranyum sayısını aştığı anda ömrü keskin bir şekilde kısalır. Örneğin, element 100'ün çekirdeği, uranyum çekirdeğinden 20 kat daha az kararlıdır ve gelecekte bu dengesizlik, yalnızca çekirdeklerin kendiliğinden bölünmesi nedeniyle yoğunlaşır.

"İstikrar Adası"

Kendiliğinden fisyonun etkisi Niels Bohr tarafından açıklandı. Onun teorisine göre çekirdek, yüklü bir sıvı damlasıdır, yani kendi iç yapısı olmayan bir tür maddedir. Çekirdekteki proton sayısı ne kadar fazla olursa, damlanın deforme olduğu ve parçalara ayrıldığı Coulomb kuvvetlerinin etkisi o kadar güçlü olur. Bu model, 104. - 106. seri numaralarına kadar olan elemanların var olma olasılığını tahmin etmektedir. Bununla birlikte, 60'lı yıllarda, Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü Nükleer Reaksiyonlar Laboratuvarı'nda, uranyum çekirdeklerinin fisyonunun özelliklerini incelemek için sonuçları Bohr'un teorisi kullanılarak açıklanamayan bir dizi deney yapıldı. Çekirdeğin yüklü bir sıvı damlasının tam bir benzeri olmadığı, ancak dahili bir yapıya sahip olduğu ortaya çıktı.

yapı. Üstelik çekirdek ne kadar ağır olursa, bu yapının etkisi de o kadar belirgin hale gelecek ve bozunma tablosu, sıvı damlası modelinin öngördüğünden tamamen farklı görünecektir. Bugün bilinen elementlerden uzakta, kararlı süper ağır çekirdeklerden oluşan belirli bir bölgenin varlığına dair hipotez bu şekilde ortaya çıktı. Bölge "istikrar adası" olarak adlandırıldı ve ABD, Fransa ve Almanya'nın en büyük laboratuvarları, varlığını tahmin ettikten sonra teoriyi doğrulamak için bir dizi deney başlattı. Ancak girişimleri başarısızlıkla sonuçlandı. Ve yalnızca Dubna siklotronunda 114. ve 116. elementlerin keşfiyle sonuçlanan deneyler, süper ağır çekirdeklerin stabilite bölgesinin gerçekten var olduğunu iddia etmeyi mümkün kılıyor.

Aşağıdaki şekil ağır nüklidlerin haritasını göstermektedir. Nükleer yarı ömürler farklı renklerle (sağ ölçek) temsil edilir. Siyah kareler, yer kabuğunda bulunan kararlı elementlerin izotoplarıdır (yarılanma ömrü 109 yıldan fazladır). Koyu mavi renk, çekirdeklerin 10−6 saniyeden daha kısa süre dayandığı “istikrarsızlık denizi”dir. Toryum, uranyum ve uranyum ötesi elementlerin "yarımadasını" takip eden "kararlılık adaları", mikroskobik nükleer teorinin öngörüleridir. Farklı nükleer reaksiyonlarla elde edilen atom numaraları 112 ve 116 olan iki çekirdek ve bunların sıralı bozunması, süper ağır elementlerin yapay sentezi sırasında "kararlılık adalarına" ne kadar yaklaşılabileceğini gösteriyor.

Ağır nüklidlerin haritası

Kararlı bir ağır çekirdeği sentezlemek için, mümkün olduğu kadar çok sayıda nötronun içine dahil edilmesi gerekir, çünkü nötronlar, çekirdekte nükleonları tutan "yapıştırıcıdır". İlk fikir, belirli bir başlangıç ​​materyalini reaktörden gelen bir nötron akışıyla ışınlamaktı. Ancak bilim insanları bu yöntemi kullanarak yalnızca atom numarası 100 olan bir element olan fermiyumu sentezleyebildiler. Üstelik çekirdeğe gerekli 60 nötron yerine yalnızca 20 nötron verildi. Amerikalı bilim adamlarının nükleer patlama sürecinde (esasen güçlü bir nötron akışında) süper ağır elementleri sentezleme girişimleri de başarısız oldu; deneylerinin hepsinde aynı fermiyum izotopu vardı. O andan itibaren, başka bir sentez yöntemi gelişmeye başladı; çarpışma sonucunun toplam kütleli bir çekirdek olacağı umuduyla iki ağır çekirdeğin çarpışması. Deneyi gerçekleştirmek için çekirdeklerden birinin ağır iyon hızlandırıcı kullanılarak ışık hızının yaklaşık 0,1'i kadar bir hıza hızlandırılması gerekiyor. Bugün elde edilen tüm ağır çekirdekler bu şekilde sentezlendi. Daha önce belirtildiği gibi, kararlılık adası, nötron fazlalığı olan süper ağır çekirdeklerin olduğu bölgede yer alır, dolayısıyla hedef ve ışın çekirdeklerinin de fazla miktarda nötron içermesi gerekir. Bu tür elementleri seçmek oldukça zordur, çünkü mevcut kararlı nüklidlerin neredeyse tamamı kesin olarak tanımlanmış bir proton ve nötron sayısına sahiptir.

Element 114'ün sentezine yönelik deneyde, Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki (ABD) bir reaktörde üretilen atom kütlesi 244 olan plütonyumun en ağır izotopu ve mermi çekirdeği olarak kalsiyum-48, hedef olarak kullanıldı. Kalsiyum-48, normal kalsiyumun yalnızca %0,1'ini içerdiği stabil bir kalsiyum izotopudur. Deneyciler bu konfigürasyonun süper ağır elemanların ömrünü uzatmanın etkisini hissetmeyi mümkün kılacağını umuyorlardı. Deneyi gerçekleştirmek için, bilinen tüm hızlandırıcılardan onlarca kat daha fazla kalsiyum-48 ışın gücüne sahip bir hızlandırıcıya ihtiyaç vardı. Beş yıl içinde Dubna'da böyle bir hızlandırıcı yaratıldı; bu, son 25 yılda diğer ülkelerdeki deneylerden yüzlerce kat daha doğru bir deney yapmayı mümkün kıldı.

Gerekli yoğunlukta bir kalsiyum ışını alan deneyciler, plütonyum hedefini ışınlıyor. İki çekirdeğin füzyonu sonucunda yeni bir elementin atomları oluşursa, bunların hedeften dışarı uçması ve ışınla birlikte ilerlemeye devam etmesi gerekir. Ancak bunların kalsiyum iyonlarından ve diğer reaksiyon ürünlerinden ayrılması gerekir. Bu işlev ayırıcı tarafından gerçekleştirilir.

MASHA (Süper Ağır Atomların Kütle Analizörü) - nükleer ayırma kurulumu

Hedef katmandan fırlatılan geri tepme çekirdekleri, birkaç mikrometre derinlikte bir grafit toplayıcıda durur. Kollektörün yüksek sıcaklığı nedeniyle iyon kaynağı odasına yayılırlar, plazmadan dışarı çekilirler, elektrik alanı tarafından hızlandırılırlar ve dedektöre doğru hareket ederken manyetik alanlar tarafından kütlesel olarak analiz edilirler. Bu tasarımda bir atomun kütlesi 1/3000 doğrulukla belirlenebilmektedir. Dedektörün görevi, kendisine ağır bir çekirdeğin çarptığını belirlemek, enerjisini, hızını ve durduğu yerin konumunu yüksek doğrulukla kaydetmektir.

Ayırıcı çalışma şeması

Bir "kararlılık adası"nın varlığına ilişkin teoriyi test etmek için bilim insanları, 114. elementin çekirdeğinin bozunma ürünlerini gözlemlediler. Teori doğruysa, 114. elementin ortaya çıkan çekirdekleri kendiliğinden fisyona karşı dirençli olmalı ve alfa radyoaktif olmalı, yani iki proton ve iki nötrondan oluşan bir alfa parçacığı yaymalıdır. 114. elementi içeren bir reaksiyon için 114. elementten 112. elemente geçiş gözlemlenmelidir. Daha sonra 112.'nin çekirdekleri de alfa bozunumuna uğrar ve 110.'nun çekirdeklerine dönüşür ve bu böyle devam eder. Üstelik yeni elementin ömrü, daha hafif çekirdeklerin ömründen birkaç kat daha uzun olmalıdır. Dubna fizikçilerinin gördüğü, varlığı teorik olarak tahmin edilen tam da bu kadar uzun ömürlü olaylardı. Bu, 114 nolu elemanın halihazırda süper ağır elemanlar için bir stabilite adası oluşturan yapısal kuvvetlerin etkisini deneyimlediğinin doğrudan bir göstergesidir.

114 ve 116. elementlerin bozunum zincirlerine örnekler

116. elementin sentezine ilişkin deneyde, Dimitrovgrad'daki Nükleer Reaktörler Araştırma Enstitüsü'ndeki güçlü bir reaktörden elde edilen, hedef olarak benzersiz bir madde olan küryum-248 kullanıldı. Aksi takdirde deney, 114'üncü elementin aranmasıyla aynı modeli izledi. 116. elementin bozunma zincirinin gözlemlenmesi, 114. elementin varlığına dair daha fazla kanıt sağladı; bu sefer daha ağır bir "ana"nın bozunmasından kaynaklanıyordu. 116. element durumunda, deneysel veriler aynı zamanda çekirdekteki nötron sayısının artmasıyla birlikte yaşam süresinde de önemli bir artış olduğunu gösterdi. Yani, ağır elementlerin sentezinin modern fiziği “kararlılık adası” sınırına yaklaşmıştır. Ayrıca 116. elementin bozunması sonucu oluşan atom numarası 108, 109 ve 110 olan elementlerin dakika ömrüne sahip olması, bu maddelerin kimyasal özelliklerinin modern radyokimya yöntemleri kullanılarak incelenmesini ve deneysel olarak doğrulanmasını mümkün kılacaktır. Tablodaki elementlerin kimyasal özelliklerinin periyodikliğine ilişkin Mendeleev yasasının temeli. Ağır elementlerle ilgili olarak, 112. elementin kadmiyum ve cıva, 114. elementin ise kalay, kurşun vb. özelliklere sahip olduğu varsayılabilir. Kararlılık adasının tepesinde, ömrü milyonlarca yıl olan süper ağır elementlerin bulunması muhtemeldir. Bu rakam Dünya'nın yaşına ulaşmamaktadır, ancak süper ağır elementlerin doğada, Güneş sistemimizde veya kozmik ışınlarda yani Galaksimizin diğer sistemlerinde bulunması hala mümkündür. Ancak şu ana kadar "doğal" süper ağır elementleri aramaya yönelik deneyler başarılı olmadı.

Şu anda JINR, periyodik tablonun 119. elementini aramak için bir deney hazırlıyor ve Nükleer Reaksiyonlar Laboratuvarı, ağır iyon fiziği ve süper ağır elementlerin sentezi alanında dünya lideridir.

Anna Maksimçuk,
JINR Araştırmacısı,
özellikle R&D.CNews.ru için

İlginç elbette. Çok daha fazla kimyasal elementin ve hatta neredeyse kararlı olanların keşfedilebileceği ortaya çıktı.

Şu soru ortaya çıkıyor: Yeni, neredeyse istikrarlı unsurları aramaya yönelik bu oldukça pahalı girişimin pratik anlamı nedir?

Görünüşe göre bu unsurları üretmenin bir yolunu bulduklarında göreceğiz.

Ama şimdi bir şey zaten görülüyor. Örneğin, herhangi biri "Predator" filmini izlemişse, yırtıcı hayvanın kolundaki bileziğinde kendi kendini yok eden bir cihaz vardır ve patlama oldukça güçlüdür. İşte burada. Bu yeni kimyasal elementler uranyum-235'e benzer, ancak kritik kütle gram cinsinden ölçülebilir (ve bu maddenin 1 gramı, 10 ton TNT'nin patlamasına eşdeğerdir - yalnızca beş kopeklik madeni para büyüklüğünde iyi bir bomba) ).

Bu nedenle bilim insanlarının çok çalışması, devletin ise masraflardan kısmaması çok mantıklı.

60'ların sonunda, birçok teorisyenin çabalarıyla - O. Bohr ve B. Motelson (Danimarka), S. Nilsson (İsveç), V.M. Strutinsky ve V.V. Pashkevich (SSCB), H. Myers ve V. Svyatetsky (ABD), A. Sobichevsky ve diğerleri (Polonya), W. Greiner ve diğerleri (Almanya), R. Nix ve P. Möller (ABD), J. Berger (Fransa) ) ve diğerleri atom çekirdeğinin mikroskobik teorisini yarattılar. Yeni teori, yukarıdaki çelişkilerin tümünü uyumlu bir fiziksel yasalar sistemine dönüştürdü.
Herhangi bir teori gibi, özellikle çok ağır, hala bilinmeyen çekirdeklerin özelliklerini tahmin etme konusunda belirli bir tahmin gücüne sahipti. Nükleer kabukların stabilize edici etkisinin, sözde oluşturan çekirdeğin damlacık modeli (yani Z > 106 bölgesinde) tarafından belirtilenlerin ötesinde çalışacağı ortaya çıktı. Z=108, N=162 ve Z=114, N=184 sihirli sayıları etrafındaki “istikrar adaları”. Şekil 2'de görülebileceği gibi, bu "kararlılık adalarında" yer alan süper ağır çekirdeklerin ömrü önemli ölçüde artabilir. Bu özellikle Z=114 (muhtemelen 120) ve N=184 kapalı kabuklarının etkisinin yarı ömürleri onlarca, yüzbinlerce ve belki de milyonlarca yıla çıkardığı en ağır, süper ağır elementler için geçerlidir; - Nükleer mermilerin etkisinin yokluğundan 32-35 kat daha fazla. Süper ağır elementlerin olası varlığı hakkında, maddi dünyanın sınırlarını önemli ölçüde genişleten ilgi çekici bir hipotez bu şekilde ortaya çıktı. Teorik tahminlerin doğrudan testi, süper ağır nüklidlerin sentezi ve bunların bozunma özelliklerinin belirlenmesi olacaktır. Bu nedenle elementlerin yapay senteziyle ilgili temel konuları kısaca ele almamız gerekecek.

2. Ağır elementlerin sentez reaksiyonları

Pm'den (Z=100) daha ağır elementler, hedef çekirdeğe bir proton ve nötron kompleksi eklendiğinde hızlandırılmış ağır iyonlarla reaksiyonlarda sentezlendi. Ancak bu tür tepki önceki durumdan farklıdır. Elektrik yükü olmayan bir nötron yakalandığında yeni çekirdeğin uyarılma enerjisi yalnızca 6 - 8 MeV olur. Buna karşılık, hedef çekirdekler helyum (4 He) veya karbon (12 C) gibi hafif iyonlarla bile birleştiğinde, ağır çekirdekler Ex = 20 - 40 MeV enerjiye kadar ısıtılacaktır. Mermi çekirdeğinin atom numarasının daha da artmasıyla birlikte, pozitif yüklü çekirdeklerin itilmesinden kaynaklanan elektriksel kuvvetlerin (Coulomb reaksiyon bariyeri) üstesinden gelmek için giderek daha fazla enerji vermesi gerekecektir. Bu durum, iki çekirdeğin (mermi ve hedef) birleşmesinden sonra oluşan bileşik çekirdeğin uyarılma enerjisinde (ısıtma) bir artışa yol açar. Soğutması (temel durum E x = 0'a geçiş), nötronların ve gama ışınlarının emisyonu yoluyla gerçekleşecektir. Ve burada ilk engel ortaya çıkıyor.

Isıtılmış ağır bir çekirdek, vakaların yalnızca 1/100'ünde bir nötron yayabilecektir; çekirdeğin enerjisi, fisyon bariyerinin yüksekliğinden önemli ölçüde daha yüksek olduğundan temel olarak iki parçaya bölünecektir. Bileşik bir çekirdeğin uyarılma enerjisini arttırmanın ona zararlı olduğunu anlamak kolaydır. Isıtılmış bir çekirdeğin hayatta kalma olasılığı, fisyonun güçlü bir şekilde rekabet ettiği buharlaşmış nötronların sayısındaki artışa bağlı olarak artan sıcaklık (veya enerji E x) ile keskin bir şekilde düşer. Yaklaşık 40 MeV enerjiye kadar ısıtılan bir çekirdeğin soğutulması için 4 veya 5 nötronun buharlaştırılması gerekir. Her seferinde fisyon bir nötron emisyonuyla yarışacak ve bunun sonucunda hayatta kalma olasılığı yalnızca (1/100) 4-5 = 10 -8 -10 -10 olacaktır. Çekirdeğin sıcaklığı arttıkça kabukların stabilize edici etkisinin azalması, dolayısıyla fisyon bariyerinin yüksekliğinin azalması ve çekirdeğin fisyonunun keskin bir şekilde artması nedeniyle durum karmaşıklaşmaktadır. Bu faktörlerin her ikisi de süper ağır nüklidlerin oluşma olasılığının son derece düşük olmasına yol açar.

106'dan daha ağır elementlerin bulunduğu bölgeye ilerlemek, 1974 yılında sözde elementin keşfinden sonra mümkün oldu. Soğuk füzyon reaksiyonları. Bu reaksiyonlarda, argondan daha ağır iyonlar tarafından bombardımana tutulan 208 Pb (Z = 82, N = 126) veya 209 Bi (Z = 83, N = 126) gibi kararlı izotopların “sihirli” çekirdekleri hedef malzeme olarak kullanılır ( Yu.Ts. Oganesyan, A.G. Demin, vb.). Füzyon işlemi sırasında, “sihirli” hedef çekirdekteki nükleonların yüksek bağlanma enerjisi, etkileşen iki çekirdeğin yeniden düzenlenmesi sırasında enerjinin emilmesine yol açar.
toplam kütlenin ağır bir çekirdeğine. Etkileşen çekirdeklerdeki ve son çekirdekteki nükleonların "paketlenme" enerjilerindeki bu fark, reaksiyon için yüksek Coulomb bariyerini aşmak için gereken enerjiyi büyük ölçüde telafi eder. Sonuç olarak, ağır bir çekirdeğin uyarılma enerjisi yalnızca 12-20 MeV'dir. Böyle bir reaksiyon bir dereceye kadar “ters fisyon” sürecine benzer. Aslında, bir uranyum çekirdeğinin iki parçaya bölünmesi enerjinin serbest bırakılmasıyla meydana gelirse (nükleer santrallerde kullanılır), o zaman ters reaksiyonda, parçalar birleştiğinde ortaya çıkan uranyum çekirdeği neredeyse soğuk olacaktır. Bu nedenle, elementler soğuk füzyon reaksiyonlarında sentezlendiğinde, ağır bir çekirdeğin temel duruma geçmek için yalnızca bir veya iki nötron yayması yeterlidir.
Büyük çekirdeklerin soğuk füzyon reaksiyonları, Darmstadt'taki (Almanya) GSI Ulusal Nükleer Fizik Merkezi'nde 107'den 112'ye kadar 6 yeni elementin (P. Armbruster, Z. Hofmann, G. Münzenberg, vb.) sentezlenmesi için başarıyla kullanıldı. Yakın zamanda RIKEN Ulusal Merkezi'nde (Tokyo) K. Morita ve arkadaşları 110-112 elementin sentezine ilişkin GSI deneylerini tekrarladılar. Her iki grup da daha ağır mermiler kullanarak 113 ve 114. elementlere geçmeyi planlıyor. Bununla birlikte, soğuk füzyon reaksiyonlarında giderek daha ağır elementlerin sentezlenmesine yönelik girişimler büyük zorluklarla ilişkilidir. İyonların atom yükünün artmasıyla birlikte, hedef çekirdekler 208 Pb veya 209 Bi ile füzyon olasılıkları, bilindiği gibi nükleer yüklerin çarpımı ile orantılı olan Coulomb itme kuvvetlerindeki artış nedeniyle büyük ölçüde azalır. 208 Pb + 50 Ti (Z 1) reaksiyonundan elde edilebilen 104 numaralı elementten × Z 2 = 1804) 208 Pb + 70 Zn (Z 1) reaksiyonunda element 112'ye × Z 2 = 2460), birleşme olasılığı 10 4 kattan fazla azalır.

Figür 3 Ağır nüklidlerin haritası. Nükleer yarı ömürler farklı renklerle (sağ ölçek) temsil edilir. Siyah kareler yer kabuğunda bulunan kararlı elementlerin izotoplarıdır (T 1/2 ≥ 10 9 yıl). Koyu mavi renk, çekirdeklerin 10-6 saniyeden daha kısa süre yaşadığı “istikrarsızlık denizi”dir. Sarı çizgiler, proton ve nötronların sihirli sayılarını gösteren kapalı kabuklara karşılık gelir. Toryum, uranyum ve uranyum ötesi elementlerin “yarımadasını” takip eden “kararlılık adaları”, çekirdeğin mikroskobik teorisinin öngörüleridir. Farklı nükleer reaksiyonlarda elde edilen Z = 112 ve 116'ya sahip iki çekirdek ve bunların sıralı bozunması, süper ağır elementlerin yapay sentezi sırasında "kararlılık adalarına" ne kadar yaklaşılabileceğini göstermektedir.

Başka bir sınırlama daha var. Soğuk füzyon reaksiyonlarında elde edilen bileşik çekirdekleri nispeten az sayıda nötrona sahiptir. Yukarıda ele alınan 112. elementin oluşumu durumunda, Z = 112 olan son çekirdek yalnızca 165 nötrona sahipken, N > 170 nötron sayısı için stabilitede bir artış beklenir (bkz. Şekil 3).

Prensip olarak, yapay elementlerin hedef olarak kullanılması durumunda büyük miktarda nötron içeren çekirdekler elde edilebilir: nükleer reaktörlerde üretilen plütonyum (Z=94), amerikanyum (Z=95) veya küriyum (Z=96) ve nadir elementler mermi kalsiyum izotopu olarak - 48 Ca. (aşağıya bakınız).

48 Ca atomunun çekirdeği 20 proton ve 28 nötron içerir; her iki değer de kapalı kabuklara karşılık gelir. 48 Ca çekirdeği ile füzyon reaksiyonlarında, "sihirli" yapıları da işe yarayacaktır (soğuk füzyon reaksiyonlarında bu rol, hedefin sihirli çekirdekleri - 208 Pb tarafından oynanmıştır), bunun sonucunda süper ağır çekirdeklerin uyarılma enerjisi olacaktır. yaklaşık 30 - 35 MeV. Temel duruma geçişlerine üç nötron ve gama ışınının emisyonu eşlik edecek. Bu uyarılma enerjisinde, ısıtılmış süper ağır çekirdeklerde nükleer kabukların etkisinin hala mevcut olması beklenebilir, bu onların hayatta kalmalarını artıracak ve deneylerimizde onları sentezlememize izin verecektir. Ayrıca etkileşime giren çekirdeklerin kütlelerinin asimetrisine de dikkat edin (Z 1 × Z2 ≤ 2000) Coulomb itmelerini azaltır ve böylece birleşme olasılığını artırır.

Görünüşte bariz olan bu avantajlara rağmen, 1977 - 1985 yıllarında çeşitli laboratuvarlarda süper ağır elementleri 48 Ca iyonu ile reaksiyonlarda sentezlemeye yönelik önceki tüm girişimler başarısız oldu. etkisiz olduğu ortaya çıktı. Ancak son yıllarda deneysel teknolojinin gelişmesi ve her şeyden önce yeni nesil hızlandırıcılar üzerinde 48 Ca iyonundan oluşan yoğun ışınların laboratuvarımızda üretilmesi, deneyin hassasiyetinin neredeyse 1000 kat arttırılmasını mümkün kılmıştır. Bu başarılar, süper ağır unsurların sentezlenmesine yönelik yeni bir girişimde kullanıldı.

3 Beklenen özellikler

Sentez başarılı olursa deneyde ne görmeyi bekliyoruz? Teorik hipotez doğruysa, süper ağır çekirdekler kendiliğinden bölünmeye göre kararlı olacaktır. Daha sonra başka bir tür bozunma yaşayacaklar: alfa bozunması (2 proton ve 2 nötrondan oluşan bir helyum çekirdeğinin yayılması). Bu işlem sonucunda ana çekirdekten 2 proton ve 2 nötron daha hafif olan bir yavru çekirdek oluşur. Eğer yavru çekirdeğin kendiliğinden bölünme olasılığı düşükse, ikinci alfa bozunumundan sonra torunun çekirdeği artık ilk çekirdekten 4 proton ve 4 nötron daha hafif olacaktır. Alfa bozunmaları kendiliğinden fisyon oluşana kadar devam edecektir (Şekil 4).

O. Sadece tek bir bozunum değil, aynı zamanda kendiliğinden fisyonla rekabet eden, ancak sonuçta onunla kesintiye uğrayan, zaman açısından oldukça uzun (nükleer ölçekte) ardışık alfa bozunmalarından oluşan bir zincir olan bir "radyoaktif aile" görmeyi bekliyoruz. Prensip olarak böyle bir bozunma senaryosu zaten süper ağır bir çekirdeğin oluşumunu gösteriyor.

Stabilitede beklenen artışı tam olarak görmek için, Z = 114 ve N = 184 kapalı kabuklarına mümkün olduğunca yaklaşmak gerekir. Bu tür nötron fazlalık çekirdeklerini nükleer reaksiyonlarda sentezlemek son derece zordur, çünkü çekirdeklerin birleştirilmesi sırasında Zaten belirli bir proton ve nötron oranına sahip kararlı elementler, çift sihirli çekirdeğe 298 114 ulaşmak imkansızdır. Bu nedenle, reaksiyonda başlangıçta mümkün olan maksimum sayıda nötron içeren çekirdekleri kullanmaya çalışmamız gerekir. Bu aynı zamanda hızlandırılmış 48 Ca iyonunun mermi olarak seçilmesini de büyük ölçüde belirledi. Bildiğiniz gibi doğada çok fazla kalsiyum var. Çekirdeği 20 proton ve 20 nötron içeren izotop 40 Ca'nın %97'sinden oluşur. Ancak %0,187 oranında ağır izotop - 48 Ca (20 proton ve 28 nötron) içerir ve bu izotopta 8 fazla nötron bulunur. Üretimine yönelik teknoloji çok emek yoğun ve pahalıdır; zenginleştirilmiş 48 Ca'nın bir gramının maliyeti yaklaşık 200.000 dolardır. Bu nedenle, uzlaşmacı bir çözüm bulmak için - bu egzotik malzemenin minimum tüketimiyle iyon ışınının maksimum yoğunluğunu elde etmek için - hızlandırıcımızın tasarımını ve çalışma modlarını önemli ölçüde değiştirmek zorunda kaldık.

Şekil 4
Farklı sayıda proton ve nötron içeren süper ağır elementlerin izotoplarının bozunma türleri (şekilde farklı renklerle gösterilmiştir) ve yarı ömürleri hakkında teorik tahminler. Örnek olarak, 248 St ve 48 Ca çekirdeklerinin füzyon reaksiyonunda oluşan 293 kütleli 116. elementin izotopu için, büyük atomun kendiliğinden fisyonu ile sonuçlanan ardışık üç alfa bozunmasının beklendiği gösterilmiştir. -281 kütleli 110. elementin torunu çekirdeği. Şekil 8'de görüldüğü gibi tam da böyle bir bozunma senaryosu, zincir şeklinde α - α - α - SF, deneyde bu çekirdek için gözlendi. Daha hafif bir çekirdeğin bozunması, 208 Pb + 64 Ni çekirdeğinin “soğuk füzyon” reaksiyonunda elde edilen 271 kütleli 110. elementin izotopudur. Yarı ömrü, 281 110 izotopununkinden 10 4 kat daha azdır. .

Bugün rekor bir ışın yoğunluğuna ulaştık - 8 × 10 12 / s, çok düşük bir 48 Ca izotop tüketimiyle - yaklaşık 0,5 miligram / saat. Hedef malzeme olarak yapay elementlerin uzun ömürlü, zenginleştirilmiş izotoplarını kullanıyoruz: Pu, Am, Cm ve Cf (Z = 94-96 ve 98), ayrıca maksimum nötron içeriğine sahip. Güçlü nükleer reaktörlerde (ABD Oak Ridge'de ve Dimitrovgrad, Rusya'da) üretiliyorlar ve daha sonra Tüm Rusya Deneysel Fizik Araştırma Enstitüsü'ndeki (Sarov) özel tesislerde, kütle ayırıcılarda zenginleştiriliyorlar. Z = 114 - 118 elementlerinin sentezi için 48 adet Ca çekirdeğinin bu izotopların çekirdekleri ile füzyon reaksiyonları seçilmiştir.

Burada biraz ara vermek istiyorum.

Her laboratuvar, hatta dünyanın önde gelen nükleer merkezleri bile, çalışmalarımızda kullandığımız bu kadar benzersiz ve miktarlarda malzemelere sahip değildir. Ancak bunların üretimine yönelik teknolojiler ülkemizde geliştirildi ve sanayimiz tarafından da geliştiriliyor. Rusya Atom Enerjisi Bakanı, yeni elementlerin sentezi konusunda 5 yıl süreyle bir çalışma programı geliştirmemizi önerdi ve bu araştırmanın yürütülmesi için özel bir hibe tahsis etti. Öte yandan, Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nde çalışarak dünyanın önde gelen laboratuvarlarıyla geniş çapta işbirliği yapıyoruz (ve rekabet ediyoruz). Süper ağır elementlerin sentezine yönelik araştırmalarda, uzun yıllardır Livermore Ulusal Laboratuvarı (ABD) ile yakın işbirliği içerisindeyiz. Bu işbirliği yalnızca çabalarımızı birleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda deney sonuçlarının deneyin tüm aşamalarında iki grup tarafından bağımsız olarak işlenip analiz edildiği koşulları da yaratıyor.
5 yıldan fazla çalışma, uzun süreli ışınlama sırasında yaklaşık 2 doz × 1020 iyon (yaklaşık 16 miligram 48 Ca, ışık hızının ~1/10'una kadar hızlandırılmış, hedef katmanlardan geçmiştir). Bu deneylerde 112÷118 elementin (117. element hariç) izotoplarının oluşumu gözlemlendi ve yeni süper ağır nüklidlerin bozunma özelliklerine ilişkin ilk sonuçlar elde edildi. Tüm sonuçları sunmak çok fazla yer kaplayacaktır ve okuyucuyu sıkmamak için kendimizi yalnızca 113 ve 115 elementin sentezi üzerine yapılan son deneyi anlatmakla sınırlayacağız - diğer tüm reaksiyonlar benzer şekilde incelenmiştir. Ancak bu göreve başlamadan önce deneyin kurulumunu kısaca özetlemek ve kurulumumuzun temel çalışma prensiplerini açıklamak tavsiye edilir.

4. Deneyin kurulması

Şekil 5
Ağır elementlerin sentezi deneylerinde geri tepme çekirdeklerinin ayrılması için kurulumun şematik görünümü

Zihinsel olarak dedektörün tüm yüzeyi, bozunumların tespit edildiği yaklaşık 500 hücre (piksel) olarak temsil edilebilir. İki sinyalin rastgele aynı yere düşme olasılığı 1/500, üç sinyal - 1/250000 vb. Bu, son derece küçük miktarlarda (~1 atom/ay) oluşsalar bile, çok sayıda radyoaktif ürün arasından, süper ağır çekirdeklerin genetik olarak ilişkili sıralı bozunmalarının çok nadir olaylarını büyük bir güvenilirlikle seçmeyi mümkün kılar.

5. Deneysel sonuçlar

Tesisatı "hareket halinde" göstermek için, örnek olarak, 243 Am(Z=95) + 48 Ca(Z=) çekirdeğinin füzyon reaksiyonunda oluşan 115. elementin sentezine ilişkin deneyleri daha ayrıntılı olarak anlatacağız. 20) → 291 115.
Z-tek çekirdeğin sentezi çekicidir çünkü tek proton veya nötronun varlığı kendiliğinden fisyon olasılığını önemli ölçüde azaltır ve ardışık alfa geçişlerinin sayısı çift atomun bozunması durumunda olduğundan daha fazla (uzun zincirler) olacaktır. hatta çekirdekler. Coulomb bariyerini aşmak için 48 Ca iyonunun enerjisinin E > 236 MeV olması gerekir. Öte yandan, bu koşulu yerine getirirsek ışın enerjisini E = 248 MeV ile sınırlandırırsak, 291 115 bileşik çekirdeğinin termal enerjisi yaklaşık 39 MeV olacaktır; soğuması 3 nötron ve gama ışınlarının emisyonu yoluyla gerçekleşecektir. Daha sonra reaksiyon ürünü, nötron sayısı N=173 olan elementin izotopu 115 olacaktır. Hedef katmandan dışarı çıkan yeni bir elementin atomu, onu iletmek üzere yapılandırılmış bir ayırıcıdan geçecek ve dedektöre girecektir. Şekil 6'da gösterildiği gibi başka olaylar da gelişir. Geri tepme çekirdeği ön dedektörde durduktan 80 mikrosaniye sonra, veri toplama sistemi varış zamanı, enerjisi ve koordinatları (şerit numarası ve içindeki konumu) hakkında sinyaller alır. Bu bilginin "TOF" (ayırıcıdan gelen) özelliğine sahip olduğunu unutmayın. Eğer 10 saniye içinde dedektör yüzeyinde aynı yerden 9,8 MeV'den daha fazla enerjiye sahip ikinci bir sinyal "TOF" işareti olmadan (yani implante edilen atomun bozunmasından) gelirse, ışın kapatılır ve daha sonra tüm işlemler devam eder. çürüme, neredeyse tamamen arka planın olmadığı koşullarda kaydedilir. Şekil 6'nın üst grafiğinde görülebileceği gibi, geri tepme çekirdeğinden ve ilk alfa parçacığından gelen ilk iki sinyalin arkasında yaklaşık 20 saniyelik bir süre boyunca. ışın kapatıldıktan sonra, konumları ± 0,5 mm doğrulukla önceki sinyallerle çakışan 4 sinyal daha takip edildi. Sonraki 2,5 saat boyunca dedektör sessiz kaldı. Aynı şeritte ve aynı pozisyonda kendiliğinden fisyon, yalnızca ertesi gün, 28,7 saat sonra, toplam 206 MeV enerjiye sahip fisyon parçalarından iki sinyal şeklinde kaydedildi.
Bu tür zincirler üç kez kaydedildi. Hepsi aynı görünüme sahiptir (radyoaktif ailedeki 6 nesil çekirdek) ve nükleer bozunmanın üstel yasasını hesaba katarak hem alfa parçacıklarının enerjisinde hem de ortaya çıkma zamanlarında birbirleriyle tutarlıdırlar. Gözlemlenen etki, beklendiği gibi, bileşik bir çekirdek tarafından 3 nötronun buharlaştırılmasından sonra oluşan 288 kütleli 115 numaralı elementin izotopunun bozunması ile ilgiliyse, o zaman 48 Ca iyon ışınının enerjisinde bir artışla ilişkilidir. sadece 5 MeV, 5-6 kat azalması gerekiyor. Aslında E = 253 MeV'de hiçbir etki yoktu. Ancak burada, yalnızca 0,4 saniye süren dört alfa parçacığından oluşan (bunlardan da 5 tane olduğuna inanıyoruz, ancak son alfa parçacığının açık pencereden dışarı uçtu) oluşan başka, daha kısa bir bozunum zinciri gözlemlendi. Yeni bozunma zinciri 1,5 saat sonra kendiliğinden fisyonla sona erdi. Açıkçası, bu, 4 nötronun emisyonu ile bir füzyon reaksiyonunda oluşan, büyük olasılıkla 287 kütleli 115. elementin komşu izotopu olan başka bir çekirdeğin bozunmasıdır. Tek-tek izotop Z=115, N=173'ün ardışık bozunma zinciri, Şekil 6'nın alt grafiğinde sunulmaktadır; bu, farklı sayıda proton ve nötron içeren süper ağır nüklidlerin hesaplanan yarı ömürlerini şu şekilde gösterir: bir kontur haritası. Aynı zamanda, Alman Laboratuvarı - GSI'de (Darmstadt) ve daha sonra Japon - RIKEN'de ( Tokyo).

Şekil 6
48 Ca + 243 At reaksiyonunda 115 elementinin sentezi üzerine deney yapın.
Üstteki şekil, geri tepme çekirdeğinin (R) dedektöre yerleştirilmesinden sonra sinyallerin göründüğü zamanları gösterir. Alfa parçacıklarının kaydından gelen sinyaller kırmızıyla, kendiliğinden fisyondan gelen sinyaller ise yeşille işaretlenmiştir. Örnek olarak, üç olaydan biri için R → bozunum zincirinden gelen 7 sinyalin tamamının konumsal koordinatları (mm cinsinden) verilmiştir.a 1 → α 2 → α 3 → α 4 →α 5 → SF, 4 numaralı şeritte kaydedilmiştir. Alttaki şekil, Z=111, N=161 ve Z=115, N=173 olan çekirdeklerin bozunum zincirlerini göstermektedir. Farklı yarı ömürlere (farklı kararma dereceleri) sahip çekirdek bölgelerini özetleyen kontur çizgileri, mikroskobik teorinin öngörüleridir.

Her şeyden önce, her iki durumda da nükleer yarı ömürlerin teorik tahminlerle iyi bir uyum içinde olduğunu belirtmek gerekir. 288 115 izotopunun N=184 nötron kabuğundan 11 nötronla çıkarılmasına rağmen, izotop 115 ve 113 elemanları nispeten uzun bir ömre sahiptir (sırasıyla T 1/2 ~ 0,1 s ve 0,5 s).
Beş alfa bozunmasından sonra, elementin izotopu 105 oluşur - N=163 ile dubniyum (Db), bunun stabilitesi başka bir kapalı kabuk N=162 tarafından belirlenir. Bu kabuğun gücü, birbirinden yalnızca 8 nötron farkla iki Db izotopunun yarı ömürlerindeki büyük farkla kanıtlanıyor. Yapının (nükleer kabuklar) yokluğunda, 105-115 elementlerin tüm izotoplarının ~ 10 -19 saniye içinde kendiliğinden fisyona uğraması gerekeceğini bir kez daha belirtelim.

(kimyasal deney)

Yukarıda açıklanan örnekte, element 115'in bozunma zincirini tamamlayan uzun ömürlü izotop 268 Db'nin özellikleri bağımsız olarak ilgi çekicidir.
Periyodik Kanuna göre 105. element V. sıradadır. Şekil 7'de görülebileceği gibi, niyobyum (Nb) ve tantalın (Ta) kimyasal bir homologudur ve kimyasal özellikleri bakımından D.I.'de ayrı bir grubu temsil eden tüm hafif elementlerden - aktinitlerden (Z = 90÷103) farklıdır. Masa. Mendeleev. Uzun yarı ömründen dolayı element 105'in bu izotopu tüm reaksiyon ürünlerinden ayrılabilir. radyokimyasal yöntem ardından bozunmasının ölçümü - kendiliğinden fisyon. Bu deney, son çekirdeğin (Z = 105) atom numarasının ve 115. elementin ardışık alfa bozunumlarında üretilen tüm nüklidlerin bağımsız bir şekilde tanımlanmasını sağlar.
Kimyasal bir deneyde geri tepme çekirdek ayırıcısının kullanılmasına gerek yoktur. Reaksiyon ürünlerinin atom numaralarına göre ayrılması, kimyasal özelliklerindeki farklılığa dayalı yöntemlerle gerçekleştirilir. Bu nedenle burada daha basitleştirilmiş bir teknik kullanıldı. Hedeften fırlayan reaksiyon ürünleri, hareket yolları boyunca 3-4 mikron derinliğe kadar yerleştirilmiş bir bakır toplayıcıya sürüldü. 20-30 saatlik ışınlamanın ardından koleksiyon çözüldü. Transaktinoidlerin bir kısmı - Z > 104 elementleri - çözeltiden izole edildi ve bu fraksiyondan, kimyasal homologları Nb ve Ta ile birlikte 5. serinin elemanları - Db eklendi. İkincisi, kimyasal ayırmadan önce çözeltiye "işaretleyiciler" olarak eklendi. Db içeren bir çözelti damlacığı ince bir substrat üzerine bırakıldı, kurutuldu ve daha sonra her iki spontan fisyon parçasını kaydeden iki yarı iletken dedektör arasına yerleştirildi. Tüm düzenek, Db çekirdeklerinin bölünmesi sırasında fragmanlar tarafından yayılan nötronların sayısını belirleyen bir nötron detektörüne yerleştirildi.
Haziran 2004'te, Db'nin kendiliğinden bölünmesiyle ilgili 15 olayın kaydedildiği 12 özdeş deney gerçekleştirildi (S.N. Dmitriev ve diğerleri). Kendiliğinden oluşan fisyon parçaları Db, yaklaşık 235 MeV'lik bir kinetik enerjiye sahiptir ve her fisyon olayı için ortalama yaklaşık 4 nötron yayılır. Bu tür özellikler, oldukça ağır bir çekirdeğin kendiliğinden bölünmesinin doğasında vardır. 238 U için bu değerlerin sırasıyla yaklaşık 170 MeV ve 2 nötron olduğunu hatırlayalım.
Kimyasal deney, fiziksel deneyin sonuçlarını doğrulamaktadır: Ardışık beş alfa bozunmasının bir sonucu olarak 243 Am + 48 Ca reaksiyonunda oluşan 115. elementin çekirdekleri: Z = 115 → 113 → 111 → 109 → 107 → 105 aslında atom numarası 105 olan, uzun ömürlü, kendiliğinden bölünebilen bir çekirdeğin oluşumu. Bu deneylerde, 115. elementin alfa bozunmasının bir yan ürünü olarak, daha önce bilinmeyen, atom numarası 113 olan başka bir element de sentezlendi.

Şekil 7
115. elementin radyoaktif özelliklerini incelemek için fiziksel ve kimyasal deneyler.
48 Ca + 243 At reaksiyonunda, fiziksel bir düzen kullanılarak ardışık beş tanenin olduğu gösterilmiştir.
288 115 izotopunun alfa bozunmaları, 105. elementin uzun ömürlü izotopuna (268 Db) yol açar.
kendiliğinden iki parçaya ayrılır. Kimyasal bir deneyde atom numarası 105 olan bir çekirdeğin kendiliğinden fisyona uğradığı belirlendi.

6. Büyük Resim ve Gelecek

Umutlar

Şimdi görev, öncelikle istenen reaksiyon ürünlerinin düşük verimi nedeniyle çok sorunlu olan yeni elementlerin nükleer ve atomik yapısını daha ayrıntılı olarak incelemektir. Süper ağır elementlerin atom sayısını arttırmak için 48 Ca iyon ışınının yoğunluğunu arttırmak ve fiziksel tekniklerin verimliliğini arttırmak gerekmektedir. Ağır iyon hızlandırıcının, hızlandırıcı teknolojisindeki en son gelişmeler kullanılarak önümüzdeki yıllarda planlanan modernizasyonu, iyon ışınının yoğunluğunu yaklaşık 5 kat artırmamıza olanak tanıyacak. İkinci kısmın çözümü ise deney düzeneğinde köklü bir değişiklik yapılmasını gerektiriyor; süper ağır elementlerin özelliklerine dayanan yeni bir deneysel tekniğin yaratılmasında bulunabilir.

Şekil 8
Ağır ve süper ağır elementlerin nüklidlerinin haritası.
Çeşitli füzyon reaksiyonlarına karşılık gelen ovallerin içindeki çekirdekler için (şekilde gösterilmiştir), yayılan alfa parçacıklarının yarı ömürleri ve enerjileri verilmiştir (sarı kareler). Veriler, nükleer kabuk etkisinin nükleer bağlanma enerjisine katkısına dayalı olarak ayırma bölgesinin kontur haritası üzerinde sunulur. Nükleer yapının yokluğunda tüm alan beyaz olacaktır. Karardıkça kabukların etkisi artar. İki komşu bölge yalnızca 1 MeV farklılık gösterir. Bununla birlikte, bu, kendiliğinden fisyona göre çekirdeğin stabilitesini önemli ölçüde arttırmak için yeterlidir; bunun sonucunda, "sihirli" sayıdaki proton ve nötronların yakınında bulunan nüklitler, ağırlıklı olarak alfa bozunması yaşar. Öte yandan 110. ve 112. elementlerin izotoplarında nötron sayısının 8 atomik birim artması, çekirdeklerin alfa bozunma periyotlarının 10 5 kattan fazla artmasına neden olur.

Mevcut kurulumun çalışma prensibi - geri tepme çekirdeklerinin kinematik ayırıcısı (Şekil 5), çeşitli reaksiyon türlerinin kinematik özelliklerindeki farklılığa dayanmaktadır. Bizi ilgilendiren hedef çekirdeklerin ve 48 Ca'nın füzyon reaksiyonunun ürünleri, yaklaşık 40 MeV'lik bir kinetik enerjiyle ± 3 0 dar açısal koni içinde hedeften ileri yönde uçar. Geri tepme çekirdeklerinin yörüngelerini sınırlayarak, bu parametreleri hesaba katarak, iyon ışınını neredeyse tamamen ayarlıyoruz, reaksiyon yan ürünlerinin arka planını 10 4 ÷ 10 6 faktörüyle bastırıyoruz ve dedektöre yeni elementlerin atomlarını iletiyoruz. 1 mikrosaniyede yaklaşık %40 verimlilikle. Başka bir deyişle, reaksiyon ürünlerinin ayrılması "anında" gerçekleşir.

Şekil 8 MASHA kurulumu
Üstteki şekil ayırıcının bir diyagramını ve çalışma prensibini göstermektedir. Hedef katmandan fırlatılan geri tepme çekirdekleri, birkaç mikrometre derinlikte bir grafit toplayıcıda durdurulur. Kollektörün yüksek sıcaklığı nedeniyle iyon kaynağı odasına yayılırlar, plazmadan dışarı çekilirler, elektrik alanı tarafından hızlandırılırlar ve dedektöre doğru hareket ederken manyetik alanlar tarafından kütlesel olarak analiz edilirler. Bu tasarımda bir atomun kütlesi 1/3000 doğrulukla belirlenebilmektedir. Aşağıdaki şekil kurulumun genel görünümünü göstermektedir.

Ancak kurulumun yüksek seçiciliğini elde etmek için, kinematik parametreleri - ayrılma açılarını ve geri tepme çekirdeklerinin enerjilerini - korumak ve "lekelememek" önemlidir. Bu nedenle, kalınlığı 0,3 mikrometreden fazla olmayan hedef katmanların kullanılması gerekir; bu, belirli bir kütleye sahip bir süper ağır çekirdeğin etkili bir verimini elde etmek için gerekenden yaklaşık üç kat daha az veya eğer kullanırsak 5-6 kat daha az. belirli bir elementin kütle bakımından komşu iki izotopunun sentezinden bahsediyoruz. Ek olarak, süper ağır bir elementin izotoplarının kütle sayıları hakkında veri elde etmek için, 48 Ca iyon ışınının farklı enerjilerinde tekrarlanan ölçümler içeren uzun ve emek yoğun bir dizi deney gerçekleştirmek gerekir.
Aynı zamanda, deneylerimizden de anlaşılacağı gibi, süper ağır elementlerin sentezlenen atomlarının, kinematik ayırıcının hızını önemli ölçüde aşan yarı ömürleri vardır. Bu nedenle çoğu durumda reaksiyon ürünlerinin bu kadar kısa sürede ayrılmasına gerek yoktur. Daha sonra kurulumun çalışma prensibini değiştirebilir ve reaksiyon ürünlerini birkaç aşamada ayırabilirsiniz.
Yeni kurulumun şeması Şekil 9'da gösterilmektedir. Geri tepme çekirdeklerinin 2000 0 C sıcaklığa ısıtılan bir toplayıcıya yerleştirilmesinden sonra, atomlar iyon kaynağının plazmasına yayılır, plazmada q = 1 + yüküne iyonize edilir ve bir elektrik yoluyla kaynaktan dışarı çekilir. alan, özel bir profilin manyetik alanlarında kütleye göre ayrılır ve son olarak odak düzleminde bulunan dedektörler tarafından (bozunma türüne göre) kaydedilir. Tahminlere göre tüm prosedür, sıcaklık koşullarına ve ayrılan atomların fizikokimyasal özelliklerine bağlı olarak saniyenin onda biri ile birkaç saniye arasında sürebilir. Hız açısından kinematik ayırıcıdan daha düşük olan yeni kurulum MASHA'dır (tam adın kısaltması) Süper Ağır Atomların Kütle Analizörü) - çalışma verimliliğini yaklaşık 10 kat artıracak ve bozunma özellikleriyle birlikte süper ağır çekirdeklerin kütlesinin doğrudan ölçümünü sağlayacaktır.
Moskova Bölgesi Valisi B.V. tarafından tahsis edilen hibe sayesinde. Gromov'un bu tesisi yaratması için kısa sürede tasarlanıp üretildi - 2 yıl içinde testleri geçti ve işletmeye hazır hale geldi. MASHA'nın kurulumuyla hızlandırıcının yeniden inşasından sonra. Araştırmamızı yeni nüklidlerin özellikleri konusunda önemli ölçüde genişleteceğiz ve daha ağır elementlerin olduğu bölgeye doğru ilerlemeye çalışacağız.

(doğadaki süper ağır elementleri arayın)

Süper ağır elementler sorununun diğer bir yönü de daha uzun ömürlü nüklidlerin üretimiyle ilgilidir. Yukarıda açıklanan deneylerde, "adanın" yalnızca kenarına yaklaştık, dik bir yükseliş keşfettik, ancak çekirdeklerin binlerce, hatta belki de milyonlarca yıl yaşayabileceği zirvesinden hâlâ çok uzaktayız. Sentezlenen çekirdeklerde N=184 kabuğuna yaklaşmaya yetecek kadar nötronumuz yok. Bugün bu ulaşılamaz; nötron açısından bu kadar zengin nüklidlerin elde edilmesini mümkün kılacak hiçbir reaksiyon yok. Belki de uzak gelecekte fizikçiler, 48 Ca çekirdeğinden daha fazla sayıda nötron içeren yoğun radyoaktif iyon ışınlarını kullanabilecekler. Bu tür projeler artık geniş çapta tartışılıyor, ancak bu tür hızlanan devleri yaratmak için gereken maliyetlere henüz değinilmiyor.

Ancak bu soruna farklı bir açıdan yaklaşmayı deneyebilirsiniz.

En uzun ömürlü süper ağır çekirdeklerin yarılanma ömrünün 10 5 ÷ 10 6 yıl olduğunu varsayarsak (tahminlerini de belirli bir doğrulukla yapan teorinin tahminleriyle pek de çelişmez), o zaman şunun mümkün olması mümkündür: Evrenin diğer, daha genç gezegenlerindeki oluşum unsurlarının tanıkları olan kozmik ışınlarda tespit edilebilirler. "Uzun ömürlü"lerin yarı ömürlerinin on milyonlarca yıl veya daha fazla olabileceği yönünde daha güçlü bir varsayım yaparsak, o zaman bunlar Dünya'da mevcut olabilir ve elementlerin oluşumundan çok küçük miktarlarda hayatta kalabilirler. Güneş sisteminden günümüze.
Olası adaylar arasında çekirdeği yaklaşık 180 nötron içeren 108 (Hs) elementinin izotoplarını tercih ediyoruz. Kısa ömürlü izotop 269 Hs (T 1/2 ~ 9 s) ile yapılan kimyasal deneyler, Periyodik Kanuna göre beklendiği gibi element 108'in 76. element olan osmiyumun (Os) kimyasal bir homologu olduğunu gösterdi.

Şekil 10
108 numaralı elementin bozunması sırasında çekirdeğin kendiliğinden bölünmesinden kaynaklanan bir nötron patlamasını kaydetmek için kurulum. (Modan, Fransa'daki yeraltı laboratuvarı)

O halde bir metalik osmiyum örneği çok küçük miktarlarda 108 element Eka(Os) içerebilir. Osmiyumda Eka(Os)'un varlığı, radyoaktif bozunması ile belirlenebilir. Belki de süper ağır uzun karaciğer, daha hafif ve daha kısa ömürlü bir yavrunun önceki alfa veya beta bozunmalarından (çekirdekteki nötronlardan birinin protona dönüştüğü bir tür radyoaktif dönüşüm) sonra kendiliğinden fisyon yaşayacaktır veya kendiliğinden fisyon meydana gelecektir. veya torun çekirdeği. Bu nedenle, ilk aşamada, bir osmiyum örneğinin kendiliğinden bölünmesine ilişkin nadir olayları kaydetmek için bir deney yapmak mümkündür. Böyle bir deney hazırlanıyor. Ölçümler bu yılın sonunda başlayacak ve 1-1,5 yıl kadar devam edecek. Süper ağır bir çekirdeğin bozunması, kendiliğinden fisyona eşlik eden nötron patlamasıyla tespit edilecektir. Tesisi kozmik ışınların oluşturduğu nötron arka planından korumak amacıyla, Alpler'in altında, Fransa'yı İtalya'ya bağlayan bir tünelin ortasında, 4000 metrelik su tabakasına karşılık gelen derinlikte yer alan bir yer altı laboratuvarında ölçümler gerçekleştirilecek. eş değer.
Bir yıllık ölçümler sırasında süper ağır bir çekirdeğin kendiliğinden bölünmesine ilişkin en az bir olay gözlemlenirse, bu, Os numunesindeki yaklaşık 5'lik element 108 konsantrasyonuna karşılık gelecektir. × Yarı ömrünün 10 9 yıl olduğu varsayılarak 10 -15 g/g. Bu kadar küçük bir değer, yer kabuğundaki uranyum konsantrasyonunun yalnızca 10-16 kısmıdır.
Deneyin son derece yüksek hassasiyetine rağmen, kalıntı, süper ağır nüklidleri tespit etme şansı düşüktür. Ancak herhangi bir bilimsel araştırmanın her zaman küçük bir şansı vardır... Bir etkinin olmaması, bir asırlık yarılanma ömrüne T 1/2 düzeyinde bir üst sınır verecektir. ≤ 3× 10 7 yıl. Çok etkileyici değil ama süper ağır elementlerin yeni kararlılık bölgesindeki çekirdeklerin özelliklerini anlamak için önemli.

New South Wales Üniversitesi'nden (Avustralya) ve Mainz Üniversitesi'nden (Almanya) bilim adamları, gökbilimciler tarafından bilinen en sıra dışı yıldızlardan birinin kararlılık adasından gelen kimyasal elementler içerdiğini öne sürdüler. Bunlar periyodik tablonun en sonunda yer alan elementlerdir; daha uzun ömürleriyle soldaki komşularından ayrılırlar. Çalışma arXiv.org elektronik önbaskı kütüphanesinde yayınlandı; sonuçları ve kararlı süper ağır kimyasal elementler açıklanıyor.

HD 101065 yıldızı, 1961 yılında Polonyalı-Avustralyalı gökbilimci Antonin Przybylski tarafından keşfedildi. Erboğa takımyıldızında, Dünya'dan yaklaşık 400 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. Büyük olasılıkla, HD 101065 Güneş'ten daha hafiftir ve bir ana dizi yıldızı, bir alt devdir. Przybylski yıldızının özel bir özelliği, atmosferdeki son derece düşük demir ve nikel içeriğidir. Yıldız aynı zamanda stronsiyum, sezyum, toryum, iterbiyum ve uranyum gibi ağır elementler açısından da zengindir.

Przybylski'nin yıldızı, atom numarası (çekirdekteki proton sayısı) 89'dan 103'e kadar olan kısa ömürlü radyoaktif elementlerin, aktinitlerin keşfedildiği tek yıldızdır: aktinyum, plütonyum, amerikanyum ve aynştaynyum. HD 101065, HD 25354'e benzer, ancak burada amerikan ve küriyumun varlığı şüphelidir.

Przybylski'nin yıldızındaki süper ağır elementlerin oluşum mekanizması hala tam olarak belli değil. HD 101065'in bir nötron yıldızıyla birlikte ikili bir sistem oluşturduğu varsayılmıştır - ikinciden birinciye düşen parçacıklar, ağır elementlerin füzyon reaksiyonlarını tetikler. Bu hipotez henüz doğrulanmadı, ancak HD 101065'ten yaklaşık bin astronomik birim uzaklıkta sönük bir uydunun bulunması mümkün.

Fotoğraf: N. Dautel / Globallookpress.com

HD 101065, spektrumunda nadir toprak metallerinin çizgilerinin zenginleştirildiği A spektral sınıfının tuhaf yıldızları olan Ap yıldızlarına en çok benzer. Güçlü bir manyetik alana sahiptirler; ağır elementler atmosferlerine derinliklerden girer. HD 101065, ışık eğrisindeki kısa vadeli değişikliklerle diğer Ap yıldızlarından farklıdır; bu, onu ayrı bir RoAp yıldızları grubuna (Hızla salınan Ap yıldızları) dahil etmeyi mümkün kıldı.

Bilim adamlarının HD 101065'i mevcut yıldız sınıflandırmasına sığdırma girişimlerinin bir gün başarı ile taçlandırılması muhtemeldir. Przybylski'nin yıldızı en sıra dışı yıldızlardan biri olarak kabul edilse de, bu durum onun bir takım olağandışı özelliklere sahip olduğundan şüphelenmek için sebep veriyor. Özellikle HD 101065'e yönelik son çalışmada Avustralyalı ve Alman araştırmacılar, kararlılık adasına ait kimyasal elementlerin Przybylski yıldızında doğduğunu varsaydılar.

Bilim insanları çekirdeğin ve uzantılarının kabuk modelinden yola çıktılar. Model, atom çekirdeğinin stabilitesini, atomun elektron kabuklarına benzer şekilde çekirdeği oluşturan kabukların enerji seviyelerinin doldurulmasıyla ilişkilendirir. Her nötron ve proton belirli bir kabukta (atomun merkezinden veya enerji düzeyinden uzakta) bulunur ve kendi kendine tutarlı belirli bir alanda birbirlerinden bağımsız olarak hareket eder.

Çekirdeğin enerji seviyeleri ne kadar dolu olursa izotopun o kadar kararlı olduğuna inanılmaktadır. Model atom çekirdeğinin, spinlerin ve manyetik momentlerin kararlılığını iyi açıklamaktadır ancak yalnızca uyarılmamış veya hafif ve orta büyüklükteki çekirdeklere uygulanabilir.

Kabuk modeline uygun olarak, tamamen dolu enerji kabuklarına sahip çekirdekler, yüksek stabilite ile karakterize edilir. Bu tür unsurlar “istikrar adası”nı oluşturur. Sihirli ve çift büyü sayılarına karşılık gelen 114 ve 126 seri numaralı izotoplarla başlar.

Sihirli sayıda nükleon (proton ve nötron) içeren çekirdekler en güçlü bağlanma enerjisine sahiptir. Nüklit tablosunda bunlar şu şekilde düzenlenir: yatay olarak soldan sağa doğru proton sayısı artan sırada gösterilir ve dikey olarak yukarıdan aşağıya nötron sayısı gösterilir. Çift sihirli çekirdekte, bazı sihirli sayılara eşit sayıda proton ve nötron bulunur.

Dubna'da elde edilen flerovyum izotoplarının (114. element) yarı ömrü 2,7 saniyeye kadardır. Teoriye göre, sihirli sayıda N = 184 nötron ve yaklaşık on milyon yıllık bir ömre sahip bir fleroviyum-298 izotopu bulunmalıdır. Böyle bir çekirdeğin sentezlenmesi henüz mümkün olmamıştır. Karşılaştırma için, çekirdekteki proton sayıları 113 ve 115'e eşit olan komşu elementlerin yarı ömrü sırasıyla 19,6 saniyeye (nihonyum-286 için) ve 0,156 saniyeye (moskoviyum-289 için) kadardır.

arXiv.org'daki yayının yazarları, HD 101065'in atmosferindeki aktinitlerin varlığının, burada stabilite adasından gelen kimyasal elementlerin de bulunduğunu gösterdiğine inanıyor. Bu durumda aktinititler, kararlı süper ağır elementlerin bozunmasının bir ürünüdür. Bilim insanları HD 101065'in spektrumlarında nobelyum, lavrensiyum, nihonyum ve flerovyum izleri aramayı ve kararlı izotoplar üretebilecek spesifik spektrumları tanımlamayı öneriyor.

Şu anda Rusya, ABD, Japonya ve Almanya'da periyodik tablonun yeni unsurları sentezleniyor. Transuranyum elementleri Dünya'nın doğal ortamında bulunamamıştır. HD 101065 yıldızı, nükleer fizikçilerin bir istikrar adasının varlığını öne süren teorilerini test etmek için yeni fırsatlar sunabilir.

Peter Armbruster, Gottfried Münzerberg

İnce kuantum mekaniksel etkiler, doğada bulunanlardan çok daha ağır olan çekirdekleri stabilize eder. Deneyciler, bu tür süper ağır elementlerin en iyi şekilde nasıl sentezleneceğine dair fikirlerini gözden geçirmek zorunda kaldı.

Sırasında Son 20 yılda dünyanın birçok ülkesinde süper ağır elementlerin elde edilmesi sorunu fizikçilerin dikkatini çekti. Darmstadt'taki Ağır İyon Araştırma Enstitüsü'nde (HIR), 107, 108 ve 109 numaralı elementlerin çekirdeklerini sentezleyerek bir miktar başarı elde ettik. Bu çekirdekler, daha önce var olanların sınırını işaret eden 106'ncı protonun "eşiğinin" ötesindedir. Ağır elementlerin elde edilmesi ve tanımlanması için yöntemler.

Nükleer kütlelerin deneysel ölçümleri ve teorik analiz, bu yeni elementlerin stabilitesinin, daha hafif çekirdeklerin stabilitesini belirleyen makroskobik özelliklerden ziyade, öncelikle proton ve nötron sistemlerinin mikro yapısı tarafından belirlendiğini göstermektedir. Ancak 114'e kadar unsurların ulaşılabilir göründüğü 60'ların sonlarında belirlenen hedeflere ulaşmayı hâlâ zorlaştıran sorunlarla karşılaştık. Bu zorlukların üstesinden gelerek nükleer yapı ve nükleer füzyon reaksiyonlarının dinamikleri konusundaki çalışmalarda ilerleme kaydettik.

Doğada bulunmayan elementlerin nükleer reaktörlerde üretildiği ilk günlerden bu yana nükleosentez çok yol kat etti. Fizikçiler hedef atomları bombalamak için giderek daha ağır hızlandırılmış iyonlar kullandılar. Bu gelişmedeki son adım, yeni oluşan çekirdeklerin uyarılmasının minimum düzeyde olması için parçacık kütlelerinin ve bombardıman enerjilerinin dikkatlice belirlenmesi gereken çekirdeklerin "soğuk füzyonu" yöntemiydi.

Çalışmamız sırasında, süper ağır elementlerin sentezi ile ilgili orijinal fikirlerin neredeyse tamamının revize edilmesi gerekiyordu: sentezlenebilen elementlerin çekirdekleri, 1966'da öne sürüldüğü gibi deforme olmuş, asferiktir. Füzyon için, kararlı, yaygın olanı kullandık. Doğada, daha önce varsayıldığı gibi yapay en ağır radyoaktif çekirdekler ve uygun şekilde seçilmiş ışıkla hızlandırılmış iyonlar yerine, küresel çekirdekler ve hızlandırılmış iyonların ortalama kütleleri vardır. Füzyon, mümkün olan en düşük bombardıman enerjisinde, daha önce füzyon sürecine katkıda bulunduğuna inanılan aşırı etkileşim enerjisi biçimindeki "kaba kuvvet" kullanılmadan, mümkün olduğunca "yumuşak" bir şekilde gerçekleşmelidir.

Sentez fikri uranyum ötesi elementler (atom numarası 92'den büyük olan) 30'lu yıllarda ortaya çıktı. 1934'te Enrico Fermi, beta bozunmasından (bir nötronun bir proton ve bir elektrona bozunması) sonra kurşun üretmek için talyumu yavaş nötronlarla bombaladı. Nötron yakalanması ve ardından gelen beta bozunması sonucunda atom numarası orijinalinden bir yüksek olan elementler oluştu.

1940 ile 1950'lerin ortaları arasında, nötron ışınlaması yoluyla 93, 94, 99 ve 100 numaralı elementler üretildi. Fermiyumun, 100 numaralı elementin, nötron yakalama ve beta yoluyla üretilebilecek bir dizi element arasında sonuncu olması tesadüf değildir. Fermi tarafından önerilen bozunma: izotoplarının hiçbiri beta bozunmasına uğramaz. Aynı dönemde alfa parçacıklarıyla ışınlama 95 ila 98 ve 101 numaralı elementleri üretti. Bu süreçte ağır çekirdek iki proton ve iki nötronu soğurur; bu durumda atom numarası aynı anda iki birim artar. Tüm ağır elementler gibi uranyum ötesi elementler de protonlardan daha fazla nötron içerir; örneğin plütonyum (element 94) toplam 239 kütleye karşılık 145 nötron içerir; en uzun ömürlü fermiyum izotopunun toplam kütlesi 257 olan 157 nötronu vardır.

100'ün üzerinde element elde etmenin doğal yolunun, en ağır elementlerin çekirdeklerinin, helyumdan daha fazla proton ve nötron içeren hafif elementlerin çekirdekleriyle füzyonu olduğu düşünülüyordu. Makroskobik ağırlık miktarlarında sentezlenebildikleri için 99'a kadar elementler mevcuttur. Nükleer füzyonu önleyen elektrostatik kuvvetlerin üstesinden gelmeye yetecek enerjiye sahip ağır iyonlar üretmek için Berkeley (ABD) ve Dubna'da (SSCB) hızlandırıcılar inşa edildi. 1958 ile 1974 arasında bu ağır iyon hızlandırıcılar 102'den 106'ya kadar elementlerin sentezlenmesini mümkün kıldı. Bu elementlerin keşfinin önceliği ve dolayısıyla onlara isim verme hakkı bugüne kadar tartışma konusu olmaya devam ediyor.

Berkeley ve Dubna'da başarıyla kullanılan yöntemlerin 100'den ağır elementlerin elde edilmesinde etkisiz olduğu ortaya çıktı. Süper ağır elementleri sentezlemenin neden bu kadar zor olduğunu ve neden bazılarının özellikle kararlı olabileceğini anlamak için çekirdeklerin bir bütün olarak nasıl bir arada tutulduğunu veya parçalandığını ve farklı kuvvetlerin nasıl dengelendiğini anlamak gerekir. stabilitelerini belirleyerek artan kütleyle birlikte değişir. Daha hafif çekirdekler için ihmal edilebilecek etkiler, tam kararsızlık ile süper ağır çekirdeklerin nispeten uzun ömürleri arasındaki farkı yaratır.

Tüm çekirdekler için özellikle önemli olan, hem protonları hem de nötronları çeken güçlü nükleer kuvvetler ile protonları iten elektrostatik kuvvetler arasındaki etkileşimdir. Çekirdekler ne kadar ağır olursa, o kadar fazla nötron içerirler ve bu da protonlar arasındaki itici kuvvetlerin etkisini bir dereceye kadar telafi eder. Bununla birlikte, nükleonlar arasındaki bağ kuvveti, periyodik tablonun dörtte birinden daha az bir mesafe olan demirde (26 proton ve 30 nötron) zirveye ulaşır ve sonra azalır.

Demirden daha ağır herhangi bir çekirdeğin bölünmesine enerji açığa çıkması eşlik etmelidir, ancak kurşundan daha küçük kütleli çekirdekleri bölmek için gereken enerji o kadar büyüktür ki, böyle bir reaksiyon ancak özel koşullar altında gerçekleştirilebilir. Kurşundan daha ağır olan çekirdekler, nükleonlarının çok küçük bir kısmını bile yayarak daha kararlı bir duruma geçebildikleri için kararsızdırlar. Doğal olarak oluşan toryum ve uranyum izotopları öncelikle alfa parçacıkları yayarak bozunur. Yalnızca uranyum ve daha ağır elementlerde uyarılmamış çekirdekler kendiliğinden fisyona uğrayabilir.

Temel olarak atom numarası (çekirdekteki proton sayısı) arttıkça atom çekirdeğinin kararsızlığı da artar: yarı ömürleri birkaç bin yıldan saniyenin milyonda birine düşer. Bununla birlikte, çekirdeğin yapısına ilişkin teoriden, bugüne kadar elde edilenlerden yalnızca biraz daha ağır olan elementlerin daha az değil, daha kararlı olacağı sonucu çıkmaktadır.

Belirli nötron ve proton kombinasyonlarına sahip çekirdekler özellikle yüksek bağlanma enerjilerine sahiptir; helyum-4, oksijen-16, kalsiyum-40, kalsiyum-48 ve kurşun-208, komşu elementlerle karşılaştırıldığında çok kararlıdır. Bu büyük değerler, elektronları çekirdeğin etrafında tutan kabukların nükleer eşdeğeri olan kabuk yapısından kaynaklanmaktadır. Tamamen dolu (kapalı) kabuklar oluşturan nükleonların konfigürasyonları özellikle kararlıdır. Kurşun için kabuk yapısı, çekirdeğin bağlanma enerjisini, yapıdan yoksun ve aynı sayıda nötron ve protona sahip olan varsayımsal bir nükleer damlacığa kıyasla 11 milyon elektron volt (MeV) kadar artırır. Bağlanma enerjileri 2 milyar eV'ye kadar olan çekirdeklerin çoğu için böyle bir artış nispeten önemsizdir. Ancak kararlılık sınırındaki en ağır elementler için "kabuk stabilizasyonu", anlık bozunma ile çekirdeklerin nispeten uzun süre var olması arasındaki farka yol açabilir.

Kapalı nötron ve proton kabuklarına sahip çekirdekler özellikle kararlıdır; Kurşundan sonra bu tür kabuklar 114 proton ve 184 nötronda ortaya çıkıyor. Kabuk teorisinin hafif çekirdekler için bağlanma enerjilerini öngörmedeki başarısı, 298'e yakın kütleye sahip çekirdeklerin, uranyum ve toryum gibi nispeten kararlı elementlerden oluşan bir bölge oluşturabilecek kadar yüksek düzeyde kararlı olabileceği umudunu doğurdu. Bu tür kabukla stabilize edilmiş süper ağır elementler, uranyum-toryum bölgesindeki elementlerin aksine, nükleer maddenin homojen damlaları kadar kararsız olmalıdır.

Fermi'nin önerdiği özelliklerin ekarenasyona karşılık geldiğini öne sürdüğü kabukla stabilize edilmiş süper ağır elementlerin ilki olan 107, bu tahminden 47 yıl sonra, 1981'de Darmstadt'ta tanımlandı.

Daha sonra 108 ve 109 numaralı elementleri elde ettik ve tanımladık. Bağlanma enerjilerinin ölçümleri, süper ağır elementler bölgesine zaten girdiğimizi gösteriyor. Şu anda daha ağır elementlerin üretimini engelleyen sınırlamaları araştırıyoruz.

Ağır elementlerin sentezi Füzyon reaksiyonlarında deneycinin, füzyonun meydana gelmediği bombardıman yöntemleri ile ürün çekirdeğini nispeten kararlı bir durumda bırakmak yerine fisyonuna yol açan yöntemler arasında "ince bir çizgide yürüyebilmesini" gerektirir. Yeni oluşan çekirdeğin ısınmasındaki azalma, ağır hedeflerin nispeten hafif iyonlarla bombardımanından, daha az kütleli hedeflerin nispeten daha ağır iyonlarla bombardımanına geçişin en önemli nedenidir (Yu. Ts. Oganesyan ve arkadaşları tarafından başlatılan bir geçiş). Dubna'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'ndeki işbirlikçileri).

Örneğin kurşun-208 veya bizmut-209, krom-54 veya demir-58 ile birleştiğinde, yeni çekirdeğin uyarılma enerjisi yaklaşık 20 MeV olur. Aynı zamanda, ağır aktinit hedeflerinin (kaliforniyum-249, berkelyum-249 veya küryum-248) karbon-12, nitrojen-15 veya oksijen-18 ile füzyonu, yaklaşık 45 MeV'lik bir uyarılma enerjisiyle sonuçlanır.

Hafif iyonlar ve izaktinit hedefleri kullanılarak oluşturulan çekirdek soğuyarak dört nötron yayar. Bunun tersine, kurşun veya bizmut ve daha ağır iyonlardan oluşan bir çekirdek soğuyarak yalnızca bir nötron yayar. Bir çekirdeğin bir nötron yayarak soğuması olasılığı, fisyon olasılığının yalnızca yüzde birkaçı olduğundan, süper ağır çekirdeklerin nihai verimi, nötron emisyon kademesinin her aşamasında önemli ölçüde azalır. Tek nötron gevşeme mekanizması yeni oluşan çekirdeğin korunması için çok daha uygundur.

Ne yazık ki soğuk füzyonun bir dezavantajı da vardır: Bu durumda iki çekirdek arasındaki elektrostatik itme kuvvetleri, bunların füzyonunu büyük ölçüde engeller. İki çekirdek bir araya geldiğinde, kinetik enerjilerinin bir kısmı, çarpışan çekirdeklerin ara sisteminin uyarılma enerjisine dönüştürülür ve bu nedenle füzyon bariyerini aşmak için kullanılamaz, bu da füzyon olasılığını azaltır. Daha ağır iyonların kullanıldığı soğuk füzyon durumunda, füzyon bariyerine yaklaşma ve geçme sürecinde daha fazla kinetik enerji dönüştürülür ve bu bariyerin aşılma olasılığı, hafif iyonlar ile en ağır hedefler arasındaki reaksiyonlara kıyasla azalır.

Bu kayıpları telafi etmek için başlangıç ​​enerjisi artırılırsa uyarılma enerjisi artacak ve oluşan çekirdek sayısı azalacaktır. Sonuç olarak soğuk füzyon yönteminin avantajlarını sadece 106. element göstermektedir.

Ağır elementlerin oluşumu için maksimum kesitlerin dar bir enerji aralığında (füzyon bariyerinin yaklaşık 5 MeB üzerinde) olduğunu gösterdik.

Sırasında Süper ağır çekirdekler üretme teorisi kendi içinde çok ilginç olabilir ama pratikte çok daha zor bir iştir. Teorik hesaplamalar, bir hızlandırıcı ve hedef tasarımının yanı sıra süper ağır bir çekirdeğin varlığını sentezlendiği anda tespit edebilecek bir dedektör sisteminin geliştirilmesiyle birleştirilmelidir. Süper ağır elementler elde etme fikri 60'ların sonlarında fizikçilerin ve kimyagerlerin hayal gücünü yakaladığında, Almanya'da hiç kimsenin nükleosentez yapma deneyimi yoktu. Bu alanda yeni başlayanlara pek çok kapı açıldı. Berkeley ve Dubna'daki daha önceki deneylerden çok şey öğrenilebilirdi, ancak bu çalışmaları kopyalayarak daha fazla ilerleme kaydedilemeyeceği açıktı. İhtiyaç duyulan şey, ağır iyon hızlandırıcıya, yeni elementleri izole etmek için hızlı ayırma yöntemlerine ve bunların tanımlanması için uygun tekniklere ihtiyaç vardı. Hangi spesifik reaksiyonların başarıya yol açması gerektiği sorusunun cevabı yoktu.

1969'da Alman hükümeti, Hessen eyalet hükümetiyle birlikte, Darmstadt'ta ağır iyon araştırmaları için yeni bir enstitünün (Ağır İyon Araştırma Derneği, GE) kurulmasını finanse etmeye karar verdi. Gaia'da deneylerin yapıldığı Evrensel Doğrusal Hızlandırıcı (UNILAC) 1975 yılında faaliyete geçti.

UNILAC, uranyum dahil olmak üzere tüm iyonları Coulomb bariyerini aşan enerjilere hızlandırabilir. En başından beri bu kurulumun mümkün olan en yoğun iyon ışınlarını üretmesi amaçlanmıştı. İyon enerjisinin sorunsuz bir şekilde değiştirilebilmesini ve oldukça iyi bir tekrarlanabilirlikle belirli bir seviyeye ayarlanabilmesini sağlamak için özel çaba gösterildi. Hızlandırıcı projesi ilk olarak K. Schmelzer ve onun Heidelberg'deki işbirlikçileri tarafından geliştirildi. Bu durumda, diğer bilimsel grupların halihazırda birikmiş deneyimleri dikkate alındı: iyon kaynakları, Dubna'da yüksek yüklü iyonlar üretmek için kullanılan kaynakların bir modifikasyonuydu ve yüksek frekanslı sistemde Berkeley'de geliştirilen Alvarez sistemi kullanıldı. doğrusal hızlandırıcının

UNILAC kurulduğunda birçok bilim insanı şu soruyla karşı karşıyaydı: Hızlandırıcıyı kullanmanın en iyi yolu nedir? Hangi reaksiyonlar ve hangi deneysel yöntemler kullanılmalıdır? UNILAC, var olduğu ilk dönemde çok çeşitli fikirleri test etmek için kullanıldı, ancak başarılı olan tek strateji, geri tepme çekirdeklerinin (füzyon ürünleri) taşınmasıyla birleştirilmiş soğuk füzyondu.

O zamandan beri 1941'de plütonyumun keşfinden sonra bu elementin yaklaşık 400 tonu sentezlendi, bu da 1030 atoma karşılık geliyor. Öte yandan 109 numaralı elementin yalnızca birkaç atomu elde edilip tanımlandı. Neden en ağır elementler bu kadar küçük miktarlarda elde ediliyor? Cevap, plütonyum üretmek için tonlarca nötronun birkaç santimetre veya daha kalın uranyum-238 bloklarını bombalaması ve UNILAC'ta yalnızca 100 mikrogram demir-58'in birkaç yüz nanometre kalınlığındaki kurşun-208 hedefini bombalamak için hızlandırılmasıdır. Ayrıca plütonyum-239'u üreten nötron yakalama reaksiyonunun kesiti, element 109'u üreten füzyon reaksiyonunun kesitinden yaklaşık 10 trilyon kat daha büyüktür.

Daha ağır elementlerin elde edilmesindeki zorluklar sorunun yalnızca bir kısmıdır. 109 gibi elementler bir kez sentezlendikten sonra o kadar hızlı bozunur ki, sentez bozunuma ayak uyduramaz. En ağır elementler o kadar kısa ömürlüdür ki, ışınlamanın sonunda oluşan tüm atomlar çoktan çürümüştür. Bu nedenle bu atomların üretim süreçlerinde tespit edilmesi ve tanımlanması gerekmektedir.

106'ya kadar elementlerin elde edilmesi ve kaydedilmesine yönelik yöntemler, esas olarak, elde edilen atomların reaksiyon bölgesinden dedektörlere taşınmasına yönelik mekanik araçlara dayanıyordu. Reaksiyon ürünlerinin oluşumu ve tespiti arasındaki taşıma süresi, bunların bir gaz akışındaki aktarım hızlarına, katı yüzeylerden yayılma sürelerine veya dönen hedeflerin hızına göre belirlendi. Ancak bu yöntemler 106'dan daha ağır elementleri tespit edecek kadar iyi değildi; hız ve tespit doğruluğu arasında kabul edilemez dengeler kurulmasına neden oluyordu; dolayısıyla daha hızlı yöntemlerin kullanılması, yeni izotopların güvenilir bir şekilde tanımlanmasını imkansız hale getiriyordu.

Ortaya çıkan çekirdekleri dedektörlere taşımak için, reaksiyon ürünlerinin ağır iyonlardan elde ettiği geri tepme hızının kullanımına dayanan bir teknik seçtik. Ağır bir iyon hedef atomla çarpışıp onunla kaynaştığında ortaya çıkan çekirdek, iyonun orijinal hareketi yönünde ışık hızının yaklaşık yüzde birkaçı kadar bir hızla hareket eder. Sonuç olarak yarı ömrü 100 ns'ye kadar olan çekirdekler tespit edilebilmektedir.

Geri tepme çekirdeklerinin taşınması tekniği çok kısa ömürlü çekirdeklerin tespit edilmesini ve tanımlanmasını mümkün kılsa da tespit tekniği daha karmaşık hale gelir. Füzyon reaksiyonunda oluşan tek tek çekirdekler reaksiyon bölgesini yüksek hızda terk etmekle kalmaz, aynı zamanda trilyonlarca ağır iyonun yanı sıra binlerce atom da hedefin dışına çıkar. Süper ağır çekirdekleri artık ışından ayırmak için, Giessen Üniversitesi İkinci Fizik Enstitüsü'nden uzmanlarla ortaklaşa geliştirilen, ağır iyonlu reaksiyon ürünleri için bir ayırıcı olan, SHIP (Ağır İyon Reaksiyon Ürünleri için Ayırıcı) özel bir hız filtresi oluşturduk. Çekirdeklerin çarpışma ve füzyonunun kinematiğine dayanarak, füzyon ürünlerinin geri tepme hızı önceden hesaplanabilir. Bu nedenle nispeten basit bir şekilde izole edilebilirler.

Hız filtresi, her biri hem elektrik hem de manyetik alanları içeren iki aşamadan oluşur. Bu iki alan yüklü parçacıkları zıt yönlerde saptırır; Sadece belirli bir hıza sahip bir çekirdek için alanların etkisi karşılıklı olarak dışlanır ve kurulumun orta düzleminde hareketine devam eder. Böyle bir tandem filtre, tespit bölgesine giren hızlandırılmış iyonların sayısını 100 milyar kat, devre dışı bırakılan hedef çekirdeklerin sayısını ise 1000 kat azaltır. SHIP spektrometresi, ışındaki neredeyse tüm istenmeyen parçacıkları ortadan kaldırarak 40.070'den fazla füzyon ürününün geçmesine izin verir. Spektrometrenin arkasında bulunan dedektörler, spektrometreden geçen parçacıkların bozunum zincirlerini kaydeder, bu da füzyon ürünlerinin kesin olarak tanımlanmasını mümkün kılar.

Tespit sisteminin ilk elemanı, parçacığın hızının üçüncü kez ölçülmesine olanak tanıyan bir uçuş süresi cihazıdır (ilk iki ölçüm, hız filtresi prensibinin doğasında vardır). Bu cihazdan geçtikten sonra parçacık, enerjisini ve darbenin konumunu kaydeden, konuma duyarlı silikon yüzey bariyer dedektörlerine implante edilir. Uçuş süresi ve enerjinin birleşimi parçacığın kütlesinin yaklaşık bir tahminini sağladığından, füzyon ürünleri saçılmış iyonlardan ve devre dışı bırakılmış hedef çekirdeklerden ayırt edilebilir.

Çekirdeği güvenilir bir şekilde tanımlamak için yine de onun bozunması ile radyoaktif yavru ürünlerinin bozunması arasında bir korelasyon kurmak gereklidir. Aynı çekirdeğin neden olduğu bozunma olayları aynı uzaysal koordinatlara sahip olmalıdır ve yavru çekirdeklerin türü, enerjisi ve yarı ömrü önceki ölçümlerden bilinmektedir.

Bu tür ilişkili bozunma olaylarını kurarak, her bir füzyon ürünü çekirdeğini benzersiz bir şekilde tanımlamak mümkündür. İlgili füzyon ürünüyle aynı konuma düşen rastgele bir çekirdek bozunabilir ve uzaysal olarak ilişkili bir sinyal üretebilir, ancak bozunma enerjisinin, yarı ömrünün ve bozunma modunun füzyon ürünü için beklenenler olması pek olası değildir. Bu tür çürüme zincirlerini dördüncü kuşağa kadar gözlemledik; böyle bir ilişkili olay dizisinin rastgele olma olasılığı 10 –15 ila 10 –18 arasındadır. İncelenen izotopun neden olduğu ilişkili olaylar günde bir kez gözlemlenirse, dört nesil bozunma olaylarını simüle eden olayların rastgele meydana gelmesi, Dünya'nın yaşından 100 kat daha uzun bir süre boyunca beklenebilir. Sonuç olarak, tek bir olay bile belirli bir süper ağır izotopun varlığını açıkça gösterebilir.

Arasında 1981 ve 1986 meslektaşlarımız P. Hessberger, Z. Hofmann, M. Leino, W. Reisdorf ve K.-H. Schmidt'e göre, 107-109 elementlerini sentezlemek ve tanımlamak için UNILAC, SHIP ve tespit sistemini kullandık. Bu deneylerde, 104-109 elementlerinin 14 izotopu (bunlardan beşi daha önce biliniyordu) ve ayrıca elementlerin iki izotopu daha sentezlendi. Kütle numaraları sırasıyla 261 ve 264 olan 107 ve 108.

1981 yılında bizmut 209'u krom-54 iyonlarıyla bombardıman ederek kütle numarası 262 olan element 107'nin izotopunu elde ettik. 107 numaralı elementin (hem proton hem de nötron sayısı tek sayıda olan) tek-tek izotopu için, nükleer enerji seviyeleri hakkında fikir veren beş alfa parçacığı enerjisi belirledik; bu izotopun bir izomerinin (uzun ömürlü uyarılmış durum) bulunduğunu da bildirebiliriz.

Element 109, 29 Ağustos 1982 saat 16:10'da demir-58 ile bizmut-209 arasındaki reaksiyonda tespit edilen tek bir bozunma zincirinin gözlemlenmesine dayanarak tanımlandı. 266 109 çekirdeği, 11,1 MeV enerjiye sahip bir alfa parçacığı yaymadan önce 5 ms boyunca mevcuttu; 107. elementin ortaya çıkan çekirdeği 22 ms sonra 105. elemente parçalandı; 105'inci element, çekirdeğinin kendiliğinden bölünmesiyle 104'üncü elemente ve ardından 12,9'a bozundu. Bu tek olaydan, sınırlı doğrulukla da olsa, bozunma enerjisini, yarı ömrünü ve reaksiyon kesitini belirlemek mümkün oldu. 100. elementin tanımlanmasından altı yıl sonra, 1988'in başlarında iki bozunma zinciri daha gözlemlendi. 1982'de kaydedilen olayın yorumunu doğruladılar.

1984 yılında Demir-58 ile kurşun-208 arasındaki reaksiyonda 265108 izotopunun üç bozunma zincirini belirledik. 107 ve 109 numaralı elementlerin tanımlanan iki izotopu tek-tektir ve fisyona uğrama olasılıkları oldukça düşüktür, ancak 108 numaralı elementin izotopu çift sayıda protona ve tek sayıda nötrona sahiptir. Tek-çift izotopların fisyona uğrama olasılığı çok daha yüksek olmasına rağmen, 265108 izotopu da alfa bozunumuna maruz kalır.

107-109 elementlerinin izotoplarının hiçbirinin kendiliğinden fisyona uğramaması ve 265104, 260106 ve 264108 çift-çift izotoplarının hepsinin kendiliğinden fisyona göre yaklaşık olarak aynı stabiliteye sahip olmaması özellikle ilginçtir.

Yaklaşık olarak sabit stabilite seviyesi, kabuk stabilize edici etkilerin, nükleer kütle arttıkça stabilitedeki genel bir düşüşle nasıl rekabet ettiğini gösterir.

104. ve 105.'nin arkasında Elementlerin içinde, alfa parçacıkları yayarken daha hafif elementlerin bilinen izotoplarını oluşturmak üzere bozunan küçük bir çekirdek "adası" vardır. Bu tür alfa bozunumu olayları, bu süper ağır elementlerin bağlanma enerjisinin belirlenmesini mümkün kılar. Eğer yavru çekirdeğin bağlanma enerjisi biliniyorsa, her aşamada ana çekirdeğin bağlanma enerjisi alfa bozunma enerjisinden hesaplanabilir. Nihai ürünün bağlanma enerjisi biliniyorsa, o zaman bir alfa bozunma zinciri yoluyla zincirin başlangıç ​​çekirdeğinin bağlanma enerjilerine ulaşılabilir. 108. ve 100. elementlerin (her durumda bir olay) ve 106. elementin (birkaç olay üzerinden) bozunması kaydedildiğinden, 264 108 260 106 256 104 252 102 zincirini yeniden oluşturmak mümkündür. Bu çekirdeklerin bağlanma enerjileri sırasıyla 120, 106 ve 94 MeV'dir.

Bağlanma enerjisine yönelik kabuk düzeltmesi, alfa bozunması süreciyle bağlanan uranyum-232'den 264,108'e kadar tüm izotoplar için kademeli olarak artar; karşılık gelen değerler 1-2'den 6-7 MeV'ye yükselir. Aslında uranyumdan 108. elemente kadar tüm elementler eşit derecede yüksek fisyon bariyerlerine sahiptir - yaklaşık 6 MeV. Nükleer bir damlacık olarak hala kararlı olan uranyumun aksine, 100 ve 108 numaralı elementlerin kararlılığı tamamen çok parçacıklı fermiyon sistemlerinin kuantum mekaniksel yapısından kaynaklanmaktadır. Son teorik çalışmalar, ölçümlerimizle tutarlı olan fisyon engellerini öngörüyor.

Bir elementin fisyona göre ömrü esas olarak fisyon bariyerinin yüksekliği ve genişliğine göre belirlenir. Kabuk düzeltmeleri, 106 ve 108 numaralı elemanların ömrünü 15 kat artırır. Logaritmik ölçekte, gözlemlenen yaşam süreleri, içsel nükleer zaman (bağlanmamış bir nükleon sisteminin bozunması için yaklaşık 10-21 saniye) ile Evrenin yaşı (10-18 saniye) arasındaki aralığın ortasındadır. Yeni elementler yalnızca insan yaşamının süresiyle (2·10 9 s) karşılaştırıldığında kararsızdır. Bu ölçekte istikrarı yakalamak için yaşam sürelerinin 12 kat artması gerekiyor. Ancak nükleer fizik, insanın zaman ölçeğine dayalı değildir.

Tarafımızca keşfedildi Alfa radyoaktif izotopların "adası", kabuk etkilerinden dolayı stabilizasyonlarının doğrudan bir sonucudur. Böylece, 60'lı yılların sonunda tahmin edilen, 114 numaralı elementin yakınındaki küresel süper ağır çekirdeklerin stabilizasyonu, beklenenden çok daha erken başlıyor ve giderek artıyor. Kurşunun arkasındaki 83 ve 90 numaralı elementler arasındaki dar kararsızlık bölgesinde kabuk etkileri zayıflar. Ancak 92. ve 114. elementler arasındaki aralıkta kabuk düzeltmesinin değeri yavaş yavaş ve monoton bir şekilde artmaktadır.

Süper ağır çekirdeklerin "adası" yakınında bile fermiyon sistemlerinin kuantum mekanik yapısından dolayı stabilizasyon meydana gelirken, "anakarada" çekirdeklerin stabilizasyonu makroskobik sıvı damlacık özelliklerinden kaynaklanmaktadır. 107 109 elementlerinin çekirdekleri, "ada" ile "anakara" arasındaki "baraj" üzerinde bulunur, bu nedenle hem "adaya" hem de "anakaraya" yeni izotoplar atfedilebilir. Her durumda - süper ağır elementler gibi - yalnızca temel durumlarının kabuk stabilizasyonu nedeniyle gözlemlendiler.

Kabuk düzeltmelerine ve bağlanma enerjilerine kadar en son teorik tahminlerden, 106 ve 126 numaralı elementler arasında, 4 MeV'nin üzerinde fisyon bariyerlerine sahip yaklaşık 400 süper ağır çekirdekten oluşan bir bölgenin olması gerektiği sonucu çıkmaktadır. Bu izotopların hepsinin yarılanma ömrü 1 μs'den büyük olmalıdır; Sentezlenebilirlerse mevcut yöntemler kullanılarak tespit edilebilirler. Özellikle kararlı bölgelerin 273109 ve 291115 izotoplarına yakın olduğu varsayılmaktadır. Nötron sayısı yaklaşık 166 olduğunda temel durumun deformasyonu değişir. Daha az nötron içeren izotoplar deforme olurken, daha ağır izotoplar küreseldir.

Sırasında Son 20 yılda, beklenen kararlılık merkezinin (298.114 çekirdeğin) yakınındaki izotopları elde etmeye yönelik tüm girişimler başarısız oldu. Bu süper ağır izotopları ne füzyon reaksiyonlarında ne de ağır iyonları içeren diğer reaksiyonlarda tespit etmek mümkün değildi. Bununla birlikte, kararlı nükleer damlacıklara ek olarak kabukla stabilize edilmiş nükleon sistemlerinin var olma olasılığı hakkındaki temel fikir, yukarıda açıklanan deneylerle doğrulanmıştır. Teorik olarak, daha ağır elementlere yönelik tahminlere inanmak için hala her türlü neden var.

Şimdi ilginç bir soru ortaya çıkıyor: Bu "kırılgan" nesnelerin yaratılmasını sonuçta engelleyen şey nedir? Füzyon reaksiyonları üzerine yaptığımız yoğun çalışmalardan bazı önemli açıklamalar elde edilmiştir. Temel durumda küresel olan kabukla stabilize edilmiş bir çekirdek, 15 MeV kadar düşük bir uyarılma enerjisinde bile yok edilebilir; bu, K.-H. tarafından deneysel olarak gösterilmiştir. Schmidt tarafından 1979 yılında keşfedilmişken, deforme olmuş çekirdekler 40 MeV'a kadar uyarılma enerjilerinde korunabilmektedir. Kalsiyum-48 ve küryum-248 arasındaki reaksiyonda bile (mevcut en iyi reaksiyon), uyarılma enerjisi yaklaşık 30 MeV'dir. Süper ağır elementlerin yalnızca deforme olmuş çekirdeklerle elde edilmesinin mümkün olduğu anlaşılmaktadır. Ancak şimdiye kadar bu tür girişimler yalnızca atom numarası 110'un altında olan elementler için başarılı oldu.

Daha önce belirtildiği gibi, süper ağır bir çekirdeğin oluşumuna yol açan iki çekirdeğin füzyonu, füzyon bariyerinin aşılması ihtiyacı nedeniyle en başından beri karmaşıktır. Belirli bir ürün çekirdeği için, en ağır hedefler mümkün olan en hafif iyonlar tarafından bombalandığında bu bariyer minimum düzeydedir. Bu avantaja rağmen, bu en asimetrik kombinasyon, ürün çekirdeğinin ısınmasını maksimuma çıkarma dezavantajına sahiptir, bu da uyarılma işlemi sırasında büyük fisyon kayıplarına yol açar. Kombinasyon ne kadar az asimetrik olursa, soğutma aşamasındaki kayıplar da o kadar düşük olur. Son aşamada düşük kayıplar ile başlangıç ​​aşamasında yüksek oluşum olasılığı arasındaki en iyi uzlaşma, hedef çekirdeklerin öncüye yakın olduğu daha simetrik kombinasyonlardır.

Kurşun ve bizmutun hedef olarak kullanılması, bu çekirdeklerdeki kabuk etkisinin çifte faydasını sağlar: bu çekirdeklerdeki çift kapalı kabuklarıyla güçlü eşleşme, ürün çekirdeğine aktarılan enerjide 10 MeV'den fazla bir azalmayla sonuçlanır ve fisyondan kaynaklanan kayıplarda buna karşılık gelen azalma. Ek olarak, reaksiyonun küresel, oldukça bağlı ve nispeten sert çekirdekler kullanması halinde füzyon bariyerinin aşılma olasılığı artar. Burada yine kurşunun güçlü kabuk etkileri ortaya çıkıyor, ancak bu kez sürecin dinamiğinde.

Artık daha ağır elementleri elde etmenin neden bu kadar zor olacağını anlamaya başlıyoruz. Yalnızca kapalı kabuklara sahip füzyon reaksiyon ortakları için kabuk düzeltmelerinin kombinasyonu, dinamiklerdeki kabuk etkileri ve uyarılmış deforme olmuş süper ağır çekirdeklerin artan stabilitesi, en hafif süper ağır elementlerin birkaç izotopunu sentezlememize izin verdi. Kabuk stabilize çekirdeklerin varlığına ilişkin orijinal soruyu, reaksiyonun tüm aşamalarında kabuk düzeltmelerinin etkisine kadar genişletmek zorunda kaldık. Bu karmaşık ve kırılgan nesneleri oluştururken, gereksiz düzensizlikten kaçınarak birleştirme sürecine önceden var olan bir düzen kazandırmak özellikle önemlidir.

Aşağıdaki süper ağır elementler nasıl elde edilir? 110 ve 111 numaralı elementler için nikel-62 ile kurşun-208 veya bizmut-209 arasındaki reaksiyonlarda geliştirdiğimiz yöntemlerin uygulanması mümkün olacaktır. Bu elementler bir kez oluştuğunda, onları tespit etmek, temelde yeni bir bilgiden çok, zenginleştirilmiş bir izotopun ihtiyaçlarının karşılanmasını ve ekipmanımızı nasıl çalıştıracağımızı ve birkaç ay boyunca deneyler yapmayı öğrenme sabrını gerektirecektir.