Ученые-ядерщики синтезировали пять новых изотопов тяжелых химических элементов - «Наука и технологии»

Международная группа ученых-ядерщиков, в состав которой входили ученые из Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса, США, Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), Россия, и других научных учреждений из Германии и Японии, успешно синтезировали и зафиксировали факт существования пяти новых экзотических изотопов тяжелых элементов - берклия (Bk), нептуния (Np), урана (U) и америция (Am). Следует отметить, что костяк вышеупомянутой научной группы составляют американские и российские ученые, которые в течение нескольких последних десятилетий совершили открытие нескольких новых тяжелых элементов с номерами 113, 114 (Flerovium), 115, 116 (Livermorium), 117 и 118. И вновь открытые изотопы, как и эти тяжелые элементы, закроют пустовавшие до этого момента места в Периодической системе химических элементов, известной под названием таблицы Менделеева.

Известно, что большинство их химических элементов представлены в виде нескольких изотопов, отличающихся друг от друга количеством нейтронов в ядрах атомов, и, следовательно, массой. Недавно обнаруженные изотопы имеют в своих ядрах меньшее количество нейтронов, и они легче, нежели все известные изотопы этих же элементов. В настоящее время в Периодическую систему включено порядка трех тысяч изотопов 114 химических элементов. Но в теории, должно существовать еще более 4 тысяч изотопов, которые пока еще не были открыты учеными. Из-за малого количества нейтронов ядра этих изотопов обладают весьма экзотическими свойствами и изучение этих свойств может оказать огромное влияние на теоретические модели, описывающие строение ядер атомов.

"Полученные нами результаты являются краем наших знаний о структуре ядер атомов, о структуре нуклидов, обладающих дефицитом нейтронов в их составе" - рассказывает Дон Шонесси (Dawn Shaughnessy), ученые из лаборатории Лоуренса, - "У естественного ядра урана насчитывается 146 нейтронов, а в ядре полученного нами изотопа - всего 124 нейтрона. И это показывает нам, что мы пока знаем очень мало о структуре ядер атомов и о силах, которые их скрепляют".

Для того, чтобы получить новые экзотические изотопы ученые использовали фольгу, толщиной 300 нанометров, изготовленную из кюрия (curium, Cm). Во время экспериментов эта фольга облучалась лучом из ускоренных до высокой скорости ядер атомов кальция. В результате столкновений под воздействием выделяющейся при этом энергии ядра атомов двух элементов соединялись и формировали изотопы, которые существовали очень короткое время. Процесс рекомбинации ядер, обмена протонами и нейтронами, происходил очень быстро, в течение зептосекунд (10^-27 секунды), и в результате этих рекомбинаций получалось множество изотопов различных элементов.

Получившиеся изотопы, в том числе и пять новых, крайне нестабильны и они распадались спустя короткие промежутки времени от нескольких миллисекунд до секунды времени. Результаты этих распадов были зарегистрированы высокочувствительными датчиками, а собранные данные, пропущенные через специализированные математические фильтры, были подвергнуты сложной обработке и анализу. Кроме этого для фильтрации на физическом уровне, позволяющей выделить лишь процессы распада определенного изотопа определенного элемента, использовались фильтры, составленные из электрических и магнитных полей определенной конфигурации. И только такой комплексный подход к фильтрации позволил ученым выделить процессы распада новых изотопов.

И в заключение следует отметить, что в данных экспериментах использовался ускоритель Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) немецкого Центра исследований тяжелых ионов (GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research). Этот же самый ускоритель использовался в свое время и для обнаружения новых тяжелых элементов с номерами 107 - 112.