Аркадий Курамшин – Таблица Менделеева. Элементы уже близко (страница 59)

Итак, на самом деле элемент №108 был получен в 1984 году группой Петера Амбрустера и Готтфрида Мюнценберга. Для этого исследователи бомбардировали мишень из свинца ²⁰⁸Pb пучком ионов железа ⁵⁸Fe на универсальном линейном ускорителе UNILAC. В результате эксперимента было синтезировано три ядра ²⁶⁵Hs, образование которых было надёжно подтверждено по параметрам цепочки α-распадов (Zeitschrift für Physik A Atoms and Nuclei. 1984, 317, 2, Р. 235–236). В то же время и независимо эта же реакция слияния исследовалась и в дубнинском ОИЯИ, однако нашим учёным, увы, не удалось зарегистрировать распад самого ядра элемента № 108, хотя дочерние ядра, продукты его распада наши физики тоже наблюдали. Открытие немецких физиков показало, что к трём площадкам для синтеза сверхтяжелых ядер (ОИЯИ, Национальная лаборатория имени Лоуренса и Нобелевского института в Стокгольме) добавилась четвёртая.

До 1998 года элемент №108 назывался унилоктием (сто восьмым). Амбрустер и Мюнценберг предложили назвать его оттоганий (Oh) в честь Отто Гана, в 1994 году ИЮПАК рекомендовал назвать его «ганием» (чтобы, как с нильсборием, включить в название только фамилию человека, а не его имя), но в 1997 году элементу было дано окончательное название – хассий в честь федеральной немецкой земли Гессен (княжество Гессен, столицей которого был Дармштадт, на латыни называлось Hassia).

Химические свойства хассия удалось изучить только спустя восемнадцать лет после его открытия – в 2002 году. Для этого хассий получали, бомбардируя кюрий ²⁴⁸Cm ядрами магния ²⁶Mg – так было получено семь атомов хассия (смесь изотопов ²⁶⁹Hs и ²⁷⁰Hs, время жизни которых составляло 10 и 4 секунды соответственно). Изучение химических свойств этих семи атомов (если так можно выражаться) показало, что они быстро взаимодействуют с кислородом, образуя тетроксид хассия HsO₄ (Nature, 2002, 418, Р. 859–862). Эти результаты (пусть и недостаточные для большой статистики) всё же позволяют говорить, что элемент ведёт себя подобно осмию, в одной группе с которым он находится, – очередной атом, подчиняющийся Периодическому закону.

109. Мейтнерий

Элемент № 109 – единственный химический элемент Периодической системы, названный исключительно в честь женщины-учёного – физика Лизы Мейтнер (название «кюрий» увековечивает не только Марию Кюри, но и её мужа Пьера).

Лиза Мейтнер родилась в Вене в еврейской семье; её отец Филипп Мейтнер был известным шахматистом. Родители были против её поступления в университет, однако Мейтнер настояла на своём и 1901 году поступила в Венский университет, где начала изучать физику под руководством Людвига Больцмана и Франца Экснера. В 1905 году она первой среди женщин в университете получила степень в области физики. После этого Мейтнер отправилась в Институт кайзера Вильгельма в Берлин, где начала заниматься радиохимией. В берлинском университете она познакомилась с химиком Отто Ганом, с которым в дальнейшем долго и продуктивно сотрудничала. В 1930-х годах Мейтнер и Ган совместно изучали процессы, протекающие при бомбардировке урана нейтронами, но до завершения работ Мейтнер из-за своего еврейского происхождения (хотя она и крестилась в 1908 году, обратившись в лютеранство) в 1938 году вынуждена была бежать из нацистской Германии. Осев в Стокгольме, она продолжила переписку с Ганом. Оба исследователя пытались интерпретировать образование бария, протекающее при облучении урана нейтронами. В декабре 1938 года Мейтнер, беседуя со своим племянником Отто Фришем, тоже физиком, поняла, что нейтроны заставляли ядро урана делиться, образуя ядро бария. Мейтнер и Фриш предположили, что вторым продуктом распада урана должен быть криптон, и Фриш, вернувшись в Копенгаген, где он работал, подтвердил предсказание.

Вторую мировую войну Мейтнер провела в Швеции, отказавшись эмигрировать в США и работать в Манхэттенском проекте, заявив: «Я не буду делать бомбу!» По её словам, эти годы были самые несчастливые для неё – в Швеции мало кто интересовался ядерной физикой, по ряду причин начался конфликт между Мейтнер и президентом международного союза чистой и прикладной физики (ИЮПАП), нобелевским лауреатом Карлом Манне Георгом Сигбаном, в институте которого она работала. Мейтнер очень сильно переживала по поводу того, что разработанная ею теория деления атомных ядер превратилась в атомные бомбы, уничтожившие Хиросиму и Нагасаки. Не меньшим шоком для неё было то, что Нобелевской премией по химии 1944 года за теорию деления атомных ядер был награжден только её соавтор и коллега Отто Ган (хотя Гану присудили премию в 1944 году, официальное объявление об этом было сделано в 1945 году, а саму премию он получил только в 1946 году). Скорее всего, невзлюбивший Мейтнер Карл Манн Георг Сигбан постарался убедить Нобелевский комитет, чтобы он «забыл» про Мейтнер. Сам Отто Ган, с одной стороны, признал вклад Лизы Мейтнер в создание теории деления ядер, передав ей половину суммы от Нобелевской премии, но это признание носило частный характер – в лекциях или СМИ Ган так и не упомянул о роли Мейтнер, что не могло не ранить её. Конечно, в 1946 году Мейтнер получила американскую награду «Женщина года», в 1949 году – медаль Макса Планка, а в 1966 году – премию Энрико Ферми (совместно с Отто Ганом и Фридрихом Штрассманом). В 1960 году Мейтнер переехала в Кембридж, ближе к племяннику Отто Фришу, где умерла в 1968 году, а в 1997 году её вклад в науку был увековечен в названии элемента №109 – мейтнерий.

Первый атом мейтнерия – ²⁶⁶Mt – был впервые получен в 1982 году в группе Петера Амбрустера и Готтфрида Мюнценберга в результате процесса слияния висмута ²⁰⁹Bi с железом ⁵⁸Fe. Мейтнерий – первый элемент в Периодической системе, химические свойства которого не изучены экспериментально – пока еще не удалось получить достаточно устойчивых изотопов, чтобы провести такое исследование. Теоретические предсказания позволяют полагать, что нуклид ²⁷¹Mt (он будет содержать «магическое число» нейтронов – 162), который можно получить слиянием урана с хлором или берклия с магнием, будет жить достаточно долго, чтобы изучить химические свойства мейтнерия, однако, несмотря на то что эксперименты по синтезу такого нуклида проводятся, он пока ещё не получен. Что же касается теоретических предсказаний свойств элемента №109 в соответствии с Периодическим законом (и квантово-химическими расчётами), ожидается, что мейтнерий должен быть благородным металлом, проявляющим степени окисления +6, +3 и +1, причём в водном растворе наиболее стабильными будут ионы, содержащие мейтнерий в степени окисления +3.

110. Дармштадтий

От рождения до разрушения первого синтезированного нуклида дармштадтия – ²⁶⁹Ds – прошло 270 микросекунд. Такая кратковечность, естественно, стала причиной споров о том, кто же на самом деле получил этот элемент первым. В 1987-м заявку на его открытие подавал Объединённый институт ядерных исследований в Дубне, в 1991 году – Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли, но в обеих заявках было недостаточно твёрдой аргументации. В итоге дармштадтий стал четвёртым элементом, полученным в дармштадтском Центре по изучению тяжёлых ионов им. Гельмгольца (GSI). До этого там были получены и выделены борий, хассий и мейтнерий.

Дармштадтий получил свое название в честь города Дармштадта, в котором расположен Центр по изучению тяжёлых ионов. В качестве варианта названия рассматривалось еще и такое, как «виксхаусий» – по северному муниципальному району Дармштадта Виксхаузену, в котором расположен Центр, но здравый смысл восторжествовал, и элемент был назван в честь всего города (представьте названия «воробьёвогорий» или «китайгородий» вместо «московия», о котором пойдёт речь далее).

В ноябре 1994 года в GSI международная исследовательская группа, руководителями которой были Сигурд Хофманн, Петер Амбрустер и Готтфрид Мюнценберг, бомбардировала мишень из свинца ²⁰⁸Pb ионами никеля ⁶²Ni. Несмотря на то что в свинцовую мишень попадало несколько триллионов ионов никеля ежесекундно, образовалось только три атома дармштадтия ²⁶⁹Ds, который распадался, последовательно образуя ядра хассия, сиборгия и резерфордия. Для того чтобы получить такие элементы, как дармштадтий, необходимо разгонять частиц, бомбардирующие мишень (в данном случае – ионы никеля) до скорости, составляющей около 10% скорости света, придавая им достаточно энергии для преодоления электростатического отталкивания ядер, позволяющих им осуществить слияние.

Для разгона ионов никеля до нужной скорости исследователи из Дармштадта ускоряли их на «универсальном линейном ускорителе» UNILAC – 120-метровой камере, снабжённой электромагнитами, придававшими частицам всё большую и большую скорость. Большая часть столкновений не привела к желаемому результату, но несколько случайных слияний (обычно сопровождаемых утратой нейтронов) произошли, и получились ядра дармштадтия, который самопроизвольно распадался с испусканием α-частиц (ядер атома гелия) с образованием более стабильных продуктов.

Поскольку через ускоритель ежесекундно проносятся триллионы частиц, сложности возникают не только в слиянии атомных ядер, но и в отделении продуктов слияния от общего потока частиц. Для этого применяется технология, известная как «сепаратор тяжёлых ионов – продуктов реакции» (Separator for Heavy Ion reactor Products, SHIP). Устройство SHIP работает как фильтр, в котором электрические и магнитные поля позволяют отделять продукты со строго определённым зарядом ядра (для получения дармштадтия это был заряд 110), в то время как «ненужные» атомы и ионы меняют направление движения так, что пролетают мимо детектора.