113 элемент таблицы менделеева название.
28 ноября Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry - IUPAC) утвердил имена и символы для четырех элементов, открытых в XXI веке. Имен удостоились элементы с порядковыми номерами 113, 115, 117 и 118. Сразу два из названий имеют непосредственное отношение к России. Теперь седьмой период таблицы окончательно заполнен именами.
Седьмой период таблицы Менделеева полностью заполнен, на очереди синтез первых двух элементов восьмого периода - 119-го и 120-го
Согласно правилам IUPAC, с которыми согласились все химики мира, предлагать названия для новых элементов могут только их первооткрыватели. Поэтому название элемента 113 предложили сотрудники японского Института физико-химических исследований RIKEN, в состав которого входит главный японский ускоритель частиц. А названия остальных трех элементов предложили первооткрыватели из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Россия) и трех американских исследовательских центров: Окриджской национальной лаборатории (Oak Ridge National Laboratory), Университета Вандербильта (Vanderbilt University) и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory).
Варианты названий обсуждались почти полгода. Многие предложения сопровождались петициями и выступлениями больших научных групп. Например, тот же 113-й элемент в России синтезировали на год раньше, чем в Японии. Однако полученные российским методом атомы 113-го элемента оказалось сложнее идентифицировать, потому что они распадались "как попало". А созданные японцами атомы, обладая меньшей энергией, распадались по небольшому числу механизмов, и продукты распада оказалось легче идентифицировать. Приоритет IUPAC был отдан японцам. Так что большая часть предложений осталась без внимания именно потому, что они высказывались не авторами открытия. В итоге бюро IUPAC присвоило следующие названия и символы:
Nihonium и символ Nh, для элемента 113,
Moscovium и символ Mc, для элемента 115,
Tennessine и символ Ts, для элемента 117,
Oganesson и символ Og, для элемента 118.
Названия элементам даются тоже по определенным правилам. Прежде всего, они отражают роль отдельного ученого или места, в котором расположена научная организация, открывшая элемент. Поэтому элемент 113 получил имя Nihonium. Nihon - английская транскрипция японского слова, означающего "Страна восходящего солнца" - так свою страну называют японцы.
Элемент 115 получил имя Moscovium в честь заслуг ученых Москвы и Московской области, где расположен Объединенный институт ядерных исследований. Именно на ускорителе ОИЯИ синтезировались многие сверхтяжелые элементы, в том числе и 115-й, и 117-й, и 118-й.
Огромную роль в постановке экспериментов по синтезу сверхтяжелых элементов, в поиске островка стабильности и в организации работы сыграл научный руководитель лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова ОИЯИ академик Юрий Оганесян. Все участники эксперимента по синтезу трансактиноидных элементов согласились с тем, что без этого человека и ученого эксперимент поставить бы не удалось. Поэтому элемент 118 и назван Oganesson. Президент IUPAC член-корреспондент РАН, профессор Наталья Тарасова подчеркнула: "Названия новых элементов отражают реалии нашего времени. Универсальность науки подчеркивают места на трех континентах, где были открыты новые элементы учеными из Японии, России и Соединенных Штатов Америки. А ключевая роль человеческого капитала в развитии науки отражена в имени элемента, названного в честь выдающегося ученого Юрия Оганесяна".
Как рассказал сам академик Оганесян, методика получения трансактиноидных элементов основана на реакции ядерного синтеза, в котором участвуют уран и трансурановые элементы, а также редкий изотоп кальция - кальций-48 (содержание в чистом кальции - менее 0,2%). Изотоп выделяют из природного металла специалисты комбината "Электрохимприбор". А мишени из урана, плутония, америция, кюрия, калифорния готовят в Димитровградском НИИ Атомных реакторов, в Ливерморской национальной лаборатории, а также в Национальной лаборатории в Ок-Ридже в США. Ключевые эксперименты по бомбардировке тяжелых мишеней кальцием-48 проводились академиком Оганесяном в ОИЯИ, в лаборатории ядерных реакций имени Флерова. Ускоритель в Дубне работал по 6-7 тысяч часов в год, разгоняя ионы кальция-48 примерно до 0,1 скорости света. При такой скорости ядра кальция могут преодолеть силы кулоновского отталкивания и слиться с ядрами мишеней. Если мишень из урана, например, получается элемент 112. Если плутоний - 114. Берклий-249 - 117 и продукты его распада элементы 115 и 113. А если калифорний - 118.
Согласно периодической системе Менделеева, синтезированные элементы как представители своих групп просто обязаны обладать определенным набором химических свойств. Но проверить эти свойства можно, если только элемент обладает достаточным временем жизни. Например, нихоний относится к группе бора, московий - к группе азота, теннессин - к галогенам, а предсказанный в 1922 году Нильсом Бором оганессон - вообще благородный, хоть и не газ. Согласно расчетам, при нормальных условиях это должно быть твердое вещество. К тому же химически активное, так как связь внешнего уровня электронной оболочки с ядром очень мала.
Седьмой период таблицы Менделеева полностью заполнен, однако исследование новых элементов продолжается. Как сообщил на XX Менделеевском съезде в Екатеринбурге директор лаборатории ядерных реакций имени Флерова ОИЯИ Сергей Дмитриев, сейчас идет подготовка к синтезу первых двух элементов восьмого периода - 119-го и 120-го. Сам эксперимент по синтезу начнется примерно в 2019 году.
Новость о внесении в таблицу Менделеева сразу четырех новых сверхтяжелых элементов вызвала живой интерес людей даже весьма далеких от науки. Но это итог некоего пути от собственно открытия элементов до их официального признания. На основе отчетов научных групп, которым удалось синтезировать элементы с номерами 113, 115, 117 и 118, совместная комиссия международных союзов по физике (ИЮПАП) и по химии (ИЮПАК) присудила приоритеты в открытии.
Согласно пресс-релизу от 30 декабря 2015 года ИЮПАК признал приоритет в открытии элементов: 113 - за японской группой ученых, 115, 117, 118 - за дубненской.
8 июня 2016 года ИЮПАК сообщил, что принял названия, предложенные авторами открытий. После чего в течение пяти месяцев шло обсуждение этих названий в научных сообществах всех стран мира. И 28 ноября 2016 года ИЮПАК принял решение внести в Периодическую таблицу элементы:
Нихоний (Nh) - 113,
Московий (Mc) - 115,
Теннессин (Ts) - 117,
Оганесон (Og) - 118.
Научный руководитель Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, руководитель работ по синтезу сверхтяжелых элементов в Дубне, академик РАН Юрий Цолакович Оганесян, в честь которого получил название 118-й элемент, в начале нынешнего года рассказывал журналистам о том, как идет научный поиск в этом направлении, как новые элементы получают свои названия и т. д.
- Как реагировало научное сообщество на сообщение о признании приоритетов в открытии элементов с номерами 113, 115, 117 и 118?
Большие дискуссии идут, причем на высоком уровне - все вдруг оживились. Хотели найти границы: насколько может быть большой Периодическая таблица элементов? Наш эксперимент показал: она может быть очень и очень большой. Все ожидали, что этих элементов не будет, а теперь, когда оказалось, что они есть, - граница отодвинулась. Вопрос: сколько вообще может быть элементов - остается открытым. С одной стороны, это говорит о том, что надо дальше работать по этой теме. С другой стороны, это оправдывает то, что мы «фабрику» делаем - для того, чтобы идти дальше.
- Есть ли сегодня представление о том, каким путем продвигаться дальше?
На четыре новых элемента нами было потрачено 15 лет. Мы первые результаты получили в 2000 году, и за прошедшие 15 лет что-то увидели, что-то поняли. Мы не знали, есть ли вообще там какие-то элементы. Теперь наши знания пополнились. С другой стороны - (идет ) научно-технический прогресс. И если бы мы сегодня ставили такой эксперимент: с учетом того, что теперь знаем, и с техникой, которая есть сейчас, - мы могли бы в сто раз быстрее это сделать. Вот потому создается «фабрика»: она воплощает в себе все знания, которые получены здесь (в Лаборатории ядерных реакций ), и весь научно-технический прогресс, который был за 15 лет.
Тут вопрос в том, как идти дальше. Надо остановиться в какой-то момент и сказать себе: теперь надо идти по-другому. Академик Л. А. Арцимович, у которого я учился, говорил: если вы хотите какую-то установку усовершенствовать, вы можете каждый из ее узлов улучшить - здесь на 10 %, там на 20 %, где-то на 30% - и получить улучшение результата в 2-3 раза. Но если вы хотите в 10 раз лучше, надо старую установку выбросить и делать новую.
То же самое и здесь (с фабрикой сверхтяжелых элементов ): если хотим получить (чувствительность эксперимента ) в 100 раз больше, то нужно остановиться и сделать что-то новое - тогда получишь нужный фактор и увидишь то, чего сейчас не видишь. Это, кстати, естественное человеческое отношение к любой вещи: если вы хотите сделать серьезный скачок, надо остановиться и делать дальше по-другому.
- Помогает ли в дальнейшей работе признание новых элементов?
Нет. Это не только мое мнение, но и всех, кто занимается этим делом. Например, когда вы готовите обед - ждете, что скажут гости, или сами чувствуете, что вкусно получилось? Если ты занимаешься делом каждый день, виден тот момент, когда действительно получается. Может быть, остальные не очень верят, но ты-то это видишь: один, второй раз (новый элемент образуется ), потом еще и еще раз получается - вот это первая вещь, которая вселяет уверенность.
Вторая вещь, когда в другой лаборатории другие люди на другой установке повторяют тот же эксперимент «один к одному» - тогда и они верят. Еще признания нет, но уже всё понятно, и на конференциях по-другому звучит. А когда уже официально признали и вписали (новый элемент ) в Таблицу, надо понимать, что это (его существование ) не сейчас стало ясно, а гораздо раньше.
Например, по 117-му элементу, который наиболее сложно нам было получить, второй эксперимент закончили в 2010 году. За 5 лет, прошедшие с тех пор, в Америке в Беркли его повторили, в Германии в Дармштадте - всё то же самое. Хочу сказать, что это довольно-таки тяжелая работа: малое количество событий (когда синтезируется новый элемент ), контроль эксперимента надо делать и т. д. А когда всё подтверждается и признается приоритет - это завершающий этап.
- Как получилось, что несколько сверхтяжелых элементов даже не пытались синтезировать в Лаборатории ядерных реакций?
В 1974 году мы здесь, в Дубне, предложили и продемонстрировали новый метод синтеза элементов. А тогда строился ускоритель в Дармштадте, коллеги из Германии посмотрели и «ухватились» за него - было такое время, когда ездили каждую неделю к нам сюда. Они построили гигантский ускоритель, сделали замечательный сепаратор и применили наш принцип, чтобы синтезировать новые элементы в Дармштадте. Более 20 лет она работали и этим способом первыми получили элементы 107, 108, 109, 110, 111 и 112. Впрочем, 112-й и мы тоже получили.
Меня часто спрашивают: почему вы сами этим методом не занимались? Во-первых, у нас жизнь тогда была непростая - 90-е годы. Во-вторых, не важно, главное, что они нашим методом это сделали. В-третьих, что самое главное: было ясно, что этот метод более тяжелых элементов не даст - не хватает нейтронов, чтобы подойти к этой горе, к острову стабильности. Он ведет мимо «острова стабильности». Поэтому мы начали кальцием заниматься (облучением пучками изотопов кальция-48 мишеней из трансурановых элементов).
А немецкие коллеги дошли до 112-го, и это (возможности прежнего метода ) было исчерпано, тем не менее, японцы начали делать 113-й тем же методом. Они за 9 лет получили 3 события (синтеза 113-го элемента ) - я называю это «из кастрюли соскребать со дна». Это неинтересно, так как не имеет выхода дальше, а просто дает еще один элемент. Поэтому мы пошли в область нейтронно-избыточных (ядер ). Там получается гораздо больше. У нас был сначала 115-й элемент, затем (как результат его альфа-распада ) 113-й, и это примерно одно событие в день - в тысячу раз больше.
- Поэтому присуждение Японии приоритета в открытии 113-го воспринято в научных кругах неоднозначно?
О том, что мы синтезировали 115-й элемент, а из него (после альфа-распада всегда) получается 113-й, его «дочка», - я доложил на конгрессе ИЮПАК в 2003 году в Казани. А японцы свой первый результат опубликовали через год. То есть мы и по времени раньше, и событий у нас больше, и нашим методом можно к более тяжелым элементам идти, а японский эксперимент даже никто повторять не станет - какой смысл заниматься девять лет ради трех событий, если можно (действуя, как в Дубне ) получать 113-й в сотнях штук. Поэтому и физики, и химики будут пользоваться нашим методом, который дает более тяжелый изотоп 113-го.
Может быть, ИЮПАК посчитал, что «слишком много» отдавать все четыре элемента в одни руки. Может, решил отдать должное упорству японцев. Можно разные догадки строить. Плохо то, что это решение ИЮПАК ничем не подтвердил. Они должны были подготовить и опубликовать отчет, потом провести дебаты по этому поводу - а пока (на 21 января 2016 года ) отчета нет: как они смогли «дочь» (113-й ) от «матери» (115-го ) оторвать. Это всё уже номенклатура, но мы-то знаем, что это «наше дитя».
- Как придумывают названия для новых элементов?
По правилам мы должны предложить названия «своих» элементов, но это не значит, что номенклатурная комиссия ИЮПАК примет то, что мы скажем. Ведь потом названия и двухбуквенные символы элементов будут использоваться в учебниках, в формулах химических соединений - важно, чтобы они звучали приемлемо на всех языках мира. Так, 105-й элемент - дубний, в честь города Дубны, 114-й - флеровий, в честь Лаборатории ядерных реакций и ее основателя Георгия Николаевича Флерова, 116-й - ливерморий, в честь города в Америке (места нахождения национальной лаборатории, совместно с которой проводились эксперименты по синтезу сверхтяжелых ).
Обсуждается (для 115-го ) название «московий». Важно понимать, что это в честь Московии как исторической русской древней территории. Сейчас на ней находятся Москва и Московская область, но речь не об административных единицах, а о земле Московии - той местности, в которой мы живем.
По двум другим элементам предложений пока не было, но мы должны отдать дань нашим коллегам-американцам, они внесли свой вклад. Знаете, в современном мире вообще так устроено: надо взять всё лучшее, что есть - и тогда можно чего-то достичь. Поэтому мы взяли самый мощный в мире реактор, который работает в Окридже, и самый мощный ускоритель, который работает в Дубне - и это дало такой мощный симбиоз. Вот такое сотрудничество, когда одно без второго не даст ничего, когда обе стороны являются фундаментами, - это и есть настоящее сотрудничество. У нас оно и дальше будет продолжаться. Вот сейчас у нас (в циклотроне ) стоит американская мишень, на пучке облучается. И новые элементы - это наш общий результат, хотя эксперименты делаются в Дубне.
Что касается названия третьего из элементов, надо подумать - у нас есть на это время. Но, вообще говоря, мы будем следовать традиции. А по традиции принято называть элементы либо в честь планет (Плутон, Нептун, Уран), либо в честь великих ученых (Кюри, Ферми, Менделеев), либо в честь мест, где произошло их открытие (в честь немецкой земли Гессен получил название 108-й элемент, хассий). Этот вариант мне нравится больше всего, потому что когда пишешь статью по результатам эксперимента, количество авторов ограничено, хотя участвует в нем множество людей. И если элемент назван в честь места, где он открыт, все себя чувствуют упомянутыми в этом названии. Вот когда был объявлен наш приоритет по элементам 114 и 116, я предложил выписать одинаковые премии всем сотрудникам лаборатории - от директора до уборщиц, потому что все участвовали. По большому счету надо вспомнить и всех, кто работал в лаборатории раньше, ведь труд каждого здесь остался. И когда мы называем элемент в честь нашей земли, я считаю такой подход - гуманный и правильный. Не будем отходить от этой традиции.
Открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева всегда вызывало интерес у широкой публики. Дело даже не столько в научной значимости этих открытий, а в том, что в школе все проходили Периодический закон, и некоторые даже помнят символы, обозначающие элементы. Это понятно, знакомо. Но сейчас за этими открытиями стоят сложные исследования в ядерной физике и радиохимии, о которых многие не имеют представления.
В настоящее время новые элементы получают только на ускорителях тяжелых ионов. (Ранее их обнаруживали в земных минералах, продуктах ядерных реакторов и ядерных взрывов.) Тяжелыми ионами, ускоренными в циклотронах или линейных ускорителях, бомбардируют мишени из тяжелых элементов, и в результате реакции слияния с испусканием одного или нескольких нейтронов синтезируется новый элемент с порядковым номером (зарядом ядра) - суммой зарядов ядер налетающего иона и ядра мишени. Затем образующиеся ядра претерпевают радиоактивный распад. Для синтеза наиболее устойчивых изотопов выбирают такие комбинации ядер, в которых содержится по возможности большее число нейтронов и составные ядра имеют низкую энергию возбуждения. Выход получаемых тяжелых элементов чрезвычайно мал - отдельные атомы или десятки атомов, иногда за месяцы облучения на ускорителе. Период полураспада - секунды, а иногда и доли миллисекунд. Довольно сложно выделить ядра новых элементов из всей смеси образующихся продуктов ядерных реакций и правильно идентифицировать полученные продукты. Для этого создаются специальные установки, которые в результате регистрируют цепочку распадов с испусканием альфа-частиц и образованием изотопов более легких элементов, иногда цепочка оканчивается спонтанным делением ядра.
В нашей стране начиная с 1950-х годов работы по синтезу новых элементов на ускорителях тяжелых ионов проводились в Дубне под руководством акад. Г. Н. Флёрова (1913–1990) - основателя этого направления. Сейчас эти работы проводятся под научным руководством акад. Ю. Ц. Оганесяна. В мире существует лишь несколько ускорителей и установок, где можно получать трансактиноидные элементы (т. е. элементы с зарядом ядра Z более 103).
Последнее решение IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии ) о признании открытия сразу четырех элементов - под номерами 113, 115, 117 и 118 - привлекло внимание российской общественности еще и потому, что приоритет в трех из них - 115, 117 и 118 - признан за российско-американской коллаборацией, включающей Лабораторию ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова Объединенного института ядерных исследований (Дубна) (ФЛЯР ОИЯИ), Ливерморскую национальную лабораторию им. Э. Лоуренса (LLNL), Окриджскую национальную лабораторию (ORNL) и Университет Вандербильта. Приоритет в открытии элемента 113 признан за группой из японского ускорительного научного центра RIKEN.
Установление приоритета - непростая задача, так как неточности в первых сообщениях об открытии в какой-то мере неизбежны. Вопрос - какие неточности существенны, а какие можно принять и насколько выводы авторов обоснованны. Решение IUPAC основывалось на отчетах объединенной рабочей группы экспертов (Joint Working Party, JWP) [ , ] и разработанных ранее критериях открытия. Согласно существующей практике авторам предоставляется право предложить названия новых элементов.
Элемент 113 предложено назвать нихонием (nihonium, Nh). Nihon - одно из двух названий Японии на японском языке, означающее «Страна восходящего солнца». Это первый элемент, открытый в Азии. Дубнинская группа оспаривала это первенство.
Приоритетные работы были опубликованы ФЛЯР ОИЯИ и RIKEN почти одновременно в 2004 году, группа из Дубны опубликовала работу даже несколько раньше. Для синтеза новых ядер в Японии использовали «холодную» реакцию слияния, бомбардируя изотопом цинка мишень из висмута 70 Zn + 209 Bi, с образованием изотопа 278 113 (время жизни - миллисекунды и десятые доли миллисекунд).
В Дубне применили более выгодную (с точки зрения выхода и периодов полураспада) ядерную реакцию ионов тяжелого изотопа кальция и америция 48 Ca + 243 Am, которая приводит к образованию изотопов 288 115 и 287 115. Эти радионуклиды, испуская альфа-частицы, распадаются сначала соответственно в 284 113 и 283 113 (время жизни - сотни миллисекунд), а затем по цепочке в долгоживущие изотопы элемента 105 (дубния, Db). 268 Db выделяли химически и затем регистрировали спонтанное деление.
Но промежуточные нуклиды в этих цепочках распада на тот момент не были известны, и их независимая физическая идентификация не проводилась. А химическое выделение и идентификацию Db на основе ионного обмена, проведенные в ФЛЯР ОИЯИ, объединенная рабочая группа посчитала неселективными и неубедительными. Также не были приняты во внимание попытки исследовать химические свойства элемента 113 методом газовой хроматографии, хотя этот метод ранее успешно использовался для изучения химии других трансактиноидных элементов. В результате заключили, что заявка Дубны в данном случае не соответствует критериям открытия элементов.
В то же время все промежуточные продукты распада синтезированного в Японии изотопа 278 113 (всего 3 события за 8 лет работы) были подтверждены, в том числе в специальных экспериментах в новом исследовательском центре по тяжелым ионам Ланжо в Китае. Таким образом, приоритет в открытии элемента 113 был признан за японской группой.
Элемент 115 был синтезирован в Дубне, и в честь региона, где расположен этот международный центр, авторами было предложено название московий (moscovium, Mc). Элемент получали опять же в ядерной реакции 48 Ca + 243 Am с образованием 287 115 и 288 115 (время жизни - десятки и сотни миллисекунд соответственно). Позднее был получен 289 115 и другие изотопы этого элемента. В отличие от первого цикла химических экспериментов, которые дубнинская группа проводила самостоятельно, позднее, в 2007 году, химическое выделение продукта распада - 268 Db осуществлялось уже с привлечением американских специалистов из Ливермора, и была достаточно убедительно доказана принадлежность этого элемента - продукта распада 115-го элемента - к V группе Периодической системы.
Более того, в 2013 году коллаборации из немецкого Центра исследований c тяжелыми ионами в Дармштадте (GSI) удалось повторить дубнинские результаты по получению изотопов элемента 115 в ядерной реакции 48 Ca + 243 Am. Таким образом, приоритет в открытии элемента 115 был признан за российско-американской группой.
Элемент 117 предложено назвать теннеcсин (tennessine, Ts) в честь американского штата Теннесси, где расположена Окриджская национальная лаборатория. Окончание в названии - по аналогии с астатином и другими элементами группы галогенов (на английском языке). Этот элемент также был синтезирован в Дубне, в ядерной реакции 48 Ca + 249 Bk. Роль американских коллег из Окриджа в основном состояла в изготовлении уникальной мишени берклия-249, который получали на высокопоточном реакторе в ORNL. В 2010–2013 годах было зарегистрировано всего 13 цепочек распадов 293 117 и 294 117, причем характеристики (время жизни и энергия альфа-распада) продукта распада 289 115 соответствовали данным, полученным ранее для этого радионуклида в другой ядерной реакции 48 Ca + 243 Am. По этой причине заявка на открытие этого элемента была признана отвечающей установленным критериям.
Элементу 118 авторами предложено название оганесон (oganesson, Og). Он должен являться аналогом радона и других инертных газов, и его открытие завершает седьмой период таблицы Менделеева. Этот элемент предложено назвать в честь Юрия Цолаковича Оганесяна за его пионерский вклад в исследование трансактиноидных элементов и важные ядерно-физические достижения в открытии сверхтяжелых ядер и исследовании «острова ядерной стабильности». В истории существовал только еще один пример, когда имя элемента присваивалось действующему ученому. Элемент 106 был назван в 1997 году сиборгием (Sg) в честь Гленна Сиборга (1912–1999), лауреата Нобелевской премии, автора открытия плутония и целого ряда трансплутониевых элементов.
В 2002–2012 годах в Дубне при облучении мишени 249 Cf ионами 48 Ca было обнаружено несколько событий образования 294 118 (время жизни - порядка 1 миллисекунды), сопровождающихся последовательным распадом 290 Lv (ливермория), 286 Fl (флеровия) и 282 Cn (коперниция). Время жизни и энергии альфа-частиц этих изотопов Fl и Cn были подтверждены американской коллаборацией на циклотроне в Беркли, поэтому объединенная рабочая группа рекомендовала признать открытие.
Следует отметить, что все вновь предложенные названия и символы элементов пока еще не утверждены IUPAC.
Какое значение имеет открытие этих новых элементов?
Вопрос «Сколько хлеба и угля это может дать?» абсолютно некорректен. Пользу от развития определенной ветви фундаментальной науки часто невозможно предсказать, и такого рода аргументы не должны тормозить ее развитие. Попытки заранее расписать доход и политические выгоды от научных открытий смехотворны. Соображения престижа также не должны как-то ограничивать развитие направления, потому что его истинное значение может раскрыться много позже. И наоборот, широко разрекламированные достижения могут не иметь никакого значительного продолжения. Вообще, наука должна руководствоваться своей логикой, а не логикой людей, далеких от нее. Общество должно доверять ученым, и «удовлетворение собственного любопытства за государственный счет» - это нормальное положение в данной области человеческой деятельности. И именно ученые, квалифицированные специалисты должны определять, на что следует тратить деньги, а что может подождать или вообще бесперспективно.
Другой вопрос, какое научное значение может иметь этот результат об открытии новых элементов. Что он изменяет в наших представлениях о структуре ядра и химических свойствах элементов вообще?
С физической точки зрения эти результаты могут иметь значение для лучшего понимания ядерной структуры и ядерного взаимодействия. С 1960-х годов бурно обсуждался вопрос о существовании так называемых островов стабильности в районе зарядов ядер Z = 114 и 126 как проявление оболочечной структуры ядер. Поэтому получение первых трансактиноидных элементов, которые имели гораздо больший период полураспада, чем предсказывалось старой «капельной» моделью строения ядра, было действительно принципиально важно. Сейчас в оболочечной модели никто не сомневается. Полученные результаты по новым элементам и новым изотопам позволяют уточнить существующие модели ядра и ядерных реакций. Хотя и не ожидается принципиально новых явлений, набор новых данных всегда полезен. Очевидно, что вершины острова стабильности существующими методами не достигнуть: просто нет таких комбинаций в ядерных реакциях - в получаемых изотопах не хватает нейтронов. Ранее много лет проводились попытки обнаружения в природных образцах СТЭ, которые были бы настолько долгоживущими, что могли остаться со времен образования Солнечной системы. Но эти попытки не увенчались успехом. Некогда заявленные результаты не нашли ни экспериментального, ни теоретического подтверждения.
С химической точки зрения ситуация несколько иная. Здесь действительно можно ожидать принципиально новых явлений. Дело в так называемых «релятивистских эффектах». В атомах с большим зарядом ядра электроны приобретают релятивистские скорости, и обычное уравнение Шрёдингера, используемое для описания атомов, уже не работает. В частности, знакомые всем «гантельки» р-электронов в VII-периоде претерпевают изменения, и одна из них превращается в шар. В результате электронная структура атомов меняется. У новых элементов возможно значительное отклонение химических свойств от экстраполированных по Периодической таблице и возникновение необычных химических свойств.
В отношении «релятивистских эффектов» существует много спекуляций, очевидно направленных на поднятие интереса к вопросу. Например, высказывалось предположение, что элемент 104 резерфордий (Rf) - формальный аналог титана, циркония и гафния - может оказаться p-элементом, по химическим свойствам близким к свинцу. Или заявлялось, что элемент 114 флеровий (Fl) - аналог свинца - может оказаться инертным газом. На самом деле при аккуратном рассмотрении выясняется, что, хотя атом Rf и имеет необычную конфигурацию внешней электронной оболочки (ds 2 p), по своим химическим свойствам это типичный d-элемент, аналог гафния. А Fl, обладая повышенной летучестью (как это следует и из любых экстраполяций), в конденсированном состоянии остается типичным металлом. Вообще, абсолютно некорректно любое отклонение от экстраполяции по Периодической системе приписывать «релятивистским эффектам»: оно может быть обусловлено совершенно другими причинами, например межконфигурационным взаимодействием.
Так или иначе, исследование релятивистских эффектов позволяет лучше понять и химические свойства давно известных и повсеместно применяемых элементов. Также это позволяет лучше разобраться в том, каким образом электронное строение атомов и молекул, которое можно рассчитать, определяет их конкретные химические свойства. Это до сих пор является далеко не до конца решенным вопросом. Дальнейшее продвижение по Периодической таблице может привести к образованию совсем новой группы элементов - g-элементов (начиная с элемента 121) с интересными свойствами. Все эти вопросы еще ждут подробного исследования.
Однако приходится отметить, что в последних открытиях исследования химических свойств новых элементов вообще не фигурируют (химически выделялся лишь продукт распада элемента 115 - элемент 105, Db, чтобы подтвердить конец цепочки распада). Но такое исследование трудно было провести ввиду низкого выхода и коротких периодов полураспада полученных изотопов. Тем не менее это возможно, хотя требует нового подхода к постановке химических экспериментов.
Японские ученые, работающие в физическом центре RIKEN, уверяют, что они подтвердили получение 113 элемента таблицы Менделеева. Впервые команда, которой руководит Косуке Морита, синтезировала тяжелый атом еще в 2004 году. Его ядро содержит 113 протонов и 165 нейтронов.
Годом ранее российским ученым из Объединенного института ядерных исследований в Дубне параллельно с американскими коллегами, работающими в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, получили такой же атом во время эксперимента по синтезу 115 и 117 элементов. Но Международный союз теоретической и прикладной химии не признал этих открытий. Причиной этому было то, что ученые все еще не могут объяснить с точки зрения атомной физики, какие именно процессы происходят в ускорителях во время получения каких-либо новых элементов.
Напомним, что элементы с атомными номерами выше 92 сами по себе не могут существовать в естественной природе. То есть, последним в этом списке идет уран. Элементы до фермия, который имеет атомный номер 100, можно получить только в атомных реакторах. Более тяжелые элементы, имеющие большее количество протонов в ядре, производят только на ускорителях частиц.
Исследователи из Японии с 2003 года предпринимали попытки получить 113 элемент на ускорителе, бомбардируя мишень из висмута-209 пучком ионов цинка-70. Несмотря на бесконечное повторение операции, лишь иногда ядро цинка попадало в ядро висмута. Пока зафиксировать было ли столкновение, невозможно. Судить о том, что оно произошло, можно только по продуктам распада. Успехом считается та ситуация, в которой образовавшееся в столкновении ядро выделяет альфа-частицы, которые улавливаются детектором ускорителя. В том случае, если ученые знают свойства всех продуктов происходящей реакции распада, то по анализу тех частиц, которые выделились, можно сказать, что именно образовалось после бомбардировки цинка висмутом. Лучшим доказательством того, что был получен искомый элемент, является раскрытие всего каскада распадов.
Команде Мориты за девять лет работы удалось зафиксировать сразу три цепочки распада в разные годы. Время жизни ядра 113 элемента составило от 0,3 до 4,9 миллисекунды.
Сейчас весь научный мир с нетерпением ждет, какой именно вердикт вынесут специалисты Международного союза теоретической и прикладной химии: признают они достижение японцев или все же нет. Если «первооткрывателями» элемента признают японцев, а не российских специалистов, то это станет для Японии важным научным достижением. Согласно практике, лаборатория, которая первая подтвердила получение нового элемента, может выбрать ему имя. Это означает, что Морита с коллегами станут первыми в Азии учеными, которые удостоятся такой чести.
Антон Белогородцев