Японский Институт физико-химических исследований (сокращенное название по первым иероглифам Riken), которому принадлежит право открытия нового элемента таблицы Менделеева под названием «нихоний» (атомный номер 113, символ Nh), проводит активные эксперименты по продвижению к следующей цели — синтезу неоткрытого пока нового 119-го элемента с временным название унуненний и обозначением Uue. Есть данные о том, что в этом же направлении активно работают и российские ученые. Создается впечатление, что в наши дни повторяется история с конкуренцией физиков обеих стран в начале 2000-х годов вокруг упомянутого выше 113-го элемента (первыми его получили в 2003 году россияне в Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова Объединённого института ядерных исследований в Дубне, но в 2015 году приоритет был отдан японцам — прим. ред.)
Каждое вещество, от бесчисленных звезд, существующих во Вселенной, до различных природных и искусственных объектов вокруг нас, состоит из небольших частиц, называемых атомами. Элементы периодической системы Менделеева классифицируются по их атомной массе, а их поиски дают важные ключи к разгадке происхождения Вселенной.
Открытие новых трансурановых элементов ведет к развитию науки и технологий и служит для демонстрации национальной мощи, поэтому каждая страна ведет здесь жесткую конкуренцию. До сих пор открытия в этой области были монополизированы Западной Европой и США, однако в 2015 году команда Riken выиграла ожесточенную битву с российской и американской командами и получила международную сертификацию на открытие 113-го элемента. В следующем году он был назван Nihonium в честь названия страны, и первое подобное открытие, сделанное в Азии, было вписано в периодическую таблицу.
Элементы в таблице пронумерованы в порядке их атомного веса. К настоящему времени их обнаружено 118. Теоретически считается, что их должно существовать 173, и каждая страна будет сейчас стремиться к тому, чтобы открыть следующий 119-й элемент. В конце прошлого года Riken также начал полномасштабные эксперименты, стремясь добыть себе вторую «корону».
Созданы в результате ядерного синтеза
Поскольку элементов тяжелее урана (№ 92 в периодической таблице) в природе практически нет, их синтезируют и идентифицируют искусственно. Новые элементы создаются путем бомбардировки тяжелого атома-мишени более легкими ядрами и их слияния в результате реакции ядерного синтеза. Для синтеза элемента 119 команда Riken планирует использовать ускоритель, чтобы разогнать атомы ванадия (№ 23) примерно до 10% скорости света и столкнуть их с атомами кюрия (№ 96).
Хиромицу Хаба, руководитель группы, отвечающий за эксперименты по синтезу, говорит: «На этот раз работа предстоит более сложная, чем при синтезе нихония». Точка столкновения между атомами по размерам примерно такая же, но для синтеза более тяжелых элементов требуется гораздо бóльшая энергия удара. Необходимо очень точно определить силу и скорость столкновения, при которых может произойти синтез.
Для этого мощность ускорителя, использованного в экспериментах с нихонием, была увеличена примерно в 5 раз. «Мы параллельно делали теоретические расчеты и накапливали экспериментальную базу с тем, найти идеальные параметры синтеза».
Между тем, конкурент Riken — Объединённый институт ядерных исследований в Дубне, планирует сталкивать атомы титана (№ 22) и берклия (№ 97). Похоже, что новый ускоритель в Дубне уже завершен, и эксперимент начался в самом начале прошлого года.
Говорят, что немецкий научно-исследовательский институт тяжелых ионов, который может похвастаться многими достижениями в открытии новых элементов, обязательно примет участие в таких же экспериментах в будущем.
Однако кюрий и берклий, используемые в качестве мишеней, являются радиоактивными веществами и могут нарабатываться только в Соединенных Штатах, где работают высокопроизводительные атомные электростанции. Соединенные Штаты, которые ранее пытались создать нихоний в сотрудничестве с Россией, на этот раз сами экспериментов не проводили, а только поставили элементы-мишени в Японию, Россию и Германию. Они выбрали удобную позицию, с которой Америка все равно войдет в число открывателей нового элемента 119, где бы его не создали.
Даже через несколько лет…
У российского и японского методов синтеза есть достоинства и недостатки. Российский метод имеет более высокую вероятность успешного синтеза элемента 119, чем японский. Однако служащий в нем целью берклий имеет довольно короткий период полураспада, составляющий 320 дней. Он быстро расходуется и требует много времени для производства, поэтому не подходит для непрерывных экспериментов на постоянной основе.
Напротив, у японского метода имеется то преимущество, что работа по этой методике может продолжаться без перерывов много лет. Используемый в нем кюрий имеет очень длительный период полураспада, составляющий 340 000 лет, медленно расходуется, и поэтому пригоден для очень длительных экспериментов.
Так когда же может быть открыт 119-й элемент? В случае нихония в результате 100 триллионов столкновений идентифицировался только 1 атом нового вещества. Это происходит потому, что абсолютное большинство атомов-ядер своей цели не достигают и разрушаются. В 2004 году Riken первым опубликовал доклад, в котором показал, что за 9 лет и 400 триллионов столкновений образовалось всего три атома нового вещества.
Ожидается, что и 119-й элемент можно будет синтезировать примерно с той же вероятностью. Подсчитано, что один атом будет синтезирован примерно за 200 дней. Однако, если этого атома не обнаружить, то и открытие не состоится.
Когда энергия столкновений становится чрезмерно большой, генерируемые вещества широко рассеиваются, что затрудняет их обнаружение. В этой связи пришлось увеличить точность улови-теля частиц в 1,7 раза.
Кодзи Моримото, руководитель группы, отвечающий за идентификацию новых атомов, говорит: «Препятствий на нашем пути много, но я рассчитываю, что в течение нескольких лет нам все-таки удастся обнаружить атомы 119-го элемента. Мы приложим все силы, чтобы добиться успеха и в очередной раз обеспечить выход Японии на передний край науки».
Косуке Морита, генеральный менеджер отдела исследований сверхтяжелых элементов Япон-ского Института физико-химических исследований, говорит:
«Стремитесь занять места первыми»
«Предварительные эксперименты по 119-му элементу начались в 2017 году. В настоящее время они вступили в рабочую стадию. Это потребовало много времени и усилий. Я глубоко впечатлен теми стараниями, которые приложила к этому вся команда».
Работа похожа на эксперименты с нихонием в том, что мы сталкиваем друг с другом атомы на очень высокой скорости. Вероятность его синтеза, судя по всему, будет ниже, чем у нихония. В этой связи повторять эксперименты нужно бесчисленное количество раз
Зарубежные конкуренты также изо всех сил стремятся к открытию. Россия уже начала свои исследования, а в ближайшем будущем ожидается начало экспериментов и в Германии. Похоже, что Франция и Китай тоже строят соответствующие планы. Поскольку каждая из стран-участниц этого соревнования не торопится раскрывать свои наработки, ситуация остается очень непрозрачной. Тем не менее, мы стараемся, чтобы наша команда первой заняла места в этом «поезде».
Причина, по которой ученые огромное количество раз повторяют свои эксперименты на протяжении многих лет, заключается в том, что человечество и наука прогрессируют только тогда, когда успешно справляются со все новыми и более сложными вызовами природы постоянно делают новые открытия и развиваются. Открытие неизведанного — это всегда интересно и радостно. Я мечтаю о том времени, когда существующие сейчас пробелы в периодической таблице Менделеева будут полностью заполнены.
К сожалению, в последние годы из науки уходит много молодежи. Чтобы доказать, что наука — это действительно захватывающая вещь, мы должны сделать все возможное, чтобы открыть следующий элемент в таблице Менделеева!" (Смеется.)
