Зачем нужны новые элементы, о которых мало кто знает

ОгонёкНаука

«В Дубне можно воспроизвести сотворение мира»

Зачем нужны новые элементы, о которых мало кто знает, кроме физиков-ядерщиков, вписывающих их в периодическую таблицу Менделеева? Академик Юрий Оганесян, посвятивший жизнь охоте за флеровиями и оганесонами, объяснил «Огоньку», что это — наш шанс разгадать устройство мира. А заодно объяснил, как это знание его изменит.

Беседовала Елена Кудрявцева

Академик Юрий Оганесян готов приступить к синтезу новых сверхтяжелых элементов в обновленной лаборатории. Фото Дмитрий Лебедев

Российские физики готовы приступить к синтезу 119-го и 120‑го элементов периодической таблицы Менделеева. На вопрос «зачем?» отвечают так: это позволит расширить наши знания о материи и, возможно, поправит сам периодический закон Менделеева в области очень тяжелых, еще не открытых элементов. Что нужно для решения этой задачи? В подмосковной Дубне в Объединенном институте ядерных исследований уже построили новую лабораторию, которую назвали «Фабрика сверхтяжелых элементов». Хотя на самом деле на фабрику все это похоже не очень. Тысячи причудливо изогнутых труб самого разного диаметра, соединяющих части установки, создают технологичный геометрический рисунок, напоминая кадры из научно-фантастических фильмов. В трех залах с высокой степенью радиационной защиты расположено новейшее экспериментальное оборудование — различные установки с магнитами, камерами, детекторами… Центр «Фабрики» — новый ускоритель ДЦ-280. Эксперименты, которые тут планируют проводить, тоже вполне научно-фантастические: ученые собираются получать ядра элементов, которых нет в природе. На их установке каждую секунду происходят десятки триллионов ядерных реакций. Чтобы получить новое вещество, ученые обстреливают ядро«мишень» ядрами-«снарядами». «Снаряды» разгоняются до гигантской скорости в 25 тыс. км/с, а затем врезаются во вращающееся колесо с секторами из титановой фольги, на которую нанесены миллиграммы вещества-мишени. В сепараторе легкие атомы, как в мелком сите, отделяются от тяжелых, тем более от сверхтяжелых элементов, которые так интересуют физиков. Сложность в том, что образование нового элемента — редкий процесс, поэтому результата иногда приходится ждать годами. Больше всего на эффективность работы влияет интенсивность пучка — в новом ускорителе она в десять раз больше, чем была в ускорителях предыдущих. Для того чтобы проверить работу новой машины, в Дубне уже готовы воспроизвести эксперимент с получением открытых ранее 114-го и 115-го элементов (флеровия и московия), а потом пойдут дальше. Будущие эксперименты в Дубне станут важным тестом современной теории ядер и атомов.

— Юрий Цолакович, ученым известно 118 элементов — от водорода до оганесона. За последние 15 лет в Дубне синтезировали пять новых элементов, теперь Россия — лидер этого научного направлении. Почему для поиска последующих элементов пришлось прервать работу и строить новую мега-установку?

— Потому что на старой ничего нового мы бы уже не сделали. По своим параметрам, прежде всего по наработке сверхтяжелых атомов, «Фабрика» превосходит все, что есть в этой области в мире. Это открывает новые возможности как в синтезе новых элементов, так и в детальном изучении их свойств. Например, раньше мы получали в среднем всего один атом 118-го элемента в месяц. «Фабрика» же позволит получать уже десятки атомов. Также мы планируем изучить другие недавно открытые элементы — коперниций (112), флеровий (114) и московий (115), о свойствах которых пока известно немного. Считается, что элементы 113–118 могут прояснить процесс образования элементов в природе, а синтез 119-го и 120-го элементов позволит нам открыть восьмой ряд таблицы Менделеева и продвинуться к еще более тяжелым. Пока мы о них ничего не знаем. Возможно, эти элементы откроют нам неизвестную и яркую область химии. Но, чтобы туда добраться, нужно придумать новые подходы их получения и изучения их свойств.

— В чем принципиальная сложность в получении следующих элементов?

— Ситуация, действительно, такова: чем тяжелее элемент, тем сложнее его получить. Чтобы создать ядро нового элемента, взаимодействующие ядра «снаряда» и «мишени» должны слиться друг с другом, стать целым. Для этого им надо подойти друг к другу достаточно близко, чтобы включились в игру короткодействующие ядерные силы, иными словами — произошло сильное взаимодействие. Для этого ядро «снаряда» нужно сначала разогнать до огромной скорости, в 0,1 скорости света, чтобы преодолеть отталкивание двух положительно заряженных ядер — «мишени» и «снаряда». Сегодня основная проблема в том, что мы используем в качестве мишеней искусственные элементы тяжелее урана, которые получают на ядерных реакторах с высоким потоком нейтронов. В мире существуют два подобных реактора. Один в Ок-Ридже, США (именно здесь был впервые произведен плутоний для амери-канской атомной бомбы.— «О»), второй у нас — в Димитровграде Ульяновской области. Но самый тяжелый элемент, который можно наработать на этих реакторах в необходимом количестве,— калифорний (элемент 98). (Калифорний-252 — самый дорогой промышленный металл в мире, один его грамм стоит четыре миллиона долларов.— «О».)

— Теперь вам надо менять «снаряд»?

— Да, именно так. 118-й элемент мы получили при слиянии ядер кальция-48 и калифорния. Теперь вместо чрезвычайно эффективного кальция нужно брать более тяжелый элемент. Следующим в таблице Менделеева стоит титан, но с ним, как мы убедились, эффективность получения сверхтяжелых элементов сразу падает.

— Но сейчас на «Фабрике» вы будете использовать как раз титан?

— Да, получить 120-й элемент мы надеемся, сталкивая титан с калифорнием. Мишень из изотопов калифорния уже готовят наши коллеги из Национальной лаборатории в Ок-Ридже (США). Затем будем использовать реакцию слияния титана с берклием для получения 119-го элемента. С берклием работать сложнее, он быстро распадается: его количество убывает вдвое через 320 дней!

Остров сокровищ

— Часто говорят об «острове стабильности», подобраться к которому физики мечтали десятки лет. Что он собой представляет?

— Сначала это была теория, которая, без преувеличения, создавалась в конце 1960-х всеми теоретиками мира. До этого долгое время считалось, что, если в периодической таблице переходить от урана, элемента с порядковым номером 92, к элементам с более высокими номерами, продолжительность их жизни будет стремительно уменьшаться. И уже на 100-м элементе они прекратят свое существование. Считалось, что такое движение ведет к пределу существования материального мира.

Однако из новой теории следовало, что далеко за пределами известных в то время тяжелых радиоактивных элементов, там, где по старой теории ядра существовать не могут, будет большая область так называемых сверхтяжелых элементов, значительно более стабильных, чем их легкие предшественники.

— То есть теоретически они могли бы существовать в природе?

— Да, именно так. После этих прогнозов во всем мире начался настоящий бум: сверхтяжелые трансурановые элементы искали в космических лучах, в метеоритах, в лунных и земных образцах. Их пытались синтезировать в мощных атомных реакторах. Затем в мощных ядерных взрывах (пять попыток предприняли в США). К сожалению, эти усилия не привели к результатам.

— А когда начали синтезировать на ускорителях?

— Параллельно в других крупных ядерно-физических лабораториях мира ставились эксперименты по искусственному синтезу гипотетических сверхтяжелых элементов. Мы тоже были заняты этой проблемой. Но целых 15 лет напряженной работы также не дали результатов. Анализируя причины неудач, мы решили кардинально изменить подход к синтезу сверхтяжелых. И решили в качестве ядра-«снаряда» взять редкий и чрезвычайно дорогой изотоп —кальций-48.

— Недавно вице-президент Лондонского королевского общества опубликовал видео, где был показан прозрачный пузырек с белым порошком, говорилось, что это одно из самых дорогих веществ на Земле: шесть граммов кальция-48 стоимостью полтора миллиона долларов.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
Алый театр Алый театр

Эмма Уотсон о фильме «Маленькие женщины», борьбе за равенство и одиночестве

Vogue
Альянсы и союзы Альянсы и союзы

Первая часть ответов на вопросы об альянсах союзников против нацистской Германии

Дилетант
«Черная вдова», ночной портье и киллер на Renault. Кто стоял за убийством последнего из Гуччи в доме Gucci «Черная вдова», ночной портье и киллер на Renault. Кто стоял за убийством последнего из Гуччи в доме Gucci

Экс-глава дома Gucci Маурицио Гуччи был застрелен на пороге собственного офиса

Forbes
Переговоры между военными делегациями КНДР и Республики Корея Переговоры между военными делегациями КНДР и Республики Корея

Пханмунчжом, 1983 год

Дилетант
Встать рядом с китайцами Встать рядом с китайцами

«Обувь России» хочет активнее работать с регионами через AliExpress

Эксперт
Алгоритмические войны Алгоритмические войны

Как битвы будущего видят по ту сторону океана

Популярная механика
Тайная жизнь домашних чемпионов Тайная жизнь домашних чемпионов

Чтобы быть в форме, хватит квартиры, твоего желания и нескольких хитростей

Cosmopolitan
Судоходная Арктика Судоходная Арктика

Беспрецедентное по масштабам строительство судов ледового класса в России

Популярная механика
Гарик Сукачев: «Иногда нас вязали менты, да, гопники отбивали почки» Гарик Сукачев: «Иногда нас вязали менты, да, гопники отбивали почки»

Гарик Сукачев всю жизнь шел против общественного мнения­ и вкусов толпы

GQ
Репетиция гекатомбы Репетиция гекатомбы

Кровопролитная война с Финляндией 1939–1940 годов выявила слабые места РККА

Эксперт
5 самых странных алкогольных напитков: от золотого шнапса до пива из помоев 5 самых странных алкогольных напитков: от золотого шнапса до пива из помоев

Культура изготовления алкоголя идет бок о бок с человеческой цивилизацией

Популярная механика
Алкоголик поневоле: непьющие звезды, которые сыграли пьяниц. Что из этого вышло? Алкоголик поневоле: непьющие звезды, которые сыграли пьяниц. Что из этого вышло?

Многие актеры никогда не пробовали ничего крепче вина, хотя играли алкоголиков

Cosmopolitan
Карьерный апокалипсис: как не потерять работу после 30 лет в мире, которым правят 20-летние Карьерный апокалипсис: как не потерять работу после 30 лет в мире, которым правят 20-летние

Законы построения карьеры становятся похожи на правила венчурного мира

Forbes
А снег идет А снег идет

Новый рассказ известной писательницы мы публикуем с небольшими сокращениями

Лиза
7 лайфхаков против зимней хандры 7 лайфхаков против зимней хандры

Рассказываем, что делать, чтобы избежать зимней меланхолии

Cosmopolitan
В России не хватает специалистов по ИТ-безопасности и времени на закупку средств защиты В России не хватает специалистов по ИТ-безопасности и времени на закупку средств защиты

Российские компании в 2019 году ощущали серьезную нехватку кадров

CHIP
«Пошлите-ка Вы этого жулика Маркса ко всем чертям»: как рождался русский книжный бизнес «Пошлите-ка Вы этого жулика Маркса ко всем чертям»: как рождался русский книжный бизнес

Яркие страницы рождения книгоиздательского бизнеса в России

Forbes
Все, что нужно знать о наращивании ногтей: виды процедуры, этапы и уход Все, что нужно знать о наращивании ногтей: виды процедуры, этапы и уход

Хотите длинные и отполированные ногти прямо сейчас?

Cosmopolitan
Правила жизни Тома Уэйтса Правила жизни Тома Уэйтса

Музыкант, Лос-Анджелес

Esquire
Как родители пугают детей и зачем им это надо Как родители пугают детей и зачем им это надо

Физиологи и бихевиористы убеждены, что страх у ребенка формируют родители

СНОБ
Ксения Собчак: «Ирония – это основа нормальных отношений!» Ксения Собчак: «Ирония – это основа нормальных отношений!»

Ксения Собчак рассказала, как не обращать внимания на хейт

Cosmopolitan
Замороженное время Замороженное время

Пребывание среди вечных льдов делает людей оптимистами

Вокруг света
Хороши в постели: 7 имён, которые носят лучшие любовники Хороши в постели: 7 имён, которые носят лучшие любовники

Как зовут мужчин, от которых стоит ждать приятных сюпризов в постели

Cosmopolitan
100 дней в той самой Мосгордуме 100 дней в той самой Мосгордуме

Как работается оппозиционному депутату Дарье Бесединой

Русский репортер
7 ошибок по уходу за собой у мужчин, которые втайне ненавидят все женщины 7 ошибок по уходу за собой у мужчин, которые втайне ненавидят все женщины

Быть ухоженным мужчиной — не стыдно, а абсолютно нормально

Playboy
Детское питание: домашнее или из магазина? Детское питание: домашнее или из магазина?

На темы детского питания существует массы мифов

9 месяцев
Мода на экологичность. Как уменьшить объем отходов при производстве одежды Мода на экологичность. Как уменьшить объем отходов при производстве одежды

Шери Тернбоу шьет одежду по персональным эскизам и бережет окружающую среду

Forbes
БУЧ диета: меню на неделю, рецепты и отзывы БУЧ диета: меню на неделю, рецепты и отзывы

Диета БУЧ поможет за месяц избавиться от 5 кг

Cosmopolitan
Илон Маск и его конкуренты: 3 компании, которые уже в ближайшие годы начнут доставлять туристов в космос Илон Маск и его конкуренты: 3 компании, которые уже в ближайшие годы начнут доставлять туристов в космос

Самые вероятные кандидаты в космические туроператоры ближайшего будущего

Esquire
Открыть в приложении