Пресс-центр

В НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ обсудили получение и свойства сверхтяжелых элементов

В НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ прошел семинар, на котором научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (ОИЯИ, Дубна), академик РАН Юрий Цолакович Оганесян рассказал о синтезе новых элементов в ядерных реакциях с использованием пучков ионов кальция-48 и об изучении их химических свойств.

В среду, 5 июня 2019 года в НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ состоялся общеинститутский семинар, на котором с докладом «Периодический закон спустя 150 лет. Сверхтяжелые элементы» выступил выдающийся российский физик, человек, чьим именем назван 118-й элемент Периодической таблицы химических элементов Юрий Цолакович Оганесян. Он рассказал о поиске и открытиях сверхтяжелых ядер, содержащих более сотни протонов и об изучении свойств соответствующих им химических элементов.

В 30-х годах прошлого века Нильс Бор и Джон Уилер разработали теорию деления атомного ядра, базирующуюся на капельной (коллективной) модели ядер. Этот подход позволяет рассчитать высоту потенциального барьера в зависимости от заряда ядра (Z) и числа нуклонов (A), входящих в его состав. В рамках этой модели существование ядер с Z > 106 запрещено, так как для них отсутствует потенциальный барьер. Существование сверхтяжелых ядер становится возможным благодаря оболочечным (квантовым) эффектам. Если рассчитать периоды полураспада ядер в зависимости от Z и числа нейтронов N = A – Z, то можно составить карту изотопов (см. рисунок 1). Известные изотопы образуют на этой карте континент с полуостровом, а сверхтяжелые элементы формируют островки в правой верхней части карты. Сейчас физики достигли первого острова, получив таким образом первые экспериментальные доказательства существования «острова стабильности» сверхтяжелых элементов.

Существует несколько методов получения тяжелых и сверхтяжелых изотопов. В последние годы наиболее значимые результаты получены при синтезе новых химических элементов в ядерных реакциях с использованием пучков ионов кальция-48 (см. рисунок 2). Лаборатория им. Г.Н. Флёрова является признанным мировым лидером в этой области. Выбор кальция-48 связан с тем, что это (почти) стабильное ядро с большим числом нейтронов. После взаимодействия ядра пучка с ядром мишени продукты реакции поступают в газонаполненный магнитный сепаратор, позволяющий проследить цепочку превращений сверхтяжелых ядер, если, конечно, они образовались во взаимодействии. Получив сверхтяжелые ядра, можно исследовать свойства соответствующих им химических элементов. Такие исследования тоже проводятся в Лаборатории им. Г.Н. Флерова. Оказывается, новые элементы уже находятся на пороге применимости периодического закона, открытого Д.И. Менделеевым, так как в силу релятивистских эффектов происходит сжатие внутренних орбит электронов, которое приводит к большим поправкам в электронной структуре сверхтяжелого атома.

В знак признания выдающихся достижений интернационального коллектива ученых, инженеров и рабочих Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова в области синтеза сверхтяжелых элементов, Генеральная Ассамблея Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC), присвоила 105-ому элементу Периодической системы элементов Д.И. Менделеева (см. рисунок 3), открытому в ЛЯР, название "Dubnium" (Db), 114-му –"Flerovium" (Fl), 115-му – "Moscovium" (Mc), a 118-му –"Oganesson" (Og).

В настоящее время основным проектом Лаборатории является первая в мире Фабрика Сверхтяжелых Элементов (SHE), предназначенная для различных исследований сверхтяжелых элементов. Основу Фабрики составляют сильноточный циклотрон ДЦ-280 (см. рисунок 4) и несколько современных высокоэффективных установок, включая новые газонаполненные сепараторы для физических и химических исследований, фильтр скоростей SHELS и др. SHE-Фабрика уже построена и первые пучки ионов получены в декабре 2018 года. Первые экспериментальные сеансы запланированы на лето 2019 года.

В своем выступлении Юрий Цолакович также подчеркнул важность исследований тяжелых элементов не только на ускорителях тяжелых ионов, но и на высокопоточных реакторах, таких как реактор ПИК, который сейчас вводится в эксплуатацию в НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ.