Популярная библиотека химических элементов. Книга вторая. Серебро — нильсборий и далее

Коллектив авторов

Многое в этой статье вызывало недоумение, и прежде всего то, что авторы не смогли точно указать массовое число изотопа (оно определяется суммой протонов и нейтронов в ядре). Объяснялось это двумя причинами. Во-первых, не удалось выяснить зависимость выхода продукта от энергии ионов из-за неопределенности этой характеристики потока. Вторая причина — довольно сложный изотопный состав материала мишени.

Сомнение в правильности выводов вызывал и тот факт, что эффект, приписанный элементу № 102, наблюдался лишь на трех из шести использованных мишеней, да и эти три мишени не давали эффекта после трех недель работы. Почему — непонятно. В чистом опыте так быть не должно.

Настораживала и большая величина сечения реакции (большой выход нового излучателя), поскольку пучки ионов были маломощными (0,03–0,1 мка). Но особенно сомнительным было большое время жизни изотопа — период полураспада около 10 минут. Тем не менее авторы работы заявили об открытии элемента № 102 и предложили назвать его нобелием (символ No) в честь Альфреда

Нобеля.

Не прошло и года, как американские ученые из Беркли опубликовали статью «Попытки подтвердить существование десятиминутного изотопа элемента 102», в которой сообщили о безуспешных поисках долгоживущей активности с указанными в Стокгольме свойствами. Эта работа была выполнена очень тщательно и более точно, чем в Швеции. Использовались кюриевые мишени того же изотопного состава, те же самые ионы ¹²C и ¹³C, однако интенсивность пучка была больше, а энергетический спектр пучка был монохроматическим (т. е. пучок состоял из строго одинаковых по энергии ионов).

Выход всех изотопов более легких элементов в этом эксперименте оказался гораздо больше, чем в стокгольмском, но активность, приписанная элементу № 102, не наблюдалась…

Примерно в то же время, что и в Швеции, в Москве также были проведены опыты по синтезу короткоживущих изотопов 102-го элемента. Для получения нового элемента изотопы плутония ²⁴¹Pu и ²³⁹Pu облучали ионами кислорода-16 с энергией около 100 Мэв. Изучался альфа-распад продуктов ядерных реакций классическим методом ядерных фотоэмульсий. В спектре альфа-частиц наряду с группами, обусловленными распадом известных элементов, была отмечена группа с энергией 8,9±0,4 Мэв. Было показано, что период полураспада этого изотопа меньше 40, но больше 2 секунд. На основании теоретических оценок предполагалось, что наиболее вероятна реакция с «испарением» четырех нейтронов:

²⁴¹₉₄Pu + ¹⁶₈O -> ²⁵³102 + 4 ¹₀n.

Через несколько месяцев в Беркли были поставлены опыты по синтезу еще одного изотопа — ²⁵⁴102. Американские физики бомбардировали мишени из кюрия-246 ионами углерода-12. Они установили, что период полураспада изотопа ²⁵⁴102 близок к 3 секундам, а энергия альфа- частиц равна 8,3 Мэв. В опубликованной ими статье указывалось также, что ядра изотопа ²⁵⁴102 испытывают спонтанное деление примерно в 30 случаях из 100.

Для идентификации ²⁵⁴102 авторы разработали оригинальный метод, которым доказывалось, что дочерние ядра фермия-250 с хорошо известными свойствами могут появляться на вторичном сборнике ядер отдачи только в результате альфа-распада изотопа ²⁵⁴102. А фермий-250 регистрировали химическими методами.

О синтезе еще одного изотопа — ²⁵⁵102 та же группа сообщила в 1961 г. Главные характеристики этого изотопа: период полураспада — 15 секунд, энергия альфа-частиц — 8,2 Мэв.

На этом по существу и закончился первый этап истории 102-го элемента. Началом второго этапа стал пуск большого циклотрона многозарядных ионов в Дубне. Это произошло в начале 1961 г. Тогда же была намечена программа получения на этом ускорителе многих неизвестных изотопов трансурановых элементов начиная от 99-го и далее. Но прежде чем приступить к новым синтезам, сотрудники Объединенного института ядерных исследований провели большую серию опытов по изучению закономерностей образования трансурановых элементов в ядерных реакциях, создали экспрессные методы физической идентификации короткоживущих новых изотопов, разработали детекторы альфа-излучения с очень хорошими характеристиками. Эти работы заняли почти три года.

Второй этап

В 1963 г. сотрудникам Лаборатории ядерных реакций удалось синтезировать наиболее тяжелый в го время изотоп 102-го элемента — ²⁵⁶102. Его получили в результате бомбардировки мишени из урана-238 ионами неона-22 с энергией 112 Мэв. Были изучены два вида радиоактивного распада этого изотопа — альфа-распад и спонтанное деление. Оказалось, что время жизни изотопа ²⁵⁶102 составляет около 4 секунд, доля спонтанного деления — всего 0,5%.

Результаты этих экспериментов сильно расходились с теоретическими оценками, основанными на данных американских ученых о свойствах изотопа ²⁵⁴102 (синтез 1958 г. в Беркли).

В связи с этим было решено еще раз экспериментально проверить свойства изотопов ²⁵⁴102 и ²⁵⁶102 двумя методами. В одном из них свойства изотопов определяли по характеристикам альфа-частиц, в другом — по дочерним ядрам. Результаты экспериментов с изотопом ²⁵⁶102 оказались такими же, как раньше. Но в другой серии опытов экспериментаторы с удивлением обнаружили, что изотоп ²⁵⁴102 обладает свойствами, сильно отличающимися от указанных калифорнийской группой. Выяснилось, что этот изотоп живет не 3, а 65 секунд; энергия альфа-частиц, образующихся при распаде его ядер, составляет не 8,3, а 8,11 Мэв; и наконец, спонтанное деление он испытывает не в 30% случаев, а примерно в одном случае из 1800. А ведь эти результаты казались самыми достоверными!

Стало ясно, что необходимо повторить опыты по синтезу и изучению свойств других изотопов элемента № 102. Эти опыты и были поставлены в Дубне в 1965–1966 гг.

Здесь необходимо упомянуть о том, что за годы, прошедшие после первых работ по синтезу элемента № 102, ядерная физика ушла далеко вперед. Да и техника эксперимента совершенствовалась все эти годы. Поэтому тем, кто начинал исследования в 60-х годах, много было и понятнее, и доступнее, чем участникам работ 1956–1958 гг.

Сравнить данные, полученные в Дубне, с результатами первых синтезов вы можете, ознакомившись с приведенной здесь таблицей. (Желая подчеркнуть какое-то важное различие, иногда говорят, будто бы по примеру одесситов, «две большие разницы». В нашей таблице «больших разниц» уже не две, а четыре.) Сравнение данных показывает, что практически во всех ранних работах были допущены большие или меньшие ошибки.

Массовое число изотопа	Реакция синтеза	Период полураспада, сек	Энергия -частиц, Мэв	Доли спонтанного деления по отношению к -распаду	Место и год открытия
251	239Pu(16O, 4n) [31]	0,5–1,0	8,6		Дубна, 1967
244Cm(12C, 5n)	0,8±0,3	8,6	Беркли, 1967
252	239Pu(16O, 5n)	4,5±1,5	8,41	Дубна, 1966
253	242Pu(16O, 5n)	95±10	8,01	Дубна, 1966
239Pu(18O, 4n)
254	239Am(15N, 4n)	65±10	8,11	1/1800	Дубна, 1963–1966
242Pu(16O, 4n)
238U(22Ne, 6n)
255	238U(22Ne, 5n)	180±10	8,09		Дубна, 1966
242Pu(18O, 5n)
256	238U(22Ne, 4n)	3,7±0,5	8,42	1/200	Дубна, 1963
242Pu(18O, 4n)
257	248Cm(12C, 3n)	23±0,2	8,23 (50%), 8,27 (50%)		Беркли, 1967
248Cm(13C, 3n)
258	248Cm(13C, 3n)	1,2•10–3	—	100%	Беркли, 1968
259	248Cm(18O, , 3n)	1,5+0,5 часа	7,5	20%	Ок-Ридж, 1970

31

В скобках указаны бомбардирующие ионы и количество нейтронов, вылетающих из составного ядра. Такая запись ядерных реакций принята в физике.