Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство
Шрифт:
Первый намек на то, что эксперимент подтверждает это предсказание, дали опубликованные Г. Н. Флеровым и П. Перелыгиным результаты изучения спонтанного деления свинца. Ожидалось, что период полураспада свинца близок к 1040 годам (огромное число, в котором после единицы стоит 40 нулей. Это миллиард, взятый четырежды по миллиарду раз и умноженный еще на 10000). Опыт привел к много меньшему числу — 3 1020 лет («Всего» миллиард миллиардов, умноженный на 300). В качестве возможного объяснения колоссального расхождения результатов опыта с прогнозом авторы выдвинули гипотезу о присутствии в природном свинце незначительной примеси экасвинца (элемента-114).
Невозможно пытаться
Возрастание трудностей на этом пути иллюстрирует простое сопоставление сроков работы: на синтез тринадцати трансурановых элементов потребовалось тридцать лет. На синтез следующих шести (от элемента-102 до элемента-107) ушло еще двадцать лет, наполненных величайшими усилиями!
Позже других успех — но успех очень значительный — пришел к ученым города Дортмунда в ФРГ, где построен весьма совершенный линейный ускоритель тяжелых ионов. При длине 125 метров он разгоняет интенсивные пучки ионов до скорости 30 000 километров в секунду, что составляет десятую долю скорости света. Используя метод, предложенный в Дубне, они бомбардировали ионами железа ядра свинца. При этом было зафиксировано рождение ядер элемента-109, а затем и элемента-108.
Это выдающееся достижение приобретает особый интерес потому, что время жизни этих элементов оказалось намного большим, чем у предыдущих элементов. Современные теории не предсказывают такого эффекта. Теоретики еще не успели найти ему объяснение.
Острова устойчивости
Окрестность элемента-114, экасвинца ученые называют островом устойчивости. Проникнуть к нему через море неустойчивости, все более углубляющееся при переходе от урана-238 к первому трансурановому элементу нептунию и к последующим трансурановым элементам, можно, лишь разработав совершенно новые «средства передвижения», новые методы.
Не означает ли открытие дортмундских физиков, что самая глубокая область моря неустойчивости перейдена и физики ступили на прибрежный шельф острова устойчивости? Ответ на этот вопрос зависит от того, удастся ли подтвердить этот результат в других лабораториях.
Неожиданный путь «мореплавателям» указал Флеров. Он решил привлечь на помощь процесс деления ядер, процесс, являющийся основным препятствием на пути методов, применяемых ныне.
Флеров исходил из того, что при делении ядер изредка возникают осколки, масса которых значительно превосходит половину массы делящегося ядра. Это значит, что имеется реальная, хотя и малая, вероятность распада ядра на части, сильно различающиеся между собой по массе. Для того чтобы использовать эту возможность, следует научиться получать очень тяжелые ядра. Пусть они окажутся неустойчивыми и быстро распадаются путем деления или путем многократного альфа-распада. Пусть деление приводит большей частью к ядрам с зарядами, близкими к половине суммарного заряда ядра-мишени и ядра-снаряда. Нужно лишь научиться надежно фиксировать редкие случаи, при которых неустойчивое промежуточное ядро распадается на две части, сильно различающиеся по заряду. И искать при этом среди них ядра элемента-114, охлаждающиеся за счет испарения нейтронов. Можно надеяться и на появление осколков, сильно различающихся по массе, а затем увеличивающих свой положительный заряд путем серии бета-распадов или уменьшающих свой заряд за счет альфа-распадов. Необходимо быстро и точно идентифицировать новые трансурановые элементы.
Конечно, вероятность положительного результата окажется наибольшей при бомбардировке ядер урана ядрами урана (суммарный заряд ядра, получающегося при их слиянии, равен 184, а его масса равна 476) или ядрами ксенона (суммарный заряд— 146). Ксенон имеет меньший заряд, чем многие другие элементы, но он является единственным устойчивым тяжелым газом (самый тяжелый газ — радон — радиоактивен и распадается очень быстро). Именно поэтому, наряду с ураном, Флеров указал на ксенон. Он легче поддается ионизации, чем остальные тяжелые элементы, поэтому ионы ксенона удобнее ускорять до энергий, достаточных, чтобы его ядро слилось с ядром урана, несмотря на взаимное отталкивание их положительных зарядов. При бомбардировке урана ксеноном-132 можно вызвать деление ядер урана. Но не просто деление, а такое, при котором наиболее вероятная масса тяжелых осколков с зарядом 114 равна по оценкам 305, а для его «охлаждения» достаточно испарение от четырех до шести нейтронов.
Удастся ли синтез экасвинца, покажет будущее. Но окрестности экасвинца являются не единственным островом устойчивости. За ним, еще дальше от берега, где расположен устойчивый уран-238, оболочечная модель ядра позволяет надеяться на обнаружение второго острова устойчивости — вблизи элемента, ядра которого имеют заряд около 126.
Для их синтеза можно подобрать мишень и снаряд так, чтобы ядро, получающееся при бомбардировке, было возбуждено не сильно и могло охладиться путем испарения небольшого числа нейтронов. Например, бомбардируя ядра тория-232 ядрами криптона-84, можно получить ядро элемента-126, охлаждающееся испарением четырех нейтронов так, что масса ядра синтезируемого элемента оказывается равной 312.
Ученые понимают, что в их работе «перелеты» — получение атомных ядер с номером, большим 114 (или 126), менее опасны, чем «недолеты» — получение атомных ядер с меньшим номером. Ведь «корректировка огня» — приближение к магическому ядру — определяется радиоактивными процессами. В случае «перелета» — это альфа-распад, уменьшающий атомный номер сразу на две единицы, а в случае «недолета» работает бета-распад, увеличивающий атомный номер только на одну единицу. Существенно и то, что альфа-распады более вероятны, а значит, происходят в тяжелых ядрах чаще, чем бета-распады, обусловленные слабым взаимодействием.
В этой связи нельзя не упомянуть еще об одном достижении, полученном на дортмундском ускорителе. Дортмундские ученые наблюдали интересные явления, происходящие, когда ядро-снаряд налетает на ядро-мишень не прямо в лоб. При косом соударении возникает узкая «прицельная зона», в которой взаимодействующие ядра образуют неустойчивую систему из двух компонентов, вращающихся вокруг общего центра масс. Эту систему можно рассматривать как особое, сильно возбужденное состояние суммарного ядра, при котором ядерные силы притяжения нуклонов в течение некоторого времени удерживают исходные ядра и противостоят кулоновским силам отталкивания одноименных зарядов и центробежным силам, стремящимся разрушить это состояние.
Такое сильно возбужденное состояние можно исследовать теоретически при помощи оболочечной модели ядра. При осуществлении эксперимента возможно предсказанное затягивание электронов, принадлежащих снаряду — иону урана и мишени — атому урана, внутрь зоны, Принадлежащей возбужденному суммарному ядру.
Теоретики и ранее указывали на возможность проникновения внутренних электронов тяжелых атомов в зону ядра. Малая вероятность такого явления не позволила до сих пор уверенно зафиксировать его в эксперименте. Совсем недавно в Дортмунде были проведены опыты с бомбардировкой ядер урана ионами урана. Энергия ускорителя недостаточна для преодоления кулоновского отталкивания обоих ядер при лобовом соударении. Но ученым удалось зафиксировать возникновение сильно возбужденного состояния ядерной материи при суммарном заряде 184. Исследования этого экзотического ядра продолжаются.