Превращение элементов - Казаков Борис Игнатьевич - Страница 45

Летом 1957 г. интернациональная группа учёных в Нобелевском физическом институте Стокгольма произвела обстрел ионами углерода-13 мишени из изотопов кюрия. Эксперимент был очень сложный, но, как казалось, удачный. В небе над зданием газеты «Нью-Йорк таймc» поздней ночью вспыхнули гигантские пляшущие буквы: «Открыт элемент 102! Он назван нобелием!»

Когда же эксперимент стокгольмской группы был повторен физиками Института атомной энергии имени Курчатова в Москве и радиационной лаборатории в Беркли, то выяснилось, что концы с концами не сходятся. Явно не совпадал и сильно различался период полураспада новообразованного элемента. Да и у стокгольмских физиков зарегистрированный полураспад составлял 10 минут, а по их же расчёту он не должен был превышать 10 секунд.

Взрыв циклотрона в Беркли уничтожил запас ценнейшего исходного материала для синтеза и нанёс сильнейший психологический удар исследователям. Лишь через несколько лет учёные в Беркли, разработав самые тщательные меры предосторожности, решились продолжать эксперименты. Препятствия возникали на каждом шагу. Учёные «прошли пока мимо» злополучного 102-го и сделали попытку синтезировать 103-й элемент.

Весной 1961 г. они обстреляли калифорний ионами бора и зарегистрировали рождение элемента, который нарекли лоуренсием. Он имел период полураспада всего 8 секунд.

В таблице элементов вновь образовался пробел, но уже в заурановой её части. Физики довольно зло шутили, что от нобелия осталось только «но», что по-английски означает «нет».

В конечном итоге после долгих и трудных экспериментов усилиями советских физиков, с одной стороны, и американских — с другой, синтез 102-го элемента был осуществлён, и все неясности, сбивавшие до этого с толку, разрешились.

Группу актиноидов, по расчётам физиков, должен был завершить 103-й элемент. Его назвали лоуренсием. На очереди стал вопрос о дальнейшем продвижении, о 104-м элементе, по поводу которого Глен Сиборг, глава американских физиков-заурановиков, сказал, что он «может быть, окажется наиболее интересным из трансурановых элементов». Где найдётся ему место в таблице, каковы будут химические свойства — этого учёные ещё не представляли себе. Он мог принести много неожиданностей и потому, конечно, стал элементом «таинственным и манящим».

Триумф советских физиков

Под руководством Г.Н.Флерова в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне за получение элемента № 104 взялась группа энергичных, настойчивых, инициативных и молодых учёных, среди которых были и физики, и механики, и представители других профессий. Путь их был неимоверно тяжёл, можно сказать, что это была добровольная каторга. Работы проводились на большом циклотроне, который за свои внушительные размеры был прозван одним из гостей «циклотропом».

Руководящих исходных данных для поисков почти не было. Существовала лишь одна гипотеза шведского учёного Юханнесена о том, что время жизни элемента № 104 должно составлять всего лишь 0,014 секунды.

Неуловимый миг, который, казалось, зафиксировать просто невозможно. Сама гипотеза не располагала к тому, чтобы полностью на неё положиться, но другой не было, и Флеров решил ею руководствоваться.

Легче всего получить новый элемент традиционным путём обстрела самого близкого по периодической системе соседа с несколько меньшим зарядом. Однако соседи в данном случае и сами появлялись на свет на такое короткое время и в таком малом количестве, что о традиционном методе и думать было нечего. Снова обратились к не раз уже выручавшему плутонию, решив воздействовать на него ионами неона. Расчёты показывали, что после слияния ядер этих элементов образуется ядро элемента 104, которое, конечно, самопроизвольно распадётся так быстро, что о его кратковременном существовании можно будет судить только по осколкам. Для регистрации осколков против мишени была расположена движущаяся лента — сборник. Скорость движения ленты выбрали с таким расчётом, чтобы за время предполагаемого распада только что родившееся ядро успело подойти к фиксирующим его деление стеклянным детекторам и своими осколками «процарапать» стекло, т. е., как говорят физики, оставить следы, треки, а потом эти следы надо найти, рассмотреть и изучить. Пойди, однако, найди их, если они короче длины световой волны! В электронный микроскоп такой след можно увидеть, но чтобы найти его, потребуются годы — ведь поле зрения у электронного микроскопа очень и очень мало. Совсем не радужная картина. И тогда вспомнили о химической обработке стекла. После лёгкого травления стекла в плавиковой кислоте следы от осколков выявлялись в виде лунок, в тысячу раз больших, чем их первоначальная величина, — искать их уже легче. Но почему выбрали для этой цели стекло, неужели нет ничего получше? Достоинство стеклянных детекторов в том, что они фиксировали лишь крупные осколки, никакие другие частицы — протоны, нейтроны, альфа-частицы — следов не оставляли. Стекло для детекторов требовалось особо чистое. Малейшая примесь урана могла сразу испортить результаты эксперимента. Наиболее подходящим было признано фосфатное стекло, полированное до умопомрачительной чистоты.

После решения этой проблемы много хлопот доставила конструкция ленты-сборника. Собственно говоря, не столь конструкция, сколь её материал. Традиционное в таких случаях золото никак для такой цели не подходило — слишком мала была его прочность. Рассчитанная скорость движения ленты достигала 110 километров в час, и этого не выдерживала даже нержавеющая сталь. После долгих и мучительных поисков подобрали, наконец, сплав на никелевой основе. Эксперимент был начат, но его результаты сразу повергли исследователей в отчаяние. Стеклянные детекторы регистрировали осколки ядер 102-го, 100-го, 95-го и других элементов, только никак не 104-го. Невообразимый фон, хор, из которого выделить нужный голос просто невозможно. Строго говоря, появлению такого фона надо было бы тоже порадоваться — ведь это то самое открытие, которого обычно не ждут. Оно говорило о том, что реакция идёт не так просто, как предполагалось, она, как говорится, не однозначна, могут наряду с ней существовать и многочисленные побочные. Это явление требовало — пожалуй, ещё и сейчас требует — весьма детального изучения, между тем основная цель поиска — 104-й элемент. Есть от чего опустить руки, но этого не произошло. Пришлось мастерить масс-спектрограф, который по размерам занял одну четверть циклотрона. Трудность была преодолена с большой затратой умственной и физической энергии исследователей. Казалось бы, теперь дело пойдёт, но физиков подстерегали новые неожиданности. Соблазнительно сосредоточить на них внимание, но, к сожалению, такой возможности у нас нет, к тому же они уже описаны другими авторами.

Откуда же всё-таки появился такой невообразимый фон? Ведь расчёты показывали, что при слиянии ядер плутония и неона образуется ядро 104-го элемента с выбросом нескольких нейтронов. Всё дело в том, что расчёты исходили из одного характера реакции, реальная же реакция пошла по иному пути. В одном случае при таком слиянии образовывался 102-й элемент, альфа-частица и нейтрон, в другом — 103-й (лоуренсий), протоны и нейтроны. Были и другие варианты, совсем уж, казалось бы, невозможные — на стекле обнаруживали следы более лёгких элементов. Последнее обстоятельство сыграло с исследователями шутку, которая чуть не привела их к ложным результатам.

Когда после долгих бессонных ночей молодые физики отрегулировали установку и запустили её, то вся лаборатория смогла предаться ликованию: на стеклянных детекторах начали появляться следы от осколков новообразованного элемента. Их было немного, но они были! И всё соответствовало тому периоду распада, что был предсказан Юханнесеном, т. е. 0,014 секунды. Но радость оказалась слишком преждевременной. Контрольные опыты не подтвердили, что физики имели дело с 104-м элементом. Странности начались, когда вместо плутония взяли уран, заведомо зная, что ничего получиться не должно, а результат был тот же — следы на стекле, свидетельствующие о периоде распада в 0,014 секунды. Заменили теперь уран бором, и тот же эффект. Казалось, что природа просто издевается над расчётами физиков. От таких «успехов» можно было полностью растеряться, и сказать, что уныние не заглядывало в лабораторию, было бы преувеличением. В конце концов рядом тонко поставленных опытов удалось выяснить, что виновником неожиданного эффекта является изотоп америция с массовым числом 242.