Всё пучком: бомбардировка мишеней на открывшемся в Дубне ускорителе позволит синтезировать новые элементы

Первый пуск нового ускорительного комплекса ДЦ-280 состоялся 25 марта в Дубне. С помощью этой установки ученые планируют получить новые ядра сверхтяжелых элементов — с атомными номерами 119 и 120. Это позволит расширить человеческие знания о материи, получить дополнительное понимание того, как работают законы природы, и, возможно, даже скорректировать периодический закон Менделеева. Проект «Фабрика сверхтяжелых элементов», который реализуется в нашей стране, станет мировой базой для будущих исследований сверхтяжелых ядер и послужит закреплению приоритета России в этой области. Химические свойства новых элементов будут изучаться в течение 15–20 лет.

Прямо в мишень

ДЦ — сокращенно означает Дубнинский циклотрон. ДЦ-280 — это базовая установка нового научного комплекса по синтезу и изучению новых элементов. Проект называется «Фабрика сверхтяжелых элементов». Он один из основных в программе развития перспективных исследований в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. К «Фабрике» относится не только ускоритель ДЦ-280, но и новое здание со всеми его многочисленными инженерными системами, экспериментальные установки для физических и химических исследований.

Для чего нужна эта «Фабрика»? Дело в том, что чем тяжелее элемент, тем сложнее его получить. Элементы тяжелее урана (его атомный номер, соответствующий числу протонов, 92) на Земле не найдены. Поэтому тяжелые элементы за ураном синтезируют искусственно. Элементы с атомными номерами больше 100 удается получать только на ускорителях. Для этого ядро уже имеющегося элемента, специально выбранного учеными по необходимым параметрам, разгоняют до скорости около 30 тыс. км/с и бьют им в так называемую мишень из более тяжелых атомов. В этом процессе есть небольшой шанс, что ядра мишени и разгоняемого элемента сольются вместе, образовав новое сверхтяжелое ядро. Это и называется синтезом нового элемента.

Важный фактор, влияющий на количество получаемых сверхтяжелых ядер, — это интенсивность пучка, то есть количество ускоренных ядер, достигающих мишени в секунду. Интенсивность пучка ДЦ-280 (60 трлн ядер в секунду) в 10 раз больше, чем у ускорителей-предшественников, У-400 и У-400 М, также созданных в Дубне.

— Бюджет проекта обеспечивают 18 стран — участниц института, — рассказал научный руководитель лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова ОИЯИ, академик РАН Юрий Оганесян. — Дважды в год полномочные представители стран собираются, чтобы уточнить бюджет и изучить расходы. 25 марта состоялось очередное заседание, к нему приурочен и первый пуск ДЦ-280. Пробный запуск мы делали еще в декабре. Убедились в том, что все заложенные в ускоритель технические параметры реализуются, что «всё происходит как надо, всё идет по плану». Мы запускаем ускоритель по графику, полностью уложившись в выделенные финансовые средства. Это даже удивительно, — добавил академик.

В год периодической таблицы

По словам Михаила Котюкова, очень символично, что запуск происходит в год, который в соответствии с резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН был объявлен Международным годом таблицы Менделеева.

— Решение Генассамблеи ООН является еще одним подтверждением огромного вклада ОИЯИ в развитие фундаментальной науки, — сообщил Михаил Котюков. — В ноябре 2016 года в периодическую таблицу Менделеева официально были внесены четыре новых химических элемента с номерами: 113 (нихоний), 115 (московий), 117 (теннессин) и 118 (оганесон). Таким образом, седьмой ряд периодической таблицы Менделеева теперь полностью завершен. Мы надеемся, что «Фабрика» станет мировой базой для будущих исследований сверхтяжелых ядер и послужит закреплению приоритета России и всех стран — участниц ОИЯИ как лидеров в области синтеза и изучения свойств сверхтяжелых элементов.

О новой «Фабрике» и ее будущих успехах уже говорят ведущие ученые всего мира, ожидая новых открытий, ведь пять из последних признанных всем миром сверхтяжелых элементов были открыты именно в России.

— И сейчас наши ученые, академик Оганесян и его коллеги, объявили о том, что будут пытаться синтезировать новые элементы — с атомными номерами 119 и 120, — подчеркнул профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов. — Но чтобы их синтезировать, нужны более тяжелые мишени, более тяжелые ядра-бомбардировщики.

Всё идет по плану

По словам Юрия Оганесяна, после запуска ускорителя — во II квартале 2019 года — должны быть проведены два показательных, демонстрационных эксперимента. Исследователи планируют продемонстрировать всем и самим себе в первую очередь, что идеи, лежащие в основе созданного нами научно-экспериментального комплекса, состоятельны.

В качестве так называемого демонстрационного эксперимента ученые планируют получить элемент московий, который впервые синтезировали еще в 2000-е годы. Причем на этот раз физики собираются получить московий в большом количестве, чтобы элемент можно было детально изучить. Ученые рассчитывают не менее чем на несколько десятков и — при удачном раскладе — даже сотен атомов.

— Еще одна цель эксперимента — настроить новое оборудование, «почувствовать» его и всё отладить, — рассказывает ученый секретарь лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Александр Карпов. — Если хорошо понять особенности новой техники, то потом к настройкам можно будет возвращаться как можно реже. Эксперимент с московием продлится месяц или два, после этого уже можно будет приступать к следующему.

Меняя законы

Новый, уже не демонстрационный, эксперимент будет состоять в получении 120-го элемента. Пучок ионов титана-50 будет бить по мишени из калифорния (номер в таблице Менделеева 98, один из самых дорогих металлов на Земле. — «Известия»). На данный момент ученые ждут доставки этой мишени из США, так как необходимый материал есть только в лаборатории Ок-Риджа (Oak Ridge National Laboratory). Предположительно эксперимент начнется осенью.

После получения 120-го элемента физики планируют перейти к работам по 119-му. Такой порядок обусловлен тем, что мишень для элемента с атомным номером 119 состоит из берклия. Это редкий материал, который к тому же живет всего 300 дней, за это время половина мишени распадется, превращаясь в калифорний.

— А дальше начнется очень большая программа, думаю, лет на 15–20, главной частью которой будет изучение тех элементов, которые уже были открыты, в частности, их химических свойств, — добавил Александр Карпов. — Именно такова одна из основных целей комплекса «Фабрика сверхтяжелых элементов». Нам нужно набрать статистику, получив как можно большее количество атомов новых элементов, что сделать на другом оборудовании просто невозможно.

Получение и изучение сверхтяжелых элементов важны для понимания законов природы, в частности для уточнения периодического закона Менделеева. Очень возможно, как считают ученые, на уровне сверхтяжелых элементов этот закон будет видоизменяться.

Источник