Почему "японий"?
Летом 2003 года в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, провели эксперимент по синтезу 115-го элемента периодической системы. В сентябре был опубликован препринт соответствующей статьи и объявлено об открытии на Менделеевском съезде в Казани.
Для получения новых сверхтяжелых элементов используется ускоритель тяжелых ионов. В данном случае, как и в серии других экспериментов, проводимых в ОИЯИ, такими ионами были ионы изотопа кальция ⁴⁸Ca. Этот изотоп практически не радиоактивен (период его полураспада составляет 4•10¹⁹ лет), но очень редок (его доля в природной смеси изотопов всего 0,187 %). Строение ядра этого изотопа ― на 20 протонов в нем приходится 28 нейтронов ― делает его крайне полезным для синтеза сверхтяжелых элементов: чем больше нейтронов окажется во вновь синтезируемом ядре, тем лучше. Этот изотоп в силу своей редкости весьма дорог (1 г кальция, обогащённого ⁴⁸Ca, стоит около $200 000) и в граммовых количествах производится только в России. Однако в силу очевидных причин (в этом ядре 20 протонов, значит получаемое ядро сверхтяжелого элемента будет иметь порядковый номер на 20 больше, чем ядро мишень) для получения элементов с порядковым номером больше 112 необходимо использовать мишени из искусственных (отсутствующих в природе) элементов с номерами больше 92. Нейтроноизбытосные изотопы плутония, америция, кюрия, берклия, калифорния производятся в американских и российских ядерных реакторах (в Ок-Ридже и Димитровграде), а затем отделяются от прочих изотопов на масс-сепараторах ВНИИЭФ в Сарове. Арифметика подсказывает, что из этих мишеней получаются элементы с порядковыми номерами 114, 115,116,117 и 118. Стоит обратить внимание, что элементы-мишени с нечетными порядковыми номерами гораздо менее доступны,нежели с четными.
Элемент 114 был синтезирован по этой схеме в 1998 году, а элемент 116 - в 2000:
²⁴⁴Pu + ⁴⁸Ca → ²⁸⁹Fl + 3n,
²⁴⁸Cm + ⁴⁸Ca → ²⁹³Lv + 3n.
В соответствии с требованиями совместной рабочей группы ИЮПАК и ИЮПАП для присвоения новому элементу названия необходимо подтверждение результатов независимой лабораторией, что и было сделано в 2009 году в лаборатории им. Лоуренса в Беркли. После этого подтверждения запустилась процедура присвоения названий, приоритет открытия был разделен между российской Лабораторией ядерных реакций им. Флерова в ОИЯИ и американской Ливерморской национальной лаборторией им. Лоуренса (лаборатории в Ливерморе и в Беркли - это разные лаборатории, первая работает на военных), 114 элемент назвали флеровием, 116 - ливерморием.
Подобным же образом в ОИЯИ объявили об открытии 118 элемента в 2002 году, 115, как писалось выше, в 2003, а 117 - в 2009:
²⁴⁹Cf + ⁴⁸Ca → ²⁹⁴Uuo + 3n,
²⁴³Am + ⁴⁸Ca → ²⁸⁸Uup + 3n,
²⁴⁹Bk + ⁴⁸Ca → ²⁹⁴Uus + 3n (Uup, Uus, Uuo - это временные систематические обозначения элементов с порядковыми номерами, соответственно, 115, 117 и 118).
Разумеется, дубненским физикам ничего не помешало в 2007 таким же образом синтезировать элемент номер 113 (Uut) году по реакции
²³⁷Np + ⁴⁸Ca → ²⁸²Uut + 3n.
Если бы это был первый успешный синтез 113 в Дубне, то физики из флеровской лаборатории не могли бы уверенно претендовать на приоритет, поскольку весомую заявку в 2004 году сделали японцы из Института физико-химических исследований RIKEN. Не имея доступа к ⁴⁸Ca, они разгоняли на ускорителе нейтроноизбыточный изотоп цинка, а в качестве мишени взяли висмут:
²⁰⁹Bi + ⁷⁰Zn → ²⁷⁸Uut + n.
Полученное таким образом ядро содержит существенно меньше нейтронов и поэтому имеет гораздо меньшее время жизни. Как отмечают российские физики, в силу этого «избранный учеными RIKEN метод синтеза СТЭ себя полностью исчерпал, и сегодня они планируют будущие эксперименты только по предложенному в Дубне методу».
Почему же решение (пока ещё не объявленное официально) о признании приоритета японцев и присвоении названия «японий» (Jp) вызывает недоумение лично у меня, да и не только? Да потому что синтезированный в 2003 году в Дубне Uup является α-радиоактивным, т. е. самопроизвольно распадается с испусканием ядер гелия по схеме
²⁸⁸Uup → ²⁸⁴Uut + ⁴He.
Распады эти были многократно зарегистрированы и подтверждены в последующих экспериментах. Помимо ²⁸⁴Uut так же регистрировался изотоп ²⁸³Uut, а позднее в цепочке α-распадов Uus были выявлены ²⁸⁵Uut и ²⁸⁶Uut.
Однако совместная рабочая группа ИЮПАК и ИЮПАП не сочла данные о регистрации событий распада этих ядер достаточно убедительными. Почему? Если ничего не изменилось с 2011 года, когда был опубликован доклад «Discovery of the elements with atomic numbers greater than or equal to 113 (IUPAC Technical Report)», то причина в следующем: свойства изотопов из цепочек α-распадов никем не были независимо установлены, что не позволяет трактовать регистрацию этих распадов, как открытие нового элемента. Окончательно всё выяснится при официальном оглашении решения.
Для получения новых сверхтяжелых элементов используется ускоритель тяжелых ионов. В данном случае, как и в серии других экспериментов, проводимых в ОИЯИ, такими ионами были ионы изотопа кальция ⁴⁸Ca. Этот изотоп практически не радиоактивен (период его полураспада составляет 4•10¹⁹ лет), но очень редок (его доля в природной смеси изотопов всего 0,187 %). Строение ядра этого изотопа ― на 20 протонов в нем приходится 28 нейтронов ― делает его крайне полезным для синтеза сверхтяжелых элементов: чем больше нейтронов окажется во вновь синтезируемом ядре, тем лучше. Этот изотоп в силу своей редкости весьма дорог (1 г кальция, обогащённого ⁴⁸Ca, стоит около $200 000) и в граммовых количествах производится только в России. Однако в силу очевидных причин (в этом ядре 20 протонов, значит получаемое ядро сверхтяжелого элемента будет иметь порядковый номер на 20 больше, чем ядро мишень) для получения элементов с порядковым номером больше 112 необходимо использовать мишени из искусственных (отсутствующих в природе) элементов с номерами больше 92. Нейтроноизбытосные изотопы плутония, америция, кюрия, берклия, калифорния производятся в американских и российских ядерных реакторах (в Ок-Ридже и Димитровграде), а затем отделяются от прочих изотопов на масс-сепараторах ВНИИЭФ в Сарове. Арифметика подсказывает, что из этих мишеней получаются элементы с порядковыми номерами 114, 115,116,117 и 118. Стоит обратить внимание, что элементы-мишени с нечетными порядковыми номерами гораздо менее доступны,нежели с четными.
Элемент 114 был синтезирован по этой схеме в 1998 году, а элемент 116 - в 2000:
²⁴⁴Pu + ⁴⁸Ca → ²⁸⁹Fl + 3n,
²⁴⁸Cm + ⁴⁸Ca → ²⁹³Lv + 3n.
В соответствии с требованиями совместной рабочей группы ИЮПАК и ИЮПАП для присвоения новому элементу названия необходимо подтверждение результатов независимой лабораторией, что и было сделано в 2009 году в лаборатории им. Лоуренса в Беркли. После этого подтверждения запустилась процедура присвоения названий, приоритет открытия был разделен между российской Лабораторией ядерных реакций им. Флерова в ОИЯИ и американской Ливерморской национальной лаборторией им. Лоуренса (лаборатории в Ливерморе и в Беркли - это разные лаборатории, первая работает на военных), 114 элемент назвали флеровием, 116 - ливерморием.
Подобным же образом в ОИЯИ объявили об открытии 118 элемента в 2002 году, 115, как писалось выше, в 2003, а 117 - в 2009:
²⁴⁹Cf + ⁴⁸Ca → ²⁹⁴Uuo + 3n,
²⁴³Am + ⁴⁸Ca → ²⁸⁸Uup + 3n,
²⁴⁹Bk + ⁴⁸Ca → ²⁹⁴Uus + 3n (Uup, Uus, Uuo - это временные систематические обозначения элементов с порядковыми номерами, соответственно, 115, 117 и 118).
Разумеется, дубненским физикам ничего не помешало в 2007 таким же образом синтезировать элемент номер 113 (Uut) году по реакции
²³⁷Np + ⁴⁸Ca → ²⁸²Uut + 3n.
Если бы это был первый успешный синтез 113 в Дубне, то физики из флеровской лаборатории не могли бы уверенно претендовать на приоритет, поскольку весомую заявку в 2004 году сделали японцы из Института физико-химических исследований RIKEN. Не имея доступа к ⁴⁸Ca, они разгоняли на ускорителе нейтроноизбыточный изотоп цинка, а в качестве мишени взяли висмут:
²⁰⁹Bi + ⁷⁰Zn → ²⁷⁸Uut + n.
Полученное таким образом ядро содержит существенно меньше нейтронов и поэтому имеет гораздо меньшее время жизни. Как отмечают российские физики, в силу этого «избранный учеными RIKEN метод синтеза СТЭ себя полностью исчерпал, и сегодня они планируют будущие эксперименты только по предложенному в Дубне методу».
Почему же решение (пока ещё не объявленное официально) о признании приоритета японцев и присвоении названия «японий» (Jp) вызывает недоумение лично у меня, да и не только? Да потому что синтезированный в 2003 году в Дубне Uup является α-радиоактивным, т. е. самопроизвольно распадается с испусканием ядер гелия по схеме
²⁸⁸Uup → ²⁸⁴Uut + ⁴He.
Распады эти были многократно зарегистрированы и подтверждены в последующих экспериментах. Помимо ²⁸⁴Uut так же регистрировался изотоп ²⁸³Uut, а позднее в цепочке α-распадов Uus были выявлены ²⁸⁵Uut и ²⁸⁶Uut.
Однако совместная рабочая группа ИЮПАК и ИЮПАП не сочла данные о регистрации событий распада этих ядер достаточно убедительными. Почему? Если ничего не изменилось с 2011 года, когда был опубликован доклад «Discovery of the elements with atomic numbers greater than or equal to 113 (IUPAC Technical Report)», то причина в следующем: свойства изотопов из цепочек α-распадов никем не были независимо установлены, что не позволяет трактовать регистрацию этих распадов, как открытие нового элемента. Окончательно всё выяснится при официальном оглашении решения.