Еще в 1971 году английские ученые сочли, что они первыми вступили на легендарный "островок устойчивости". После анализа вольфрама, 56-го элемента, который в течение одного года подвергался бомбардировке притонами с огромной энергией в 24 ГэВ в синхротроне CERN, они обнаружили спонтанно распадающийся тяжелый трансуран -- экартуть, элемент 112. По мнению первооткрывателей, атомы вольфрама приобрели столь высокую энергию, что был превзойден порог кулоновского взаимодействия: два ядра вольфрама слились с образованием нового атомного ядра -- элемента 112. Потребовалось некоторое время, чтобы обнаружить ошибку. Вновь виновна в ней была грязь. Таинственная самопроизвольно распадающаяся примесь являлась калифорнием -- 98-м, а не 112-м элементом. До сих пор является загадкой, откуда "вылезло" это загрязнение.
Несмотря на такие превратности судьбы, ученые упорно стремятся соединить друг с другом ядра тяжелых атомов для получения сверхтяжелых элементов. Считается, что следует, соединив последовательно ускорители тяжелых ионов, достичь такой мощности, чтобы даже ядра урана смогли преодолеть порог кулоновского отталкивания и слиться друг с другом. Из двух атомов изотопа урана [238]U должен образоваться [476]Х, то есть 184-й элемент с относительной атомной массой, близкой к 500. Конечно, было бы уже хорошо, если при такой "реакции с избытком" можно было получить хотя бы устойчивые элементы 164 или 114.
Элемент со злополучной атомной массой 500 уже однажды был описан в "литературе": черный, блестящий ком материи размером с яблоко весил центнер. Он состоял из металла с атомной массой 500. Этот сверхтяжелый металл был выплавлен в специальных автоклавах при давлении 50 000 МПа и температуре 1 000 000 °С путем ступенчатого присоединения к урану гелия. Этого вещества, взятого на кончике ножа, было достаточно, чтобы электростанция работала в течение нескольких месяцев... во всяком случае писатель Доминик в 1935 году так описывает синтез и свойства элемента с "атомной массой 500" в романе с тем же названием. С тех пор такие представления бытуют в головах читателей фантастики. Сегодня ставится тот же вопрос: возможен ли синтез элемента с такой атомной массой или при этом мы выскочим за пределы периодической системы?
В наше время уже можно осуществить опыты по ускорению атомов урана до необходимого порога энергии для термоядерного синтеза; для этого можно было бы использовать мощнейшие ускорители тяжелых ионов--UNILAC в Дармштадте, У-400 в Дубне, Super-HILAC в Беркли. Может показаться, что реализация синтеза элемента с массовым числом 500 существенно приблизилась. Когда в 1977 году впервые на UNILAC'e ядра урана с энергией 1785 МэВ были направлены навстречу друг другу, то ожидались истинные чудеса. Физики напряженно склонились над первыми ядерными треками, появившимися на детекторах. Начало вырисовываться оригинальное явление: деление урана на четыре обломка. Оба ядра урана раскололись на две части. Однако сверхтяжелых элементов нельзя было обнаружить.
Граница синтеза элементов оценивается где-то около 200-го элемента. Здесь в будущем должна закончиться периодическая система. Элементы с более высоким порядковым номером не должны существовать: большое число протонов в ядре мгновенно привело бы к захвату ближайших к ядру элементов и в заключение к гибели всего атома. В результате могут образовываться ядра с меньшим зарядом, а часть атома превратилась бы в энергию излучения.
Мы знаем, что фермий-257 является самым тяжелым изотопом, который существует в весомых количествах. Он имеет удобный для практики период полураспада, равный почти ста дням. Этот изотоп мог бы служить в качестве мишени. Поэтому при использовании сильно разогнанных ионов фермия-257, теоретически возможен процесс термоядерного синтеза, приводящий к элементу 200, относительная атомная масса которого равна 500:
[257]Fm + [257]Fm [500]X + 14n
Для 200-го элемента уже есть имя: бинилнилий. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК.) давно пытается воодушевить ученых на единообразное наименование химических элементов. Тогда не будет тех спорных вопросов, которые появились в последнее время. Начиная с элемента 100 наименования складываются из готовых слогов: "нил" для нуля, "ун" для единицы, "би" для двух и суффикс. Тогда элемент 114 назывался бы просто унунквадий, а элемент 200 -- бинилнилий. И никто бы больше не спорил, должен ли элемент 105 называться ханием или нильсборием. Его название уннилпентий. Однако, к огорчению ИЮПАК, еще никто из ученых ни в Дубне, ни в Беркли не последовал этому предложению. Значит, шансы на введение в химию такого "дремучего" языка малы. По мнению Сиборга, ему приятнее сказать "элемент 114", чем "унунквадий", на котором язык сломаешь...
Однако, будет ли когда-нибудь в достаточном количестве фермий-257 -основа для получения бинилнилия, то есть, по-старому, элемента 200? Это вполне оправданный вопрос. Ведь из 1 т плутония в мощном реакторе образуется максимально 1 мкг фермия-257, и то после 10-летней бомбардировки нейтронами! Если не удастся получить большие количества фермия другими путями, то придется отказаться от столь заманчивого синтеза элемента с относительной атомной массой 500.
Больше надежд сулят опыты по синтезу элементов, лежащих близко к островку устойчивости. Так, взаимодействие плутония-244 с дважды магическим кальцием 48 должно было бы привести к элементу 114:
[244]Pu + [48]Са [290]X + 2n
Правда, здесь не получится сверхустойчивого изотопа-298 элемента 114. Однако специалисты ожидают, что изотоп с массовым числом 290 будет также иметь довольно большую продолжительность жизни. Сейчас соответствующие опыты планируются как в Дубне, так и в Беркли. Решающим препятствием до сих пор являлась скудость запасов исходных веществ: в природном кальции присутствует лишь 0,18 % кальция-48, и он должен длительно обогащаться. В настоящее время мировой запас кальция-48 составляет всего несколько граммов. Плутоний-244 тоже необходимо сначала "инкубировать" в реакторе в достаточном количестве.
Однако при всем оптимизме физикам ясно: даже с помощью самых мощный ускорителей тяжелых ионов никогда нельзя будет получить весомые количества сверхтяжелых элементов... Но это не останавливает ученых. Им необходимо знать, куда ведет дорога "за ближайшим уличным поворотом". Действительно, куда же ведет этот путь?
Если повнимательнее присмотреться к истории открытия элементов, богатой ошибками и разочарованиями, то, возможно, появятся сомнения в успехе такой тяжкой погони за "сверхтяжелыми" элементами: не будут ли вновь открыты ложные трансураны? Быть может, он вовсе и не существует, этот далекий "островок устойчивости"? Отто Хан неоднократно подчеркивал, что он постоянно искал не то, что находил. Пусть же ученые в своем путешествии по "морю неустойчивости" откроют в конце концов нечто сногсшибательное! По этому поводу Сиборг заявил: "Если обнаружится, что теория верна, тогда для исследователя откроется совершенно новый мир химии и физики, в сравнении с которым все предыдущие попытки покажутся бесцветными".
Искусственные элементы в исследовании Космоса
Для чего нужны трансураны, а также другие искусственные элементы? Стоят ли они действительно таких огромных затрат для их исследования и производства?
Технеций (Тс), первый искусственный элемент в периодической системе, завоевал широкие области применения. В настоящее время его получают в килограммовых количествах из радиоактивных отходов атомной промышленности. Когда в Соединенных Штатах было начато коммерческое производство и использование технеция, то цена за 1 г за несколько лет упала с 17 000 до 90 долларов. Теперь технеций применяют в медицине как ядерное фармацевтическое средство для радиографии различных органов с целью проверки их функциональной деятельности. Таким путем можно диагностировать также раковые заболевания. Вводимый для этого изотоп [99]Тс, вследствие малого периода полураспада, равного 6 ч, приходится изготовлять в изотопном молибденовом генераторе непосредственно перед использованием.
