Открытие последних трех актиноидов--элементов 101, 102 и 103 удалось совершить с 1955 по 1961 годы. Чтобы осуществить синтез 101-го элемента из эйнштейния, в США в 1955 году было использовано все имеющееся количество 99-го элемента: 10[9] атомов -- Около 10[-13] г! Это количество было получено обстрелом плутония нейтронами в специально изготовленном испытательном реакторе. После бомбардировки мишени из эйнштейния ядрами гелия в 60-дюймовом циклотроне в Беркли смогли уловить буквально 17 атомов нового 101-го элемента -- менделевия. Трудность постановки эксперимента с несколькими атомами невообразимо велика. Однако их удалось обнаружить. Это было продемонстрировано всем окружающим весьма впечатляюще: каждый раз, когда был "пойман" атом менделевия, в лаборатории Калифорнийского университета в Беркли раздавался пожарный сигнал. Американские ученые позволили себе такую шутку: счетчик они присоединили к пожарной сирене. Это продолжалось до тех пор, пока не вмешалась пожарная служба и запретила "хулиганство". Менделевий является последним из элементов, полученных в циклотроне. Для синтеза следующих элементов просто-напросто нет достаточного исходного материала. Все большие трудности создавало для ученых одно неприятное свойство трансуранов: их самопроизвольное деление и все уменьшающийся период полураспада. За то время, которое требовалось для получения в реакторе исходного элемента в весомых количествах, он успевал в значительной мере исчезнуть в результате начавшегося распада. Прекрасным примером может служить фермий-257-- наиболее тяжелый известный изотоп, который удалось получить. Период полураспада фермия-257 составляет 97 дней, что позволило считать его подходящим исходным веществом для получения трансфермиевых элементов. Однако при облучении в мощном реакторе из фермия-257 образуется только короткоживущий фермий-258, который самопроизвольно делится за считанные микросекунды. После этого малорадостного открытия надежда ступенчатого получения последующих трансуранов путем захвата нейтронов быстро исчезла. Исследователи дошли до такой точки, когда для синтеза следующих трансуранов требовалось попросту придумать что-то новое. Имелся лишь один выход. Нужно было использовать те трансураны, которые можно было добыть в больших количествах, прежде всего -- это плутоний. Надеялись также получить в достаточных количествах кюрий и калифорний после многолетнего облучения в реакторе. Конечно, используя трансураны с меньшим зарядом ядра, необходимо было испытать более тяжелые снаряды. Нейтроны и альфа-частицы являлись уже недостаточно мощными. Подходящими по массе снарядами были ядра кислорода, азота, углерода, бора и неона, полученные с помощью новых ионных источников. Безусловно, ускорить тяжелые частицы до необходимой энергии возможно только с помощью высокоэффективных ускорителей. Начиная с середины 50-х годов американские физики все свои надежды возлагали на новый линейный ускоритель тяжелых ионов HILAC, а в последнее время -- на еще более мощный Super-HILAC. Их советские коллеги использовали оправдавшие себя ускорители частиц У-200 и У-300. В испытании находится новый циклотрон У-400, который способен ускорить до больших энергий даже ядра урана. Также с середины 50-х годов длится спор между американскими и советскими физиками по поводу того, кто же первым синтезировал и точно идентифицировал элементы с 102 по 105. До сего времени нет единства в вопросе приоритета и названии новых элементов: 102-- жолиотий (по советскому представлению) или нобелий (по американским предложениям): 103 -- резерфордий или лоуренсий: 104 -- курчатовий или резерфордий: 105 -- нильсборий и ханий? Причина таких разногласий заключается, несомненно, в том, что американская группа ученых не могла больше претендовать на приоритет. Со времени основания Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, в 1956 году, решающие импульсы в исследовании трансуранов исходили от советских ученых. С тех пор прогресс в этой специальной отрасли определяли советские исследователи под руководством физика Г. Н. Флерова и его коллеги Ю. Ц. Оганесяна. ОИЯИ в Дубне стал одновременно символом социалистической научной интеграции. В этом институте работают исследователи из всех социалистических стран; они все более широко участвуют в существенных открытиях в ядерной физике. Все началось со 102-го элемента. В Стокгольме в 1957 году подобрался коллектив из американских, английских и шведских физиков. Эта группа считала, что получила изотопы элемента 102, названного ими нобелием, в результате бомбардировки кюрия ядрами углерода. Несколько позже Флеров объявил об удачном синтезе 102-го элемента, осуществленном на циклотроне Института атомной энергии в Москве, путем обстрела плутония-241 ядрами кислорода. Исследователи из Беркли не отставали и также сообщили об успешной идентификации 102-го элемента. Однако все приведенные данные и факты противоречили друг другу. Поэтому американцы стали называть новый элемент не нобелием, a no believium, что в вольном переводе означает "не верю". Физики в Дубне в течение ряда лет систематически дорабатывали эти результаты с тем, чтобы разъяснить противоречия. Только в 1963 году им удалось получить однозначные доказательства. Флеров и его сотрудники смогли безупречно синтезировать 102-й элемент из урана и ионов неона: [238]U + [22]Ne = [256]Х + 4n Физикам пришлось выдумывать изощренные методы разделения, измерения и идентификации для того, чтобы вообще обнаружить новый элемент. Ведь он довольно быстро прощается с этим миром, обладая периодом полураспада всего лишь 8 с. Когда ученые из Беркли смогли располагать 3 мкг калифорния, конечно, в виде смеси различных изотопов, они решились на синтез следующего элемента -- 103-го. Эти 3 мкг калифорния в течение трех лет бомбардировали в линейном ускорителе ядрами атома бора. Было мало надежды на благоприятный результат. Из 100 миллиардов ядер бора только одно могло проникнуть в ядро калифорния, однако ядро нового атома в 99 % случаев должно было снова распасться в результате самопроизвольного деления. Американцы рассчитали, что из 100 000 слияний только одно должно было образовать ядро с 103 протонами -- искомый элемент 103. В 1961 году группа из Беркли сочла, наконец, что идентифицировала несколько атомов одного из изотопов 103-го элемента. Через несколько лет в Дубне советские исследователи, синтезировали из америция-243 и ионов кислорода другой изотоп. Они сразу же исправили прежние данные своих американских коллег. Кто же прав? Одна проблема, по крайней мере, еще до сих пор не разрешена: как называть 103-й элемент? Лоуренсий или резерфордий? С особенным нетерпением ожидалось открытие 104-го элемента -- первого представителя трансактиноидов. Согласно актиноидной теории, элемент 104, будучи экагафнием, должен был бы обладать свойствами, сходными с гафнием или цирконием. В 1964 году коллективу ОИЯИ в Дубне под руководством Флерова удался большой бросок. После бомбардировки плутония-242 ионами неона впервые были обнаружены атомы 104-го элемента -- курчатовия: [244]Pu + [22]Ne = [260]X + 4n До сих пор новый способ его физико-химической идентификации считается мастерским, ибо образовавшийся изотоп самопроизвольно распадается с периодом полураспада всего лишь 0,1 с. Поэтому требовались необыкновенно быстрые действия для того, чтобы химически доказать, что 104-й элемент следует отнести к группе четырехвалентных элементов, вместе с гафнием и цирконием. В Дубне это удалось подтвердить с помощью остроумной экспериментальной техники. Для этой цели использовалась летучесть галогенидов при повышенных температурах: синтезированные атомы 104-го элемента, отброшенные из мишени в результате радиоактивного выброса, подвергали хлорированию при 350 °С. Пропускаемый газообразный хлор смешивали с парами трихлорида кюрия, тетрахлорида циркония и пентахлорида ниобия. Далее эти хлориды оседали на различных участках термохроматографической колонки, в зависимости от того, был ли это три-, тетра- или пента-хлорид. Хлорид 104-го элемента сконденсировался на том же месте, что и тетрахлорид циркония. Американцы, которые тоже были близки к открытию 104-го элемента, получили его в виде изотопа, излучающего альфа-частицы, при бомбардировке калифорния-249 ядрами углерода. Образующийся из него в результате изотоп 102-го элемента можно было безупречно идентифицировать на основании его характеристического рентгеновского излучения. Закон Мозли подтвердился еще в одном случае. 105-й элемент получен группой Флерова уже в 1967 году в результате ядерной реакции америция с ионами неона. Но по уравнению [243]Am + [22]Ne = [260]Х + 4 (5)n образовывался лишь один атом за час. Такого скудного выхода было недостаточно, чтобы окончательно подтвердить открытие. Только в начале 1970 года из Дубны пришло известие о точной идентификации элемента 105. В том же году добились успеха Гиорсо с сотрудниками. В Беркли они синтезировали изотоп 105-го элемента путем бомбардировки 60 мкг калифорния ядрами азота: [249]Cf + [15]N = [260]Х + 4n Элемент 105, будучи аналогом тантала, должен быть пятивалентным. Это удалось безупречно доказать дубнинским исследователям с помощью техники хлорирования, уже испытанной на 104-м элементе. Сверхтяжелые элементы на островке устойчивости Теоретическое и экспериментальное изучение устойчивости ядра дало советским физикам повод для пересмотра применявшихся до сих пор методов получения тяжелых трансуранов. В Дубне решили пойти новыми путями и взять в качестве мишени свинец и висмут. Ядро, как и атом в целом, имеет оболочечное строение. Особой устойчивостью отличаются атомные ядра, содержащие 2--8--20-- 28--50--82--114--126--164 протонов (то есть ядра атомов с таким порядковым номером) и 2--8--20--28--50--82--126--184--196-- 228--272--318 нейтронов, вследствие законченного строения их оболочек. Только недавно удалось подтвердить эти воззрения расчетами с помощью ЭВМ. Такая необычная устойчивость бросилась в глаза, прежде всего, при изучении распространенности некоторых элементов в космосе. Изотопы, обладающие этими ядерными числами, называют магическими. Изотоп висмута [209]Bi, имеющий 126 нейтронов, представляет такой магический нуклид. Сюда относятся также изотопы кислорода, кальция, олова. Дважды магическими являются: для гелия -- изотоп [4]Не (2 протона, 2 нейтрона), для кальция -- [48]Са (20 протонов, 28 нейтронов), для свинца -- [208]Pb (82 протона, 126 нейтронов). Они отличаются совершенно особой прочностью ядра. Используя источники ионов нового типа и более мощные ускорители тяжелых ионов -- в Дубне были спарены агрегаты У-200 и У-300, группа Г. Н. Флерова и Ю. Ц. Оганесяна вскоре стала располагать потоком тяжелых ионов с необычайной энергией. Чтобы достичь слияния ядер, советские физики выстреливали ионами хрома с энергией 280 МэВ в мишени из свинца и висмута. Что могло получиться? В начале 1974 года атомщики в Дубне зарегистрировали при такой бомбардировке 50 случаев, указывающих на образование 106-го элемента, который, однако, распадается уже через 10[-2] с. Эти 50 атомных ядер образовались по схеме: [208]Pb + [51]Cr = [259]X Немного позднее Гиорсо и Сиборг из лаборатории Лоуренса в Беркли сообщили, что они синтезировали изотоп нового, 106-го, элемента с массовым числом 263 путем обстрела калифорния-249 ионами кислорода в аппарате Super-HILAC. Какое имя будет носить новый элемент? Откинув прежние разногласия, обе группы в Беркли и Дубне, соперничающие в научном соревновании, пришли на этот раз к единому мнению. О названиях говорить еще рано, сказал Оганесян. А Гиорсо дополнил, что решено воздержаться от всяких предложений о наименовании 106-го элемента вплоть до прояснения ситуации. К концу 1976 года дубнинская лаборатория ядерных реакций закончила серию опытов по синтезу 107-го элемента; в качестве исходного вещества дубнинским "алхимикам" послужил "магический" висмут-209. При обстреле ионами хрома с энергией 290 МэВ он превращался в изотоп 107-го элемента: [209]Bi + [54]Cr = [261]X + 2n 107-й элемент самопроизвольно распадается с периодом полураспада 0,002 с и, кроме того, излучает альфа-частицы. Найденные для 106- и 107-го элементов периоды полураспада 0,01 и 0,002 с заставили насторожиться. Ведь они оказались на несколько порядков больше, чем предсказывали расчеты ЭВМ. Быть может, на 107-й элемент уже заметно влияла близость последующего магического числа протонов и нейтронов -- 114, повышающая устойчивость? Если это так, то была надежда получить и долгоживущие изотопы 107-го элемента, например обстрелом берклия ионами неона. Расчеты показали, что образующийся по этой реакции изотоп, богатый нейтронами, должен был бы обладать периодом полураспада, превышающим 1 с. Это позволило бы изучить химические свойства 107-го элемента -- экарения. Самый долгоживущий изотоп первого трансурана, элемента 93 -- нептуний-237,-- обладает периодом полураспада 2 100 000 лет; самый устойчивый изотоп 100-го элемента -- фермий-257-- только 97 дней. Начиная с 104-го элемента периоды полураспада составляют лишь доли секунды. Поэтому, казалось, что нет абсолютно никакой надежды обнаружить эти элементы. Для чего же нужны дальнейшие исследования? Альберт Гиорсо, ведущий специалист США по трансуранам, высказался однажды в этой связи: "Причиной для продолжения поисков дальнейших элементов является просто-напросто удовлетворение человеческого любопытства -- а что же происходит за следующим поворотом улицы?" Однако это, конечно, не просто научное любопытство. Гиорсо давал все же понять, как важно продолжение такого фундаментального исследования. В 60-е годы теория магических ядерных чисел приобретала все большее значение. В "море неустойчивости" ученые отчаянно пытались найти спасительный "островок относительной устойчивости", на который могла бы твердо опереться нога исследователя атома. Хотя этот островок до сих пор еще не открыт, "координаты" его известны: элемент 114, экасвинец, считается центром большой области устойчивости. Изотоп-298 элемента 114 уже давно является особым предметом научных споров, ибо, имея 114 протонов и 184 нейтрона, он представляет собой одно из тех дважды магических атомных ядер, которым предсказывают длительное существование, Однако, что же означает длительное существование? Предварительные расчеты показывают: период полураспада с выделением альфа-частиц колеблется от 1 до 1000 лет, а по отношению к самопроизвольному делению -- от 108 до 10[16] лет. Такие колебания, как указывают физики, объясняются приближенностью "компьютерной химии". Весьма обнадеживающие значения периодов полураспада предсказывают для следующего островка устойчивости -- элемента 164, двисвинца. Изотоп 164-го элемента с массовым числом 482 -- также дважды магический: его ядро образуют 164 протона и 318 нейтронов. Науку интересуют и просто магические сверхтяжелые элементы, как, например, изотоп-294 элемента 1 10 или изотоп-310 элемента 126, содержащие по 184 нейтрона. Диву даешься, как исследователи вполне серьезно жонглируют этими воображаемыми элементами, будто они уже существуют. Из ЭВМ извлекаются все новые данные и сейчас уже определенно известно, какими свойствами -- ядерными, кристаллографическими и химическими -- должны обладать эти сверхтяжелые элементы. В специальной литературе накапливаются точные данные для элементов, которые люди, быть может, откроют лет через 50. В настоящее время атомщики путешествуют по морю неустойчивости в ожидании открытий. За их спинами осталась твердая земля: полуостров с естественными радиоактивными элементами, отмеченный возвышенностями тория и урана, и далеко простирающаяся твердая земля со всеми прочими элементами и вершинами свинца, олова и кальция. Отважные мореплаватели уже давно находятся в открытом море. На неожиданном месте они нашли отмель: открытые 106 и 107-й элементы устойчивее, чем ожидалось. В последние годы мы долго плыли по морю неустойчивости, рассуждает Г. Н. Флеров, и вдруг, в последний момент, почувствовали землю под ногами. Случайная подводная скала? Либо песчаная отмель долгожданного островка устойчивости? Если правильно второе, то у нас есть реальная возможность создать новую периодическую систему из устойчивых сверхтяжелых элементов, обладающих поразительными свойствами. После того, как стала известна гипотеза об устойчивых элементах вблизи порядковых номеров 114, 126, 164, исследователи всего мира набросились на эти "сверхтяжелые" атомы. Некоторые из них, с предположительно большими периодами полураспада, надеялись обнаружить на Земле или в Космосе, по крайней мере в виде следов. Ведь при возникновении нашей Солнечной системы эти элементы так же существовали, как и все прочие. Следы сверхтяжелых элементов -- что следует под этим понимать? В результате своей способности самопроизвольно делиться на два ядерных осколка с большой массой и энергией эти трансураны должны были бы оставить в находящейся по соседству материи отчетливые следы разрушения. Подобные следы можно увидеть в минералах под микроскопом после их травления. С помощью такого метода следов разрушения можно в настоящее время проследить существование давно погибших элементов. Из ширины оставленных следов можно оценить и порядковый номер элемента -- ширина трека пропорциональна квадрату заряда ядра. "Живущие" еще сверхтяжелые элементы надеются также выявить, исходя из того, что они многократно испускают нейтроны. При самопроизвольном процессе деления эти элементы испускают до 10 нейтронов. Следы сверхтяжелых элементов искали в марганцевых конкрециях из глубин океана, а также в водах после таяния ледников полярных морей. До сих пор безрезультатно. Г. Н. Флеров с сотрудниками исследовал свинцовые стекла древней витрины XIV века, лейденскую банку XIX века, вазу из свинцового хрусталя XVIII века. Сначала несколько следов самопроизвольного деления указали на экасвинец-- 114-й элемент. Однако, когда дубнинские ученые повторили свои измерения с высокочувствительным детектором нейтронов в самом глубоком соляном руднике Советского Союза, то положительного результата не получили. На такую глубину не могло проникнуть космическое излучение, которое, по-видимому, вызвало наблюдавшийся эффект. В 1977 году профессор Флеров предположил, что он наконец обнаружил "сигналы нового трансурана" при исследовании глубинных термальных вод полуострова Челекен в Каспийском море. Однако число зарегистрированных случаев было слишком мало для однозначного отнесения. Через год группа Флерова зарегистрировала уже 150 спонтанных делений в месяц. Эти данные получены при работе с ионообменником, заполненным неизвестным трансураном из термальных вод. Флеров оценил период полураспада присутствовавшего элемента, который он еще не смог выделить, миллиардами лет. Другие исследователи пошли иными путями. Профессор Фаулер и его сотрудники из Бристольского университета предприняли эксперименты с аэростатами на большой высоте. С помощью детекторов малых количеств ядер были выявлены многочисленные участки с зарядами ядер, превышающими 92. Английские исследователи считали, что один из следов указывает даже на элементы 102...108. Позднее они внесли поправку: неизвестный элемент имеет порядковый номер 96 (кюрий). Как же попадают эти сверхтяжелые частички в стратосферу земного шара? До настоящего времени выдвинуто несколько теорий. Согласно им, тяжелые атомы должны возникать при взрывах сверхновых звезд либо при других астрофизических процессах и достигать Земли в виде космического излучения или пыли -- но только через 1000 -- 1 000 000 лет. Эти космические осадки в настоящее время ищут как в атмосфере, так и в глубинных морских отложениях. Значит, сверхтяжелые элементы могут находиться в космическом излучении? Правда, по оценке американских ученых, предпринявших в 1975 году эксперимент "Скайлэб", такая гипотеза не подтвердилась. В космической лаборатории, облетавшей Землю, установили детекторы, поглощающие тяжелые частички из космоса; обнаружены были лишь треки известных элементов. Лунная пыль, доставленная на Землю после первой посадки на Луну в 1969 году, не менее тщательно обследовалась на присутствие сверхтяжелых элементов. Когда нашли следы "долгоживущих" частичек до 0,025 мм, некоторые исследователи сочли, что их можно приписать элементам 110-- 119. Аналогичные результаты дали исследования аномального изотопного состава благородного газа ксенона, содержащегося в различных образцах метеоритов. Физики высказали мнение, что этот эффект можно объяснить лишь существованием сверхтяжелых элементов. Советские ученые в Дубне, которые проанализировали 20 кг метеорита Алленде, упавшего в Мексике осенью 1969 года, в результате трехмесячного наблюдения смогли обнаружить несколько спонтанных делений. Однако после того, как было установлено, что "природный" плутоний-244, некогда являвшийся составной частью нашей Солнечной системы, оставляет совершенно сходные следы, интерпретацию стали проводить осторожнее. Атомная масса 500. Где границы вещественного мира? В июле 1976 года, как будто специально к 200-летнему юбилею США, мир облетело сообщение, которое отметили как научную сенсацию высшего порядка. Америка открыла элемент 126 с относительной атомной массой 350! Первый представитель гипотетических суперактиноидов, к которым должны принадлежать элементы от 122 до 153, был найден. Его назвали бисентениум -- в честь 200-летия независимости США. Открывателями, прославившими себя, оказались Роберт Джентри из Национальной лаборатории в Ок-Ридже и несколько сотрудников из Калифорнийского государственного университета. Многие годы Джентри занимался "радиоактивными нимбами", присутствующими в различных минералах и называемыми также ореолами. Последние образуются в результате альфа-излучения радиоактивных атомов, которое разрушает кристаллическую решетку. Можно измерить размеры этих нимбов под микроскопом и затем оценить энергию альфа-частиц. Еще в 1935--1940 годах австрийский физик Иозеф Шинтльмейстер бился над разрешением той же проблемы. Он был одержим идеей о наличии неизвестных элементов в минералах типа слюды. Его особенно интересовали плеохроические нимбы, которые возникают вследствие радиоактивных включений. Некоторые из нимбов были так велики, что должны были вызываться альфа-излучением с необычно большой энергией. Позднее профессор Шинтльмейстер работал в Россельдорфе и продолжал поиски, хотя и безрезультатные, этих загадочных альфа-излучений. До последнего времени он неустанно обменивался научными мыслями с профессором Флеровым. Неизвестно, знал ли Джентри о работах Шинтльмейстера. Однако он шел по тому же следу. В биотите с Мадагаскара Джентри обнаружил неожиданно большие нимбы -- гигантские ореолы. Они должны были возникнуть под действием альфа-частиц с энергией 14 МэВ. Однако среди известных нуклидов нельзя обнаружить альфа-излучателей такого рода. Джентри и его сотрудники считали, что такие гигантские нимбы можно объяснить распадом сверхтяжелого элемента. Американцы сняли рентгеновские спектры предполагаемых сверхтяжелых элементов индуцированием потоком протонов и приписали найденные значения элементу 126, а также элементам 116, 124 и 127. Такая смелость задела за живое ученых всего мира. Несколько исследовательских групп устремились перепроверять ошеломляющие данные Джентри. Особенно велики в этом заслуги сотрудников Института ядерной физики имени Макса Планка (Гейдельберг) под руководством профессора Повха. В конце 1976 года последовало разочарование. Повх хладнокровно объявил, что американцы стали жертвой как эффекта загрязнений, так и неправильной интерпретации данных рентгеноспектроскопии. Все рентгеновские полосы, отнесенные к сверхтяжелым элементам, на самом деле происходят от обычных элементов, главным образом от церия. "На такие ошибки надо смотреть философски,-- утешал Повх.-- Тот, кто неустанно всю свою жизнь ищет какую-либо вещь, вдруг верит в то, что он ее действительно нашел. Со мной как-то произошло то же самое". С тяжелым сердцем начал Джентри сам развенчивать свое "открытие". В конце концов он подверг бомбардировке в синхротроне тот же кусок биотита, в котором он в свое время якобы находил бисентениум. Таким путем Джентри хотел получить рентгеновские линии, отнесение которых не подвергалось бы критике коллег. На этот раз Джентри уже не нашел никаких указаний на сверхтяжелые элементы с порядковыми номерами от 105 до 129. Не нашел и тогда, когда повысил чувствительность определений до 5*10[8] атомов в каждом гигантском ореоле. Островок устойчивости, неясно возникший было на горизонте, оказался на этот раз миражем. Как и 40 лет назад, нашли лишь... ложные трансураны. Однако для пессимизма пока повода не было. Имеется сообщение 1977 года: исследователи Института ядерной физики в Орсей (Франция) нашли неизвестную естественную радиоактивность в чистом гафнии и в гафниево-циркониевых минералах. Источником ее должен быть новый сверхтяжелый элемент, который может содержаться в количестве 10[-13] г в 1 г исходного вещества. Естественно, французы пока не высказываются, какой именно это трансуран и как его называть. Следовательно, несмотря на все неудачи, поиски неизвестных сверхтяжелых элементов продолжаются. Наука неизменно стремится продвинуться до крайних пределов периодической системы. Если не удастся найти сверхтяжелые элементы на Земле или в Космосе, тогда надо хотя бы получить их искусственно, а путь для этого, известен: превращение других элементов. 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. Поговаривают о технеции как о возможном катализаторе для химической промышленности. Однако самые большие его достоинства заключаются в защите от коррозии. Пертехнаты являются мощными ингибиторами коррозии. Такое открытие сделал американец Картледж в начале 1955 года. Он обнаружил, что добавка уже 0,00005 % технеция прекращает коррозию стали и железа в воде. Прометий (Pm), второй искусственный элемент, также приобрел значение в технике. Бета-излучатель прометий-147 в качестве заменителя радия применяют для изготовления фосфоресцирующих веществ, которые используют, например, для контрольных приборов на борту самолетов. Прометий нужен также для измерения радиоактивным методом толщины фольги и листового стекла. Однако наиболее важным применением этого элемента является его способность быть источником ядерной энергии: он, как все радиоактивные бета-излучающие элементы, ионизирует пограничный слой полупроводников, в результате чего возникает ток. Такое явление называют бетавольтэффектом. Оксид прометия-147 массой в 24 г, запрессованный под давлением в платиновую капсулу, дает энергию в 8 Вт. В настоящее время изготовляют минибатареи из прометия-147 размером не более двухкопеечной монеты. Длительность их работы ограничена лишь периодом полураспада изотопа. Последний составляет два с половиной года. Альфа-излучающие трансураны по своей природе способны выделять значительную тепловую энергию. Поэтому препараты кюрия сильно фосфоресцируют и такого термического свечения достаточно для того, чтобы их можно было сфотографировать в темноте в собственном излучении. Водные растворы, содержащие несколько миллиграммов соли кюрия на литр, закипают сами собой. Они выглядят, как искрящееся шампанское,-- завораживающее зрелище. При работе такие растворы необходимо непрерывно охлаждать. Таблетки из нескольких граммов оксида кюрия постоянно раскалены, температура их поверхности выше 1200 °С! Когда в 1947 году впервые получили кюрий в "значительных" количествах, этот мировой запас состоял из крошечной пылинки гидроксида кюрия, едва видимой невооруженным глазом. В настоящее время кюрий получают в килограммовых количествах. По своей удельной теплотворной способности, равной 123 Вт/г, кюрий-242 с периодом полураспада 162 дня превосходит все другие трансураны. Кюрий-244 выделяет лишь 2,9 Вт/г, но зато обладает большей продолжительностью жизни (период полураспада 17,6 лет). Плутоний-238, выделяющий энергию в 0,46 Вт/г, имеет почтенный период полураспада в 88 лет. Из этих альфа-излучателей с помощью термоэлементов получают ток. При установке таких термоионных изотопных батарей целиком руководствуются их назначением. Если желательны долгоживущие источники энергии, например для измерительных или запускаемых в космос приборов, для снабжения током светящихся буев и автоматических метеостанций либо для обогрева одежды водолазов или космонавтов, то предпочтителен кюрий-244 или плутоний-238. Если же, напротив, требуется на короткое время выработка больших количеств энергии, то выгоднее батарея из кюрия-242. Обычно атомные батареи применяют повсеместно в тех случаях, где эти носители энергии могут проявить свои поразительные свойства: они занимают минимальный объем, не нуждаются в уходе и надежны даже в экстремальных условиях. Предпочтительнее всего использовать их в космических путешествиях. Когда 4 октября 1957 года в СССР был выведен на орбиту первый искусственный спутник Земли, то его химические батареи могли давать энергию в течение 23-х дней. После этого мощность их была исчерпана. Напротив, батареи из радиоактивных нуклидов имеют совершенно иные резервы мощности. В 1961 году такая батарея типа SNAP (System for nuclear auxiliar Power[72]) впервые установлена США на борту навигационного спутника "Транзит". Поставщиком энергии служил плутоний-238, теплота которого термоэлектрически превращалась в ток. С тех пор в космических полетах не раз использовали атомные батареи, Советский Союз -- в спутниках типа "Космос". В США, например, метеоспутник "Нимбус", который вращается вокруг Земли с мая 1968 года, имеет батарею на плутоний-238 мощностью 60 Вт. Американский лунный зонд "Сарвейор", который в 1966 году передал по радио на Землю первый химический анализ лунного грунта, обладал энергетической установкой в 20 Вт, питаемой 7,5 г кюрия-242. Известной стала мини-электростанция SNAP 27, мощность которой (73 Вт) обеспечивается 4,3 кг плутония-238. Ее размеры составляют 45 X 40 см. 12 ноября 1969 года астронавты "Аполлона 12" установили SNAP 27 на Луне. Из соображений безопасности на время космического полета американские космонавты закрепили плутониевый стержень, имеющий температуру 700 °С, на наружной стенке лунного корабля. Только после посадки они поместили его внутрь генератора. SNAP 27 сразу стали давать электрический ток, а позднее -- снабжать энергией оставленную на Луне измерительную аппаратуру. Еще раньше, при первой посадке на Луну, американцы использовали источники энергии из плутония-238. Такие батареи помещали в измерительные приборы