Нещодавно хіміки підтвердили існування 117-го елементу періодичної таблиці (його тимчасова назва унунсептій). Знахідка недвозначно вказує: довгоочікуваний гіпотетичний «острівець стабільності» – довгоживучий елемент посеред моря нетривких надмасивних сусідів, які існують тільки лічені долі секунди – вже десь неподалік.
Лінійний прискорювач у лабораторії GSI у Німеччині, який розігнав іони кальцію до 10% швидкості світла.
Німецькі вчені з Дармштадта одержали хімічний елемент з 117 протонами у ядрі. Нововідкритий елемент знаходиться на самому краю періодичної таблиці, де ядра атомів стають дедалі роздутішими й менш стабільними. При цьому знахідка, як не дивно, зміцнила надію на те, що десь поблизу існує шуканий острівець стабільності – надмасивний хімічний елемент, який має так зване «магічне число» протонів і нейтронів, що дозволяє йому існувати тривалий час.
Хімічні елементи, важчі за уран (92 протони у ядрі), у природі практично не зустрічаються (їх отримують штучно в ядерних реакторах). Причиною цього є те, що зі збільшенням розміру атомного ядра зростає сила, з якою протони відштовхуються один від одного своїми позитивними зарядами. Як наслідок, елемент стає більш радіоактивним і менш стабільним. Одержаний в Дармштадті 117-ий елемент має час піврозпаду одну п’ятдесятитисячну секунди. Це означає, що протягом цього часу половина його маси перетворюється на легші елементи.
Вперше науковці отримали унунсептій у 2010 р. в Об’єднаному інституті ядерних досліджень у Дубні (Росія). Щоб Міжнародний союз теоретичної і прикладної хімії (IUPAC) офіційно включив його в періодичну таблицю Менделєєва, було необхідно, аби його одержали вдруге в іншій лабораторії. Це й зробила команда фізиків з Центру вивчення важких іонів ім. Гельмгольца (GSI) у Дармштадті, яка повідомила про результати 1 травня у журналі Physical Review Letters. Тепер унунсептій отримає офіційну назву.
Щоб одержати унусептій, фізики з GSI бомбардували ядрами кальцію (20 протонів у ядрі) мішень з берклію (97 протонів). Експеримент ускладнило те, що берклій – елемент, який отримати й ізолювати дуже складно. «Для цього ми об’єднали зусилля з Національною лабораторією Оук-Рідж у Теннесі (США), де є єдиний у світі ядерний реактор, що дозволяє синтезувати цей елемент», - стверджує Крістоф Дульман, провідний науковий співробітник GSI. Фізикам з Оук-Рідж знадобилось близько двох років, щоб отримати всього 13 мікрограм берклію, який доправили його до Німеччини для наступної стадії експерименту.
На цій стадії науковці розігнали іони кальцію до 1/10 швидкості світла і спрямували їхній потік на берклій. Під час зіткнення ядер двох елементів деякі з них з’єднувалися у новий елемент з 117 протонами в ядрі. «На тиждень ми отримували приблизно один атом унунсептію», - каже К. Дульман.
У вчених не було можливості детектувати новий елемент безпосередньо, тому вони шукали за продуктами його піврозпаду – альфа-частинами (атомами гелію з двома протонами і двома нейтронами у ядрі).
Щонайцікавіше, під час альфа-розпаду унунсептію науковці вперше одержали ізотоп лоуренсію-266 (103 протони та 163 нейтрони). Час піврозпаду усіх знаних ізотопів цього елементу не перевищує 3 хвилин. А лоуренсій-266 існував аж 11 годин, що робить його одним із найдовговічніших суперважких ізотопів. «Можливо, ми впритул наблизилися до “острівця стабільності”», - каже Дульман.
Ніхто не знає, де знаходиться цей острівець стабільності й, зрештою, чи він взагалі існує. Теорія стверджує, що наступне «магічне число» (поряд з тими, що вже знані) має існувати десь між 108, 110 та 114 протонами і 184 нейтронами. Ці конфігурації, відповідно до розрахунків, обумовлюють особливі характеристики, які дозволяють атомам існувати набагато набагато довше, ніж їхні сусіди. «Усі дані про елементи №№ 116, 117 та 118 підтверджують, що тривалість їхнього існування зростає, якщо наближатися до кількості нейтронів N = 184», - каже фізик-теоретик Вітольд Назаревич з Оук-Рідж, який не брав участь в дослідженні.
Можливо, що стабільність елемента з «магічним числом» нуклонів обумовлює особлива форма його ядра. Нею може бути так звана конфігурація бульбашки з порожниною всередині. «Регіон, який ми досліджуємо, перебуває якраз на порозі “території бульбашки”», - каже Назаревич.
Якщо «острівець стабільності» існує, то немає якихось обмежень часу існування відповідного елемента. Теоретично він може існувати навіть у природі. Вчені провадили численні дослідження, аби підтвердити існування подібних надважких елементів, які могли утворитися, скажімо, внаслідок зіткнення нейтронних зір. Хоча жодного з них досі не знаходили, науковці не полишають надії, що «острівець стабільності» вже десь зовсім близько.
11.05.2014