Ловци на елементи - списание National Geographic Румъния
Всички химически елементи в природата - различните видове атоми - са отдавна открити. В днешно време, за да превърнете нова в катастрофа и да наложите границите на материята, първо трябва да я създадете.
Текст: Роб Дън
Снимка: Макс Агилера-Хелвег
Миналата година, на 22 октомври, в 9:29 ч. В лабораторията на Юрий Оганесян в Дубна, северно от Москва, звънна камбана. В тесен лабиринт, облицован с рафтове с книги и дъски, 12 ядрени физици седяха на бюрата си, пълни с купчини хартия или хранителни опаковки. В другия край на стаята възстановен, но почтен циклотрон хвърля калциеви атоми върху парче фолио със скорост 108 милиона километра в час. Камбаната обяви, че един от сблъсъците е успял: роден е нов атом. По това време това беше единственият атом на Земята от елемент 117 - и едва 19-ият, който някога е съществувал. Останалите също бяха създадени в тази лаборатория, но всички бързо бяха изчезнали. След част от секундата той изчезна.
Дубна, град на Волга, е основан в гора като нов град на учените след Втората световна война. Георги Флеров, който беше помогнал за стартирането на съветската програма за ядрено оръжие, създаде лабораторията, която по-късно беше поета от Оганесян. В началото на войната Флеров беше забелязал, че потокът от статии за радиоактивни елементи, написани от американски и германски изследователи, внезапно спря. Той подозира, че те работят по атомната бомба и пише на съветския лидер Йосиф Сталин през април 1942 г. Сталин също възлага на руските физици задачата да направят атомна бомба. За ролята си Флеров беше възнаграден с кола, ваканционен дом (дацея) и най-важното - лабораторията в Дубна. Там той се фокусира върху лов за нови химикали.
Всичко, което познавате и обичате на Земята, както и всичко, което не знаете, се състои от химически елементи - различни видове атоми. Те са на милиарди години, повечето от тях и са разпръснати в космоса от Големия взрив или експлодиращи звезди, а след това са включени в новородената Земя и рециклирани за неопределено време, от скала до бактерии, до президент или до катерица. В края на 19 век друг руснак, Дмитрий Менделеев, се опита да ги подреди, групирайки ги според таблицата и други атрибути в периодичната си таблица. По-късно учените свързват установения от Менделеев ред със структурата на атомите. Всеки елемент получи число: броят на протоните в ядрото.
До 1940 г. изследователите са открили всичко трайно и древно на Земята, до уран, елемент 92. Те са попълнили всички пропуски, оставени от Менделеев в таблицата му. Но те не бяха изпълнили мисията си. Отвъд урана се отваря цял свят от възможности - елементи, които са твърде радиоактивни и нестабилни, за да оцелеят милиарди години. За да изследвате този свят, първо трябва да го създадете.
Първите стъпки от този творчески процес се промениха повече от периодичната таблица. През 1941 г., след като Глен Сиборг и колеги от Калифорнийския университет в Бъркли произвеждат елемент 94, плутоний, Сиборг веднага е назначен за проекта в Манхатън. Флеров беше прав. След като помогна за изграждането на плутониевата бомба, която беше изстреляна в Нагасаки, Япония, за да сложи край на войната, Сиборг се завърна в Бъркли. Той продължи да създава нови елементи, с по-малко драматични приложения - например за детектори на дим - или дори без. Към 1955 г. екипът му вече е достигнал точка 101. Сиборг го назовава Менделеев.
Известно време изглеждаше, че масата на Менделеев може да свърши там, с елемента, който носеше неговото име. Протоните в атомното ядро винаги се опитват да го разградят; положителните им електрически заряди се отблъскват. Неутроните - електрически неутрални частици, които превъзхождат протоните - помагат да се поддържа кохезията на ядрото. Но тази сила на свързване работи само на изключително къси разстояния и отслабва бързо с увеличаването на размера на сърцевината. Следователно трябва да има финална кутия от периодичната таблица с максимален размер, над който атомът не би бил стабилен дори за малък период, като вид ефемериди на химията. С менделеева, който има период на полуразпад 51,5 дни, изследователите изглежда са стигнали до края.
Екипът на Бъркли обаче продължи усилията си, а също и съперничеството с Лабораторията за ядрени реакции на Флеров, в рамките на Съвместния институт за ядрени изследвания, в Дубна. Между 1965 и 1974 г. Бъркли твърди, че е произвел елементи 102, 103, 104, 105 и 106 - като екипа на Дубна. Всички тези ефемериди умряха само за няколко часа. Спорът за това кой пръв ги е създал еволюира зле, вероятно изострен от Студената война. В крайна сметка беше постигнат компромис: елемент 105 беше наречен дубний, а елемент 106 - морски боргиум. По този начин беше избегната ядрената война.
Междувременно теоретиците бяха намерили нова цел за тези усилия. Много голямо ядро би могло да бъде изненадващо стабилно - те решиха - ако има "магически числа" на протони и неутрони - точно толкова, колкото да запълнят дискретните слоеве, които тези частици заемат. Тази идея, ако се докаже вярна, би променила всичко. Това означаваше, че може би, просто може би, имаше „остров на стабилност“ отвъд хоризонта, където ужасно тежки елементи със 114, 120 или 126 протона успяха да издържат минути, седмици или дори хиляди години. Тази мъглява мечта за възможен нов свят изведнъж направи цялото търсене много по-привлекателно. Тогава Оганесян се присъедини към лабораторния екип на Флеров.
Една вечер миналата есен в Дубна, аз и моят преводач почукахме на вратата на скромната къща на Оганесян на улица Флеров. Тежки облаци сняг висяха над главите ни. Врани скачаха около уличните лампи. Оганесян ни даде чехли, след което ни заведе до хола си, където наля чай. След чая пих кафе, след това домашно вино от Армения. Говорихме за американската народна музика, децата ни и местата, които пътувахме. След известно време се върнах към усилията на Оганесян да намери този остров на стабилност.
В младостта си, когато този остров за първи път завладя въображението му, това изглеждаше като невъзможна мечта. Лабораториите в Бъркли и Дубна бяха достигнали до елемент 106, като прожектираха леки ядра върху тежки ядра с толкова големи сили, че те се сляха в едно свръхтежко ядро. Но след 106 сблъсъците произвеждат толкова много енергия, че разбиват ядрото, преди то да може да се образува. През 1974 г. Оганесян излезе с идеята, че малко по-тежки снаряди и малко по-леки цели могат да доведат до по-лек и следователно по-ефективен сблъсък. Лаборатория в Дармщат, Германия, пое идеята и създаде елементите от 107 до 112. Щеше да отнеме още четвърт век до великия ден на Оганесян.
Лабораторията в Дубна преживяваше трудни времена. Флеров умира през 1990 г. Съветският съюз се разпада през 1991 г. Лабораторията работи в продължение на месеци, без да може да плаща на изследователи, които са живели от бране на гъби от гората и риболов във Волга. По това време Оганесян беше станал ръководител на операцията. Можеше да реши лабораторията да се занимава с по-практически въпроси. Но той реши, че целият му екип трябва да се съсредоточи върху получаването на елемент 114 - най-близкия бряг до острова му на стабилност.
За да създаде елемент 114, Оганесян ще проектира калциеви атоми (с 20 протона) върху плутониеви атоми (с 94). Неговият циклотрон би могъл да се справи с този процес. Но се нуждаеше от редки изотопи на калций и плутоний, които имаха достатъчно допълнителни неутрони, за да образуват връзки със 114 протона. Оганесян убеди американските физици от Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“ в Калифорния - които бяха негови съперници само преди няколко години - да му дадат 20 милиграма плутоний. Неговият план беше да проектира лъч калциеви атоми, десета от скоростта на светлината, върху циклотрон върху фолио, покрито със скъпоценен плутоний. Сред милиардите атоми, пръскани от другата страна на фолиото - което беше по-тънко от косата - Оганесян очакваше да получи най-много един атом от 114. Заедно неговият екип и Ливърмор изобретиха нов детектор за намирам.
Те пуснаха циклотрона в експлоатация през ноември 1998 г. Самолетът трябваше да се наблюдава денем и нощем. "Ако беше човек, този циклотрон щеше да е много стар", каза ми лаборант. В края на ноември циклотронът произвежда един атом от елемент 114. Той продължава само няколко секунди - но все още е хиляди пъти по-дълъг от очакваното, ако няма остров на стабилност, плюс това доказва, че калциевият метод работи. Оттогава Дубна и други лаборатории са получили елементи 115, 116, 117 и 118, както и изотопи с различен брой неутрони. Те все още не са се доближили твърде близо до върха на острова, където даден елемент би могъл да устои на годините. Но те излязоха на брега, когато Оганесян за първи път получи елемент 114, за който той мечтаеше от десетилетия.
Миналата пролет той беше официално приет в периодичната таблица като fleroviu (т. 116 се наричаше livermorium). Няколко месеца по-късно, на улица Флеров, се наведех над масата и си зададох въпрос: на 80-годишна възраст Оганесян не искаше да се пенсионира и да се радва на спокоен и полезен живот.?
„Открих острова“, отговори той. Сега е моментът да го изследвате, да вървите по западния му бряг. ”Човек трябва да разбере как се държат новите елементи - независимо и в отговор на другите. Някой трябва да намери начин да изпомпа магическия брой неутрони, т.е. 184, за да достигне върха на острова. Трябва да се разбере дали има други върхове за елементи 120 или 126. В момента всички тези цели изглеждат почти невъзможни. Но Оганесян все още не планира да се пенсионира.
Тази статия се появи в изданието от май 2013 г. на списание National Geographic Румъния.