ТЕГИ
120 элемент — в разработке после открытия 117 Унунсептия
120 элемент — в разработке после открытия 117 Унунсептия.
У изотопов 120-го и 124-го химических элементов обнаружена склонность к долгожительству. Французские физики экспериментально подтвердили прогнозы теоретиков о том, что некоторые изотопы 120-го и 124-го элементов обладают повышенной устойчивостью. Возможно, у этих элементов существуют и по-настоящему долгоживущие изотопы.
Поиск долгоживущих изотопов сверхтяжелых элементов — один из самых увлекательных разделов ядерной физики. На сегодня уже синтезировано много трансурановых элементов, но все они неизменно оказывались нестабильными. Теоретики уже давно предсказывают, что среди этого «моря» нестабильных изотопов могут существовать «острова стабильности» — особые группы ядер с аномально большим временем жизни.
Самый распространенный аргумент в пользу этого — предсказания модели ядерных оболочек, которая хорошо зарекомендовала себя при описании обычных ядер. В этой модели полностью заполненная протонная или нейтронная оболочка придает ядру особую устойчивость, резко увеличивая его время существования. Расчеты, основанные на «оболочечных» моделях, предсказывают такие острова стабильности где-то в области от 114-го до 126-го элемента (в разных моделях получаются разные значения). Именно за такими изотопами сейчас охотятся многие физики.
Рекордом пока остается синтез элементов 116 и 118 в Объединенном центре ядерных исследований в подмосковной Дубне. У дубненских физиков есть планы по открытию и более тяжелых элементов, но надо помнить, что их прямой синтез в столкновении более легких ядер — очень трудная задача. Во-первых, более или менее устойчивыми могут быть только ядра с достаточным количеством нейтронов. Для того чтобы их синтезировать, надо сталкивать легкие нейтроно-избыточные ядра, которые сами по себе редки. Во-вторых, чем тяжелее ядро, тем меньше вероятность его рождения, так что за долгие месяцы работы ускорителя рождается всего несколько ядер.
В свете этого физики-экспериментаторы ищут и другие, может быть не столь прямые, способы проверить предсказания теоретиков. Один такой метод успешно опробовала недавно группа физиков, работающих с детектором INDRA на ускорителе тяжелых ядер GANIL во французском городе Кан. Статья с результатами их экспериментов появилась на днях в журнале Physical Review Letters.
Французы не стали гнаться за долгоживущими изотопами сверхтяжелых ядер, а решили просто измерить время жизни «нейтроно-дефицитных» ядер, получить которые относительно просто. Для этого они провели три серии экспериментов — облучали никелевую мишень ядрами урана (при слиянии этих ядер образовывались ядра с зарядом Z = 120), а также германиевую мишень ядрами свинца и урана (образовывались ядра с Z = 114 и 124 соответственно).
Получаемые при этом ядра очень нестабильны, однако нестабильность нестабильности — рознь, и в этом разговоре следует держать в голове некоторые числа. В типичных ядерных реакциях частицы движутся со скоростями порядка 1/10 скорости света, и значит, проходят расстояние, равное диаметру тяжелого ядра (то есть около 10 ферми, или 10–14 м), за время порядка 10–21 с. Это время можно назвать типичным ядерным временем. Если при слиянии двух ядер образуется тяжелое ядро, не обладающее ни малейшей стабильностью, то оно распадется примерно за такое время. Если же имеется какой-то фактор, который сдерживает распад ядра, то оно живет намного дольше этого времени.
То, что удалось сделать французам, — это выяснить, какие из полученных ядер живут больше 1 аттосекунды (10–18 c), то есть в тысячи раз дольше типичного ядерного времени. Именно это и стало доказательством того, что некоторые изотопы отличаются повышенной устойчивостью.
Для этого авторы работы воспользовались так называемым эффектом теней. Идея этого метода состоит в следующем (см. рис. 2). В кристалле атомные ядра расположены регулярным образом — вдоль кристаллографических плоскостей (впрочем, из-за тепловых колебаний атомов этот порядок не строгий, а приблизительный). Если маленький кристаллик-мишень облучить потоком тяжелых ядер, то налетающие ядра сливаются с ядрами мишени и тут же, в том же самом месте разваливаются на ядра-осколки, которые разлетаются в разные стороны. Однако те ядра-осколки, которые вылетают вдоль кристаллографических плоскостей, не смогут дойти до детектора, так как их путь пройдет сквозь остальные ядра в этой плоскости. Поэтому в детекторе рожденных ядер в этом направлении (то есть при угле ψ близком к нулю) будет наблюдаться самая настоящая тень от кристаллографической плоскости.
Рис. 2. Использование эффекта теней для измерения времени жизни нестабильных атомных ядер. Слева: геометрия вылета дочерних ядер после распада нестабильного ядра. Если распад произошел прямо на кристаллографической плоскости, то дочерние ядра не смогут лететь вдоль плоскости, они будут поглощены другими ядрами. Если же нестабильное ядро успело сдвинуться, то продукты распада могут идти и вдоль кристаллографической плоскости. Справа: типичная зависимость количества отсчетов детектора от угла отклонения от оси кристалла, получаемая в детекторе. «Провал» при малых углах отклонения — это и есть тень от кристаллографической плоскости, но эта тень частичная. По «глубине» тени можно определить примерное время жизни нестабильных ядер. Рис. с сайта physics.aps.org (из рассказа Джозефа Натовитца об обсуждаемой статье в Phys. Rev. Lett.)
Рис. 2. Использование эффекта теней для измерения времени жизни нестабильных атомных ядер. Слева: геометрия вылета дочерних ядер после распада нестабильного ядра. Если распад произошел прямо на кристаллографической плоскости, то дочерние ядра не смогут лететь вдоль плоскости, они будут поглощены другими ядрами. Если же нестабильное ядро успело сдвинуться, то продукты распада могут идти и вдоль кристаллографической плоскости. Справа: типичная зависимость количества отсчетов детектора от угла отклонения от оси кристалла, получаемая в детекторе. «Провал» при малых углах отклонения — это и есть тень от кристаллографической плоскости, но эта тень частичная. По «глубине» тени можно определить примерное время жизни нестабильных ядер. Рис. из рассказа Джозефа Натовитца (Joseph B. Natowitz) об обсуждаемой статье в Phys. Rev. Lett.
Если же ядро обладает повышенной устойчивостью, то оно разваливается не сразу после слияния, а спустя некоторое небольшое время. Задержки по времени порядка 1 аттосекунды достаточно для того, чтобы оно вылетело из кристаллографической плоскости и распалось между плоскостями. Дочерние ядра, вылетевшие строго вдоль плоскости, уже не поглощаются и преспокойно долетают до детектора. Иными словами, никакой тени в этом направлении нет.
В реальной ситуации будут ядра, распадающиеся как сразу, так и с задержкой. Поэтому тень получится неполной, как на рис. 2 справа. Но уже сам факт наблюдения неполной тени говорит о том, что по крайней мере некоторые ядра перед распадом задерживаются на времена в сотни и тысячи раз больше типичного ядерного времени.
Именно этот метод и использовали французские физики для изучения устойчивости изотопов элементов 114, 120 и 124. Задача эта была непростая, поскольку продукты распада и их энергия были не фиксированы и могли меняться в довольно широких пределах. Однако благодаря хорошим характеристикам детектора в случае ядер с Z = 120 и 124 они смогли выделить «долгоживущую» (то есть живущую заметно дольше 1 аттосекунды) часть ядер. А вот у ядер с Z = 114 такого эффекта не наблюдалось.
Может возникнуть вопрос: какой прок от этих нестабильных ядер? Какая разница, живут они одну сотую аттосекунды или сто аттосекунд?
Дело тут в том, что у всех этих нестабильных нейтроно-дефицитных изотопов гарантированно существуют и более тяжелые, «нейтроно-достаточные» изотопы. Вот они-то и могут оказаться настоящими долгожителями, возможно вплоть до абсолютной стабильности. На опыте они пока не синтезированы, однако их свойства активно изучают теоретики. И вот то, насколько правдоподобна та или иная теоретическая модель, можно теперь проверить на «нейтроно-дефицитных» ядрах с помощью новых экспериментальных данных.
Таким образом, полученные сейчас данные косвенно указывают на то, что 120-й и 124-й химические элементы могут иметь долгоживущие изотопы, и значит, за ними стоит поохотиться.
Сверхтяжёлые элементы и их место в периодической системе Менделеева
Недавно была опубликована статья, где используя метод масс-спектроскоприи с индуктивно связанной плазмой в очищенном природном тории был(и) обнвружен(ы) сверхтяжёлый элемент(ы) Z= 122 и/или Z= 124.
Авторы утверждают, что этим элементом является эка-Th и/или эка-U соответственно. Однако, в научной литературе имеется несколько публикаций, в которых высказывается гипотеза о том,что периодичность предложенная Менделеевым заканчивается на Z= 120 элементе.
Так, Капустинский (1951) на основании теории чисел пришёл к выводу, что система химических элементов должна состоять из 120 элементов и иметь два периода по два элемента. Ожигов (1961) путём графической экстрополяции кривой устойчивости изотопов и выведенной формулы для подсчёта числа изотопов пришёл к выводу, что периодическая таблица элементов должна заканчиваться на Z= 120 элементе. Если взять за основу короткую форму таблицы химических элементов периодического закона, то периодичность первых пяти периодов может быть определена как соответствие между числом рядов в периоде и числом заполняющихся электронов на внешнем электронном слое т.е. три первых периода имеют по одному заполняющемуся электронному слою, следовательно по одному ряду элементов, четвертый и пятый периоды имеют по два заполняющихся электронных слоя и по два ряда элементов. Следовательно, чтобы не нарушить выявленную закономерность первых пяти периодов, необходимо внести лантанойды и актинойды в пределы шестого и седьмого периода. Тогда в шестом и седьмом периодах сохранится вышеизложенная закономерность: три заполняющихся электронных слоя и три ряда элементов. Одноко в этом случае возникает необходимость дать определение переходной группы которая заполняет пространство от VIII к I группе. В переходную группу от VIII к I группе входят те элементы которые находятся за пределами восьми групп в короткой форме таблицы элементов. В переходную группу в продолжении рядов включены два d элементов и шесть f элементов. Следовательно, можно предположить, исходя из закономерности короткой формы периодичекой таблицы элементов, что максимальное число элементов в переходной группе не превышает шести так как при переходе от VIII к I группе максимальное число ячеек в таблице будет шесть. Если применить определение периходной группы при построения короткой формы таблицы элементов для периодов с первого по седьмой, то периодичность такой таблицы сохраняется как по подгруппам в группах так и по всем семи периодам.
Я предпологаю, что в основу прогноза построения восьмого периода может быть положенно три закономерности: (1) каждый новый период начинается с s электрона; (2) у завершающего период элемента на внешнем электронном слое будет восьмь s2p6 электронов; (3) в III группе всегда появляется первый электрон на новом электронном слое, однако появление нового электронного слоя противоречит модели Капустинского [2, 3], и моего определения переходной группы. Следовательно в восьмом периоде могут быть только два элемента 119s и 120s.
Короткую форму таблицы периодической системы Менделеева можно также выразить через математическую модель [4]. Если таблица элементов начинается двумя элементами, то притом, что таблица представляет собой квадратную матрицу в которой распределение элементов определяется квадратической функцией N=2n2, где N – число элементов в периоде, n – число заполняющихся электронных оболочек (s,p,d,f), то в такой матрице может быть только Z=120 элементов. В восьмом периоде, следовательно, может быть только два элемента (Z=119 и Z=120), которые являются аналогами водорода и гелия.
Используя принцып диад к целой таблице а не к отдельным периодам [5] можно предположить, что эффект бифуркации Системы химических элементов отражает свойства элементов от Z=121 до Z=240, котрые могут находиться в солнечной системе так как её возраст десятки миллиардов лет, в то время как с момента образования нашей планеты прошло четыре с половиной миллиарда лет .
Таким образом, в статье рассматривается только один из вариантов периодичности сверхтяжёлых элементов. Следовательно, авторы предполагают , что элемент с атомной массой А = 292 является эка-Th и/или эка-U. Тогда как “сложность электронной структуры атомов сверхтяжелых элементов может привести к существенному изменению классических представлений о менделеевских группах в области химических элементов с большими атомными номерами “[7]. Если использовать предположение Огенесяна , что “атомы определяют химические свойства элементов”…. , с одной стороны и размывания периодичности у сверхтяжёлых элементов с другой стороны, то можно также предположить, что образование атомов Z≥121, происходит на основе атома с зарядом ядра Z=120 элемента. Заряд ядра у которого увеличивается на единицу за счёт перехода нейтрона в протон, а электрон выходит из ядра и, следовательно, образует новую электронную оболочку внутри атома. Поэтому у элементов начиная с Z≥121 масса атома не будет существенно изменяться тем более увеличиваться. Так в работе [1] элементу с одинаковой атомной массой А=292 присваивают свойства или эка тория (Z=122) или эка урана (Z=124). Тогда как рассчитаная мною атомная масса Z=120 (аналог гелия) А~294. Основываясь на концепции кайносимметрии [7], на ранних этапах развития Солнечной системы всё вещество состояло из элемента с атомным номером Z=120. Предположительно, после “большого взрава” атомы вещества с зарядом Z=120 распадались на атомы с зарядоми (Z=1 и Z=119), (Z=2 и Z=118), (Z=3 и Z=117) и т.д. Например Z=56(Br) A=137,36 + Z=64(Ga) A=156,90 = Z=120 A=294,26.
Из-за разницы в возрсте между Солнечной системой и возрастом планеты Земля [6] элементы начиная с Z≥121 могут присутствовать на нашей планете только в очень малых количествах, следовательно, элементы Z=122 и Z=124 это реликтовые элементы эка-гелий и эка-берилий (а не эка-торий и эка-уран как было показано в работе [1]) и определить их присутсвие возможно спектральным методом.
