Бомбардировка мишеней на открывшемся в Дубне ускорителе позволит синтезировать новые элементы

25 марта 2019
ОИЯИ Фабрика сверхтяжёлых элементов ОИЯИ

Первый пуск нового ускорительного комплекса ДЦ-280 состоится 25 марта в Дубне. С помощью этой установки ученые планируют получить новые ядра сверхтяжелых элементов — с атомными номерами 119 и 120. Это позволит расширить человеческие знания о материи, получить дополнительное понимание того, как работают законы природы, и, возможно, даже скорректировать периодический закон Менделеева. Проект «Фабрика сверхтяжелых элементов», который реализуется в нашей стране, станет мировой базой для будущих исследований сверхтяжелых ядер и послужит закреплению приоритета России в этой области. Химические свойства новых элементов будут изучаться в течение 15–20 лет.

ДЦ — сокращенно означает Дубнинский циклотрон. ДЦ-280 — это базовая установка нового научного комплекса по синтезу и изучению новых элементов. Проект называется «Фабрика сверхтяжелых элементов». Он один из основных в программе развития перспективных исследований в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. К «Фабрике» относится не только ускоритель ДЦ-280, но и новое здание со всеми его многочисленными инженерными системами, экспериментальные установки для физических и химических исследований.

Для чего нужна эта «Фабрика»? Дело в том, что чем тяжелее элемент, тем сложнее его получить. Элементы тяжелее урана (его атомный номер, соответствующий числу протонов, 92) на Земле не найдены. Поэтому тяжелые элементы за ураном синтезируют искусственно. Элементы с атомными номерами больше 100 удается получать только на ускорителях. Для этого ядро уже имеющегося элемента, специально выбранного учеными по необходимым параметрам, разгоняют до скорости около 30 тыс. км/с и бьют им в так называемую мишень из более тяжелых атомов. В этом процессе есть небольшой шанс, что ядра мишени и разгоняемого элемента сольются вместе, образовав новое сверхтяжелое ядро. Это и называется синтезом нового элемента.

Важный фактор, влияющий на количество получаемых сверхтяжелых ядер, — это интенсивность пучка, то есть количество ускоренных ядер, достигающих мишени в секунду. Интенсивность пучка ДЦ-280 (60 трлн ядер в секунду) в 10 раз больше, чем у ускорителей-предшественников, У-400 и У-400 М, также созданных в Дубне.

— Бюджет проекта обеспечивают 18 стран — участниц института, — рассказал «Известиям» научный руководитель лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова ОИЯИ, академик РАН Юрий Оганесян. — Дважды в год полномочные представители стран собираются, чтобы уточнить бюджет и изучить расходы. 25 марта состоится очередное заседание, к нему приурочен и первый пуск ДЦ-280. Пробный запуск мы делали еще в декабре. Убедились в том, что все заложенные в ускоритель технические параметры реализуются, что «всё происходит как надо, всё идет по плану». Мы запускаем ускоритель по графику, полностью уложившись в выделенные финансовые средства. Это даже удивительно, — добавил академик.

В церемонии запуска нового циклотрона в ОИЯИ планирует принять участие министр науки и высшего образования РФ Михаил Котюков, также ожидается заместитель председателя правительства Татьяна Голикова. После нескольких докладов и презентации Юрия Оганесяна, чьим именем назван самый тяжелый из известных сегодня элементов — открытый в Дубне оганесон (Oganesson, Og — атомный номер 118), будет произведен торжественный пуск ДЦ-280. Присутствующие смогут увидеть первый пучок в зале, он будет выведен на экран с ускорителя.

По словам Михаила Котюкова, очень символично, что запуск происходит в год, который в соответствии с резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН был объявлен Международным годом таблицы Менделеева.

— Решение Генассамблеи ООН является еще одним подтверждением огромного вклада ОИЯИ в развитие фундаментальной науки, — сообщил «Известиям» Михаил Котюков. — В ноябре 2016 года в периодическую таблицу Менделеева официально были внесены четыре новых химических элемента с номерами: 113 (нихоний), 115 (московий), 117 (теннессин) и 118 (оганесон). Таким образом, седьмой ряд периодической таблицы Менделеева теперь полностью завершен. Мы надеемся, что «Фабрика» станет мировой базой для будущих исследований сверхтяжелых ядер и послужит закреплению приоритета России и всех стран — участниц ОИЯИ как лидеров в области синтеза и изучения свойств сверхтяжелых элементов.

О новой «Фабрике» и ее будущих успехах уже говорят ведущие ученые всего мира, ожидая новых открытий, ведь пять из последних признанных всем миром сверхтяжелых элементов были открыты именно в России

— И сейчас наши ученые, академик Оганесян и его коллеги, объявили о том, что будут пытаться синтезировать новые элементы — с атомными номерами 119 и 120, — подчеркнул профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов. — Но чтобы их синтезировать, нужны более тяжелые мишени, более тяжелые ядра-бомбардировщики.

По словам Юрия Оганесяна, после запуска ускорителя — во II квартале 2019 года — должны быть проведены два показательных, демонстрационных эксперимента. Исследователи планируют продемонстрировать всем и самим себе в первую очередь, что идеи, лежащие в основе созданного нами научно-экспериментального комплекса, состоятельны.

В качестве так называемого демонстрационного эксперимента ученые планируют получить элемент московий, который впервые синтезировали еще в 2000-е годы. Причем на этот раз физики собираются получить московий в большом количестве, чтобы элемент можно было детально изучить. Ученые рассчитывают не менее чем на несколько десятков и — при удачном раскладе — даже сотен атомов.

— Еще одна цель эксперимента — настроить новое оборудование, «почувствовать» его и всё отладить, — рассказывает ученый секретарь лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Александр Карпов. — Если хорошо понять особенности новой техники, то потом к настройкам можно будет возвращаться как можно реже. Эксперимент с московием продлится месяц или два, после этого уже можно будет приступать к следующему.

Новый, уже не демонстрационный, эксперимент будет состоять в получении 120-го элемента. Пучок ионов титана-50 будет бить по мишени из калифорния (номер в таблице Менделеева 98, один из самых дорогих металлов на Земле. — «Известия»). На данный момент ученые ждут доставки этой мишени из США, так как необходимый материал есть только в лаборатории Ок-Риджа (Oak Ridge National Laboratory). Предположительно эксперимент начнется осенью.

После получения 120-го элемента физики планируют перейти к работам по 119-му. Такой порядок обусловлен тем, что мишень для элемента с атомным номером 119 состоит из берклия. Это редкий материал, который к тому же живет всего 300 дней, за это время половина мишени распадется, превращаясь в калифорний.

— А дальше начнется очень большая программа, думаю, лет на 15–20, главной частью которой будет изучение тех элементов, которые уже были открыты, в частности, их химических свойств, — добавил Александр Карпов. — Именно такова одна из основных целей комплекса «Фабрика сверхтяжелых элементов». Нам нужно набрать статистику, получив как можно большее количество атомов новых элементов, что сделать на другом оборудовании просто невозможно.

Получение и изучение сверхтяжелых элементов важны для понимания законов природы, в частности для уточнения периодического закона Менделеева. Очень возможно, как считают ученые, на уровне сверхтяжелых элементов этот закон будет видоизменяться.

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) был создан на основе Соглашения, подписанного 26 марта 1956 г. в Москве представителями правительств одиннадцати стран-учредителей, с целью объединения их научного и материального потенциала для изучения фундаментальных свойств материи. Институт расположен в Дубне, в 120 км от Москвы, в Российской Федерации. Сегодня Объединенный институт ядерных исследований является всемирно известным научным центром, в котором фундаментальные исследования (теоретические и экспериментальные) успешно интегрированы с разработкой и применением новейших технологий и университетским образованием. Членами ОИЯИ являются 18 государств.