Сотрудники Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна) готовы осуществить первый пуск уникальной по мировым меркам научной установки — «Фабрики СТЭ» для синтеза новых сверхтяжелых химических элементов и исследований недавно открытых. Центральной частью «фабрики» является ускоритель заряженных частиц циклотрон DC-280. О том, для чего создана «фабрика», о первых двух экспериментах с новым оборудованием, а также о загадках новых химических элементов, «Известиям» рассказал академик РАН, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова ОИЯИ Юрий Оганесян.
— Юрий Цолакович, сейчас в таблице Менделеева последний элемент 118-й. Теоретически, как известно, предсказано существование 172 элементов. Так сколько их может быть на самом деле?
— Сколько может быть элементов — это волнующий вопрос, и на него теперь нужно ответить. Старой «классической» теорией было предсказано 100. А теперь есть уже и 118-й. Я могу сказать, что это еще не предел, можно двигаться дальше.
Мы видим материальный мир — как «материк» стабильных элементов, который простирается до свинца. Потом тонким перешейком идут короткоживущие элементы до радия, затем — природные уран, торий и долгоживущие трансурановые элементы до калифорния. Это похоже на «полуостров». А потом далеко от известной области элементов следуют «острова»: один, может быть, второй и даже третий. Так, согласно новой теории, устроен мир в силу того, что ядерная материя обладает внутренней структурой.
— Гипотезу о существовании «островов» приняли сразу?
— Поначалу она казалась почти сумасшедшей. Потом привыкли, начали бурно обсуждать, поверили. Экспериментальные группы многих крупных лабораторий мира бросились искать сверхтяжелые элементы в земных и лунных образцах, в космосе, в продуктах ядерных взрывов. Пять подземных ядерных взрывов было сделано в США. Были проведены эксперименты на мощных ускорителях тяжелых ионов. К сожалению, все попытки найти в природе или искусственно синтезировать гипотетические сверхтяжелые элементы не увенчались успехом.
— Сколько лет это длилось?
— Штурм сверхтяжелых проходил пятнадцать лет. А затем, как часто бывает, наступила полоса пессимизма. Если что-то ищешь и не находишь, то причины две: либо не дотянулся, либо этого не существует. Но если это ищут разные люди, в разных местах и на разных установках и не находят, то второе мнение начинает превалировать над первым. Мы эту точку зрения не разделяли, продолжая упорно искать эти «острова».
Научный поиск — вещь не только странная, но и изнурительная. Это как идешь по тропинке в лабиринте, а потом видишь тупик. Должен вернуться назад и пойти по-другому пути. Опять тупик, опять назад. Нужно иметь терпение, чтобы продолжать многие годы это странное занятие. Говорят, что, если из ста попыток семь удачных, это гениально.
— Но вы же знали, что так будет, когда становились ученым?
— Нет, как и многие молодые люди, конечно, не знал. Я стал физиком в некотором смысле случайно. Сначала я хотел стать художником, потом архитектором. Вместе с другими медалистами приехал поступать в Москву в вузы, где даже медалисты сдают профильные экзамены в моем первом случае физику и математику. Отдал документы в МИФИ тех лет, довольно легко сдал эти два экзамена. Затем пошел в МАРХИ. Здесь профильные экзамены — живопись и рисунок — обязательны для всех. Мне очень понравился демократичный подход в архитектурном: любой человек с улицы может прийти и сдать экзамен. Тоже сдал легко. Мне говорят: «Несите документы, больше ничего сдавать не надо, вы медалист». Назад в МИФИ. Мне отвечают «Ваши документы находятся сейчас на рассмотрении для получения допуска к служебным документам. Приходите через три месяца, не раньше». Вот так я и попал в ядерную физику.
— Возвращаясь к поиску сверхтяжелых элементов, почему же вы продолжали поиски?
— Просто аргументы в пользу того, что этого вообще нет, были менее состоятельны, чем предсказание, что сверхтяжелые элементы могут существовать.
— Как же получилось, что весь мир искал, а нашли именно вы?
— Мы поняли, что во всех предшествующих случаях, в том числе и в наших первых попытках, что-то не так. В постановке опытов чего-то не хватает, остаются открытыми не только технические вопросы. Иногда исходные положения, на которых базируется тот или иной подход к решению задачи, были далеко не безупречны. И если искать другое решение, то нет другого выхода, как сильно усложнить эксперимент.
— И когда вы поняли, что эта стратегия работает?
— Только в 2000 году. Когда мы получили первые два атома 114-го элемента. Но уже через пятнадцать лет мы таким же способом синтезировали все остальные элементы до 118-го.
— Что вы знаете о 118-м элементе — оганесоне, который сами открыли и который назван в честь вас?
— Пока мало. Первое, что подобный в настоящее время самый тяжелый элемент действительно существует. Что его ядро за тысячную долю секунды самопроизвольно переходит в ядро 116-го элемента, которое, в свою очередь, в элемент 114-й, тот — в 112-й, последний — делится на два фрагмента. Радиоактивное семейство, берущее начало от 118-го элемента, нам было известно из предыдущих опытов.
Самому 118-му элементу в таблице Д.И. Менделеева уготовлено место в последней группе благородных газов. Он замыкает седьмой ряд таблицы элементов. В какой степени он будет проявлять свойства благородного газа, нам пока неизвестно.
— Есть идеи, как это узнать?
— Надо придумать опыт, который мог бы ответить на этот вопрос. В первую группу таблицы Менделеева входят самые химически активные элементы, в то время как в последнюю — химически инертные. Благородные газы инертны, в соединения не вступают. Еще один интригующий момент — это скачок от 118-го к 119-му. Между ними будет гигантская разница, так как перескок идет от самого инертного к самому активному элементу. А будет ли действительно эта разница гигантской? Чтобы ответить на этот вопрос, надо получить 119-й элемент и увидеть это отличие.
— Нужен новый ускоритель?
— Да, надо получать существенно больше атомов сверхтяжелых элементов. Раньше считали за счастье, когда получали один атом в день. Сейчас их надо будет получать в сто раз больше! В общем, будет другая жизнь. В очередной раз…
— Нужны другие скорости, другие мишени?
— Мишенного материала надо больше. То, чем мы располагаем сейчас, — явно мало. Новая «фабрика» нужна для этих, а также многих других исследований. Потому что всё, что мы имели и имеем, несмотря на все наши мировые рекорды, для подобных задач не годится. Надо без сожаления отказаться от старого и делать заново. Так мы и поступили: с 2012 года начали строить, по сути, новую лабораторию сверхтяжелых элементов.
— Когда возникла идея построить «фабрику»?
— Когда у нас наконец всё получилось. Естественно, встал вопрос: а что дальше? Когда надо принять какое-то трудное, например, стратегическое решение, мы собираемся в пустующем кабинете Георгия Николаевича Флерова — в нашем маленьком музее (его бывшем кабинете) и там обсуждаем проблему, чтобы найти подходы к ее решению.
В одно из подобных собраний я сказал, что, для того чтобы продолжить поиск, надо ответить на один вопрос. На открытие всех сверхтяжелых элементов нам потребовалось пятнадцать лет практически круглосуточной работы. А если бы мы эту работу начали не в 2000 году, а в 2015-м, сколько нам потребовалось бы времени?
Оказалось, что всю нашу работу через пятнадцать лет можно было бы сделать в сто раз быстрее! Но тогда следует, что всё наше «имущество», наработанное годами и приведшее нас к открытию новых элементов, надо выбросить и строить новое, соответствующее реалиям. И сейчас, создавая новый ускоритель, новый сепаратор и детекторы мы всегда должны чувствовать пульс времени — всё устареет через пятнадцать лет!
— Какой первый эксперимент запланирован на новом ускорителе?
— Первый эксперимент, точнее первые два эксперимента, каждый из которых будет длиться 50 дней, будут демонстрационными. Мы должны показать всем и самим себе в первую очередь, что идеи, лежащие в основе созданного нами научно-экспериментального комплекса, состоятельны. Будут повторены эксперименты по синтезу 114-го и 115-го элементов. Только раньше в них наблюдалось штучное количество атомов, теперь должно быть несколько сотен. Что касается первого пуска ускорителя, то у нас их будет два: один физический, другой химический. Физический пуск комплекса будет осуществлен по результатам первого эксперимента. Дальше состоится инаугурация нового комплекса. А далее будет следовать новая жизнь по научной программе, рассчитанной на пятнадцать лет.