Этим летом на Фабрике сверхтяжелых элементов Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова ОИЯИ прошли два больших эксперимента: в результате одного из них был синтезирован новый изотоп химического элемента 110, итогом другого стала успешно проведенная подготовка к изучению химических свойств 112-го и 114-го элементов. О текущем положении дел на Фабрике рассказал ученый секретарь ЛЯР д. ф.-м. н. Александр Карпов.
После майских праздников стартовал и в середине июня был закончен эксперимент по получению нового изотопа 110-го элемента периодической системы дармштадтия (Ds). Исследование проводилось на газонаполненном сепараторе ядер отдачи DGFRS-II (Dubna Gas-Filled Recoil Separator), который был первым запущен на Фабрике СТЭ и на котором выполнялись все предыдущие эксперименты. Сепаратор DGFRS-II, запущенный в 2020 году, предназначен в основном для синтеза и изучения свойств радиоактивного распада сверхтяжелых элементов.
DGFRS-II«В этом эксперименте мы впервые попробовали синтезировать изотопы 110-го элемента в реакции кальция-48 и тория-232. Дармштадтий – элемент не новый, однако ранее исследователи не пытались синтезировать эти ядра в реакциях с кальцием», — рассказывает Александр Карпов.
Он добавил, что для 110-го элемента теория предсказывает локальный минимум стабильности: то есть как более легкие, так и более тяжелые элементы (вплоть до 115-го) должны получаться с большими сечениями (возможностью образования) и «жить» достаточно долго. Начиная со 116-го элемента, теория вновь предсказывает спад стабильности.
«Наш интерес был в том, чтобы «нащупать дно» стабильности и тем самым проверить теорию. Эта же теория применяется к предсказаниям свойств 119-го и 120-го элементов. В этом плане было важно подтвердить предсказания, чтобы более обоснованно ставить эксперименты уже по получению 120-го элемента», — пояснил ученый.
Ученый секретарь ЛЯР Александр КарповЭксперимент занял достаточно длительное время – около месяца. В предпоследний его день ученым удалось наконец получить важный результат: одно событие образования абсолютно нового изотопа 110-го элемента с массовым числом 276.
«Очень маленькое сечение образования, очень низкие выживаемость и стабильность – это, в принципе, то, что мы ожидали из теории. Кроме того, в принципе новый изотоп 110-го элемента был получен. То есть помимо того, что мы сумели измерить столь малое сечение, что само по себе важно, а до Фабрики СТЭ было просто невозможно, мы сумели получить и новый изотоп 110-го элемента», — прокомментировал Александр Карпов.
Он отметил, что это уже третий новый изотоп химических элементов, открытый на Фабрике СТЭ за полтора года ее работы.
Второй летний эксперимент на Фабрике СТЭ проводился в качестве подготовки к планируемому на осень 2022 г. научному эксперименту по изучению химических свойств 112-го (коперниций, Cn) и 114-го (флеровий, Fl) элементов. Изучение «химии» 112-го и 114-го элементов войдет в годовой отчет ЛЯР по мегагранту Минобрнауки России.
Тестирование длилось в течение двух недель в первой половине июня и было проведено на атомах ртути. По словам Александра Карпова, с этим экспериментом связаны определенные сложности, так как часть команды исследователей, которая готовила оборудование и должна была участвовать, находится в Швейцарии и не могла приехать в Дубну. Поэтому на ученых и инженеров ЛЯР легли дополнительные обязанности по подготовке самого эксперимента и необходимого оборудования.
К середине июня пробный эксперимент был выполнен на только что запущенном в эксплуатацию втором сепараторе Фабрики – DGFRS-III. Сепаратор имеет два отвода: один для экспериментов по изучению ядерно-физических свойств и структуры сверхтяжелых ядер. Второй отвод предназначен для изучения химических свойств сверхтяжелых атомов.
DGFRS-IIIВ конце 2021 года были закончены монтаж и пуско-наладочные работы DGFRS-III и проведены первые тестовые эксперименты с пучком ионов 48Са. В феврале 2022 г. сам сепаратор был готов к рабочему режиму, однако вплоть до мая еще проходили подготовительные работы, связанные с его детектирующим оборудованием, включающего камеру сбора ядер отдачи, автоматизированную систему газового транспорта и хроматографический детектор, также решались другие технические вопросы.
«Мы выполнили на сепараторе очень важные тестовые эксперименты. Были получены результаты того, как тормозятся атомы тяжелых элементов в газе. К сепаратору подключается камера, наполненная газом. В ней летящие атомы должны останавливаться, становиться нейтральными, отрывая электроны от окружающих атомов газа, и потом уже нейтральные атомы должны транспортироваться к детекторам по тонкому капилляру. Вся эта система была собрана, и теперь мы определяем оптимальные ее параметры: смесь каких газов использовать, в каком соотношении должна быть эта смесь, какой глубины должна быть камера. Параметры камеры должны быть такими, чтобы атомы не «вбивались» в ее стенку, но и излишний объем нам тоже не выгоден. То есть необходимо придать ей минимальный рабочий объем», — сообщил Александр Карпов.
Сейчас Фабрика, как и все ускорители ЛЯР, остановлена на летние профилактические работы и будет вновь запущена в сентябре. В Лаборатории идет обработка результатов проведенных экспериментов, а подготовка к эксперименту по химии 112-го и 114-го элементов продолжится в сентябре. Александр Карпов подчеркнул, что в осеннем экспериментальном цикле основной упор будет сделан на подготовку и проведение экспериментов по изучению химических свойств сверхтяжелых элементов и на то, чтобы поставить планируемый эксперимент максимально эффективно.