Характеристика свойств нобелия
Второй этап
В 1963 г. сотрудникам Лаборатории ядерных реакций удалось синтезировать наиболее тяжелый в то время изотоп 102-го элемента – 256102. Его получили в результате бомбардировки мишени из урана-238 ионами неона-22 с энергией 112 МэВ.
Были изучены два вида радиоактивного распада этого изотопа – альфа-распад и спонтанное деление. Оказалось, что время жизни изотопа 256102 составляет
около 4 секунд, доля спонтанного деления – всего 0,5%.
Результаты этих экспериментов сильно расходились с теоретическими оценками, основанными на данных американских ученых о свойствах изотопа 254102 (синтез 1958 г. в Беркли).
В связи с этим было решено еще раз экспериментально проверить свойства изотопов 254102 и 256102 двумя методами. В одном из них свойства изотопов определяли по характеристикам альфа-частиц, в другом – по дочерним ядрам. Результаты экспериментов с изотопом 256102 оказались такими же, как раньше. Но в другой серии опытов экспериментаторы с удивлением обнаружили, что изотоп 254102 обладает свойствами, сильно отличающимися от указанных калифорнийской группой. Выяснилось, что этот изотоп живет не 3, а 65 секунд; энергия альфа-частиц, образующихся при распаде его ядер, составляет не 8,3, а 8,11 МэВ; и наконец, спонтанное деление он испытывает не в 30% случаев, а примерно в одном случае из 1800. А ведь эти результаты казались самыми достоверными, самыми бесспорными.
Стало ясно, что необходимо повторить опыты по синтезу и изучению свойств других изотопов элемента №102. Эти опыты и были поставлены в Дубне в 1965 .1966 гг.
Здесь необходимо упомянуть о том, что за годы, прошедшие после первых работ по синтезу элемента №102, ядерная физика ушла далеко вперед. В частности, намного лучше были изучены закономерности ядерных реакций с участием тяжелых ионов. Да и техника эксперимента совершенствовалась все эти годы. Поэтому тем, кто начинал исследования в 60-х годах, много было и понятнее, и доступнее, чем участникам работ 1956 .1958 гг.
Массовое число изотопа |
Реакция синтеза |
Период полу-распада, сек. |
Энергия б-частиц, МэВ |
Доля спонтанного деления по отношению к б-распаду |
Место и год открытия |
251 |
239Pu (16O, 4n)* 244Cm (12C, 5n) |
0,5 .1,0 0,8±0,3 |
8,6 8,6 |
Дубна, 1967 Беркли, 1967 | |
252 |
239Pu (18O, 5n) |
4,5±1,5 |
8,41 |
Дубна, 1966 | |
253 |
242Pu (16O, 5n) 239Pu (18O, 4n) |
95±10 |
8,01 |
Дубна, 1966 | |
254 |
243Am (15N, 4n) 242Pu (16O, 4n) 238U (22Ne, 6n) |
65±10 |
8,11 |
1/1800 |
Дубна, 1963 .1966 |
255 |
238U (22Ne, 5n) 242Pu (18O, 5n) |
180±10 |
8,09 |
Дубна, 1966 | |
256 |
238U (22Ne, 4n) 242Pu (18O, 4n) |
3,7±0,5 |
8,42 |
1/200 |
Дубна, 1963 |
257 |
248Cm (13C, 4n) 248Cm (12C, 3n) |
23±2 |
8,23 (50%) 8,27 (50%) |
Беркли, 1967 | |
258 |
248Cm (13C, 3n) |
1,2·10–3 |
– |
100% |
Беркли, 1968 |
259 |
248Cm (18O, б, 3n) |
1,5±0,5 часа |
7,5 |
20% |
Ок-Ридж, 1970 |
* В скобках указаны бомбардирующие ионы и количество нейтронов, вылетающих из составного ядра. Такая запись ядерных реакций принята в физике.
Сравнить данные, полученные в Дубне, с результатами первых синтезов вы можете, ознакомившись с приведенной здесь таблицей. (Желая подчеркнуть какое-то важное различие, иногда говорят, будто бы по примеру одесситов, «две большие разницы». В нашей таблице «больших разниц» уже не две, а четыре). Сравнение данных показывает, что практически во всех ранних работах по синтезу и исследованию нового элемента допущены большие или меньшие ошибки.
Группа, работавшая в Нобелевском институте, считала, что, скорее всего, ею был получен изотоп 253102 (период полураспада T 1/2 равен примерно 10 минутам и энергия альфа-частиц Eб около 8,5 МэВ). Оказалось, что T 1/2 этого изотопа составляет всего 95 секунд, а Eб – 8,01 МэВ. Тогда стали поговаривать об изотопе 251102. Но в 1967 г. в Дубне и Беркли смогли получить и этот изотоп. Период полураспада его ядер оказался 0,8±0,3 секунды, Eб – 8,6 МэВ. Опять не сходились концы с концами .
Московский синтез 1958 г. Изотоп 253102; T 1/2 = 2 .40 секунд, Eб = 8,9 МэВ. Эти цифры тоже отличаются от результатов проверочных экспериментов. Правда, когда в 1966 г. в Дубне был получен более легкий изотоп – 252102, оказалось, что его характеристики (T 1/2 = 4,5 секунды, Eб = 8,4 МэВ) близки к указанным в московской работе. Вполне вероятно, что в 1958 г. в Институте атомной энергии были действительно получены первые атомы элемента №102, но уровень техники того времени не позволил точно определить массовое число и энергию альфа-распада изотопа.
О разнице в характеристиках калифорнийского изотопа 254102 рассказывалось выше.
В 1961 г. в Беркли был получен изотоп 255102, и этот эксперимент был воспроизведен в Дубне. И здесь выяснилась разница в характеристиках. По американским данным, период полураспада ядер 255102 составил примерно 15 секунд, а Eб = 8,2 МэВ. В Дубне были получены совсем другие цифры: T 1/2 = 3 минуты, Eб = 8,09 МэВ.
Пятый изотоп – 256102 был впервые получен в Дубне.
Естественно, может возникнуть вопрос: насколько точны новые данные? Ответ: советские ученые не абсолютизируют свои результаты, не выдают их за истину в последней инстанции. Но достоверность этих результатов, бесспорно, намного больше, чем результатов первых работ. Большой дубненский циклотрон дает значительно более мощные и монохроматические (состоящие из одинаковых ионов) пучки, чем ускорители, которыми располагали участники ранних работ. К началу новых синтезов в реакторах были накоплены достаточные количества изотопоп плутония и америция, необходимых для изготовления высококачественных мишеней. Прецизионные детекторы альфа-излучения и экспрессные методы физической идентификации изотопов, которыми мы располагали, были разработаны уже после окончания ранних работ. Все это позволило делать выводы на основании наблюдения уже не десятков, а сотен и тысяч атомов.
Наконец, участники дубненской работы лучше знали закономерности образования новых ядер в реакциях с тяжелыми ионами, чем ученые, ставившие свои опыты в конце 50-х годов. Для ядерной физики пять – семь лет – срок немалый.