Многое в этой статье вызывало недоумение, и прежде всего то, что авторы не смогли точно указать массовое число изотопа (оно определяется суммой протонов и нейтронов в ядре). Объяснялось это двумя причинами. Во-первых, не удалось выяснить зависимость выхода продукта от энергии ионов из-за неопределенности этой характеристики потока. Вторая причина – довольно сложный изотопный состав материала мишени.
Сомнение в правильности выводов вызывал и тот факт, что эффект, приписанный элементу №102, наблюдался лишь на трех из шести использованных мишеней, да и эти три мишени не давали эффекта после трех недель работы. Почему – непонятно. В чистом опыте так быть не должно.
Настораживала и большая величина сечения реакции (большой выход нового излучателя), поскольку пучки ионов были маломощными (0,03...0,1 мкА). Но особенно сомнительным было большое время жизни изотопа – период полураспада около 10 минут. Тем не менее авторы работы заявили об открытии элемента №102 и предложили назвать его нобелием (символ No) в честь Альфреда Нобеля.
Не прошло и года, как американские ученые из Беркли опубликовали статью «Попытки подтвердить существование десятиминутного изотопа элемента 102», в которой сообщили о безуспешных поисках долгоживущей активности с указанными в Стокгольме свойствами. Эта работа была выполнена очень тщательно и более точно, чем в Швеции. Использовались кюриевые мишени того же изотопного состава, те же самые ионы 12С и 13С, однако интенсивность пучка была больше, а энергетический спектр пучка был монохроматическим (т.е. пучок состоял из строго одинаковых по энергии ионов).
Выход всех изотопов более легких элементов в этом эксперименте оказался гораздо больше, чем в стокгольмском, но активность, приписанная элементу №102, не наблюдалась...
Примерно в то же время, что и в Швеции, в Москве также были проведены опыты по синтезу короткоживущих изотопов 102-го элемента. Для получения нового элемента изотопы плутония 241Pu и 239Pu облучали ионами кислорода-16 с энергией около 100 МэВ. Изучался альфа-распад продуктов ядерных реакций классическим методом ядерных фотоэмульсий. В спектре альфа-частиц наряду с группами, обусловленными распадом известных элементов, была отмечена группа с энергией 8,9±0,4 МэВ. Было показано, что период полураспада этого изотопа меньше 40, но больше 2 секунд. На основании теоретических оценок предполагалось, что наиболее вероятна реакция с «испарением» четырех нейтронов:
24194Pu + 168O → 253102 + 410n.
Через несколько месяцев в Беркли были поставлены опыты по синтезу еще одного изотопа – 254102. Американские физики бомбардировали мишени из кюрия-246 ионами углерода-12. Они установили, что период полураспада изотопа 254102 близок к 3 секундам, а энергия альфа-частиц равна 8,3 МэВ. В опубликованной ими статье указывалось также, что ядра изотопа 254102 испытывают спонтанное деление примерно в 30 случаях из 100.
Для идентификации 254102 авторы разработали оригинальный метод, которым доказывалось, что дочерние ядра фермия-250 с хорошо известными свойствами могут появляться на вторичном сборнике ядер отдачи только в результате альфа-распада изотопа 254102. А фермий-250 регистрировали химическими методами.
О синтезе еще одного изотопа – 255102 та же группа сообщила в 1961 г. Главные характеристики этого изотопа: период полураспада – 15 секунд, энергия альфа-частиц – 8,2 МэВ.
На этом по существу и закончился первый этап истории 102-го элемента. Началом второго этапа стал пуск большого циклотрона многозарядных ионов в Дубне. Это произошло в начале 1961 г. Тогда же была намечена программа получения на этом ускорителе многих неизвестных изотопов трансурановых элементов начиная от 99-го и далее. Но прежде чем приступить к новым синтезам, сотрудники Объединенного института ядерных исследований провели большую серию опытов по изучению закономерностей образования трансурановых элементов в ядерных реакциях, создали экспрессные методы физической идентификации короткоживущих новых изотопов, разработали детекторы альфа-излучения с очень хорошими характеристиками. Эти работы заняли почти три года.
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.