Физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне провели первую серию экспериментов по синтезу сверхтяжелых ядер на новом ускорителе ДЦ-280 — «Фабрике сверхтяжелых элементов». Всего было зафиксировано 27 событий рождения ядер московия (115 элемента), в дальнейшем ученые планируют эксперименты по синтезу новых элементов — 119 и 120.

О результатах эксперимента на заседании программно-консультативного комитета ОИЯИ по ядерной физике рассказал сотрудник Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Владимир Утенков.

Сотрудники Лаборатории ядерных реакций имени Флерова за последние 20 лет синтезировали пять новых элементов, завершающих седьмой период таблицы Менделеева: 114 (флеровий), 115 (московий), 116 (ливерморий), 117 (теннессин) и 118 (оганесон). Все они были получены в экспериментах на циклотроне У-400, где мишень из тяжелых элементов бомбардировали пучком ионов. Циклотрон неоднократно модернизировали, но для синтеза более тяжелых элементов — 119 и 120 — и детального изучения ядерных и химических свойств уже известных нужна была более высокая производительность.

Поэтому в конце 2000-х годов было решено создать новую установку — Фабрику сверхтяжелых элементов, — которая должна была обеспечить в десять раз более высокий поток ионов — 10 микроампер против 1 микроампера на У-400 (интенсивность пучка заряженных частиц измеряется в тех же единицах, что и сила тока). Это позволяет увеличить количество столкновений ионов с мишенью и, следовательно, число родившихся ядер.

Газонаполненный сепаратор и детектор установки ДЦ-280. Сепаратор призван «очистить» поток частиц от мишени от «мусора» и сделать так, чтобы до детектора долетали только тяжелые ядра. / ОИЯИ

Установка ДЦ-280 была впервые запущена в марте 2019 года, а 26 ноября 2020 года начался первый эксперимент по синтезу сверхтяжелого элемента московия в реакции америция-243 (играл роль мишени) и кальция-48 (снаряд).

Как сообщил Утенков, в период до 20 декабря ученым удалось зафиксировать 27 событий рождения 115-го элемента. Это сопоставимо с общим числом ядер этого элемента, синтезированных за все предыдущие годы — начиная с 2003 года. В результате столкновений ядер америция-243 и кальция-48 возникало «компаунд-ядро» с массой 291, которое затем остывало, «испаряя» 2, 3 или 4 нейтрона. В результате возникали изотопы московия с массами 289, 288, 287. Полученные изотопы существовали от нескольких сотых долей секунды до единиц секунд, а затем распадались, порождая разные цепочки распадов.

В дальнейшем ученые планируют провести серию экспериментов с реакцией плутония-242 и кальция-48, чтобы получить 114 элемент — флеровий — и исследовать его химические свойства.

Чтобы сделать следующий шаг и синтезировать 119 и 120 элементы таблицы Менделеева, необходимо сменить снаряд, проверенный кальций-48 использовать уже будет нельзя. Сейчас ЛЯР планирует получить для этого устойчивый и интенсивный пучок титана-50.

Как сообщил N + 1 Андрей Попеко, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций, первые эксперименты с пучком титана-50 уже были проведены, были получены ядра 104-го элемента, но для синтеза элементов 119 в реакции с берклием и 120 — с калифорнием — интенсивность пучка мала, ее нужно поднять в пять-десять раз. Кроме того, титан очень агрессивен химически при высокой температуре в источнике, поэтому надо искать соединения с низкой температурой кипения — металлоорганику.

Если ЛЯР удастся, как в прошлые годы, получить изотопы берклия и калифорния для мишени от коллег из США, то первые попытки синтеза 119-го и 120-го элемента могут быть предприняты примерно через год, говорит Попеко.