Синтез и исследование свойств
новых сверхтяжелых элементов
(новая область ядерной стабильности)

Опубликовано в еженедельнике ОИЯИ "Дубна"  № 50 (2000)

Лаборатория ядерных реакций имени Г.Н.Флерова и редакция еженедельника “Дубна” представляют в этом спецвыпуске стенограмму заседания президиума Российской Академии наук, состоявшегося 21 ноября, на котором член-корреспондент РАН Юрий Цолакович Оганесян выступил с научным докладом, посвященным синтезу новых элементов.

Ю. Ц. Оганесян: “...Теперь мы могли ставить эксперимент в сто и тысячу раз более чувствительный, чем это делали наши коллеги на протяжении последних 25 лет”.

В. А. Матвеев: “Я уверен, что это открытие, яркое открытие”.

В. Г. Кадышевский: “У нас направление, связанное с физикой тяжелых ионов, с синтезом сверхтяжелых элементов, развивается таким образом, что оно оказывается признанным во всем мире”.

С. С. Герштейн: “Это – несомненно выдающееся открытие, сделанное у нас... Оно может иметь большое значение и для изучения Вселенной”.

Ю. Г. Абов: “Это, прямо скажем, работы нобелевского уровня”.

Б. Ф. Мясоедов: “Эти работы являются блестящим вкладом в копилку достижения отечественной науки”.

О. М. Нефедов: “Очень хотелось бы надеяться, что приоритет российских ученых в этой области будет не только признан, но и оценен по заслугам”.

А. Ф. Андреев: “Это открытие, которое ведет вверх”.

Г. А. Месяц: “Непросто получить выдающийся результат, в непростое время, да еще экспериментальный,.. с рекордными параметрами”.

Ю. Ц. Оганесян:

Тема моего сообщения – новые элементы, число которых может быть значительно большим, чем то, что мы учили в школе, когда проходили химию.

Известно, что все элементы от водорода до урана составляют окружающий нас мир. Они существуют в Земле; это означает, что время их жизни больше, чем возраст Земли. Все элементы тяжелее урана образовались когда-то в процессе нуклеосинтеза, но не дожили до наших дней. Сегодня они могут быть получены только искусственным способом.

Известная всем концепция атома: ядро, которое содержит всю массу атома и его положительный заряд и электронные орбитали, может существовать до очень тяжелых атомных номеров: 160 и, быть может, 170. На самом деле граница намечается значительно раньше из-за нестабильности самого ядра. Поэтому вопрос о пределах существования элементов должен быть адресован ядерной физике. Если посмотреть на ядра, которые содержат разное число протонов и нейтронов, то стабильные образования (стабильные элементы) встречаются только до свинца и висмута. Затем - небольшой полуостров, в котором присутствуют только уран и торий; они обнаружены в Земле.

Сегодня я хотел бы обратить ваше внимание на самую тяжелую часть ядер, которая определяет пределы существования элементов.

Как только мы продвигаемся за уран, время жизни ядер резко падает. Изотопы заурановых элементов радиоактивны, они испытывают альфа-распад. Время жизни ядер уменьшается в логарифмическом масштабе. Эта логарифмическая шкала показывает, что от урана (92-го элемента) до 100-го элемента стабильность ядер уменьшается на 20 с лишним порядков.

На самом деле, положение более сложное, потому что другой тип распада – спонтанное деление настигает альфа-распад в области 100-го элемента, и в дальнейшем время жизни ядер уменьшается значительно сильнее.

Спонтанное деление – четвертый вид радиоактивности – было открыто 60 лет назад в Ленинграде К. А. Петржаком и Г. Н. Флеровым как редкая разновидность распада урана. Эта редкая для урана разновидность радиоактивного распада становится основной, как только речь идет о более тяжелых элементах.

Объяснение явления спонтанного деления было дано Нильсом Бором в 1939 году. Согласно Н.Бору, подобный процесс может произойти, если предположить, что ядерное вещество обладает свойствами бесструктурной материи типа капли заряженной жидкости. Если капля испытывает деформацию под действием электрических сил, то ее потенциальная энергия растет до определенного предела, а затем уже необратимо уменьшается с ростом деформации до тех пор, пока капля не разделится на две части. Таким образом, у ядра урана возникнет некий барьер, который удерживает это ядро от деления на протяжении 10¹⁶ лет.

Если перейти от урана к более тяжелому элементу, в ядре которого кулоновские силы значительно больше, барьер понижается, и вероятность деления сильно возрастает. Наконец, при дальнейшем увеличении заряда ядра мы придем к пределу, когда уже нет никакого барьера, то есть даже сферическая форма капли оказывается неустойчивой к разделению на две части.

Это и есть предел стабильности ядра. Согласно расчетам Бора и Уиллера, предел ожидался для элементов с атомными номерами 104-106.

Совершенно неожиданным было обнаружение в 1962 году в нашей лаборатории у тяжелых ядер, включая уран, еще и другого периода полураспада. То есть у одного и того же ядра могут быть два однотипных распада с различной вероятностью, или два времени жизни. Для урана – одно время составляет 10¹⁶ лет, что и было обнаружено Флеровым и Петржаком, а второе очень короткое, всего 0,3 микросекунды. При двух периодах полураспада надо полагать наличие у ядра двух состояний, из которых происходит деление. Это никаким образом в представление о капле не вписывается. Два состояния могут быть только в том случае, если тело не аморфное, а имеет внутреннюю структуру.

Итак, ядерное вещество не является полным аналогом капли заряженной жидкости. Капля есть некое приближение к описанию ядерной материи; на самом деле, ядро имеет внутреннюю структуру.

Вопросами ядерной структуры серьезно занялись теоретики-ядерщики; в нашей стране – В. М. Струтинский, С. Т. Беляев, В. В. Пашкевич и др. Они решали довольно сложную задачу, пытаясь объяснить, что барьер урана является двугорбым и как меняется структура ядра при его деформации.

И это было объяснено. Но если объяснение, предложенное теоретиками, правильное, то, когда мы придем к сверхтяжелым элементам, картина будет совсем не такой, как прогнозировалось для капли жидкости. В тяжелых элементах эта структура будет проявляться в полной мере там, где капля несостоятельна, и будет возникать так называемый структурный барьер. А это означает, что ядро может жить очень долго.

Этот нетривиальный вывод теории привел, по существу, к предсказанию гипотетической области стабильности сверхтяжелых элементов, расположенных далеко от тех элементов, которые известны и с которыми мы привыкли работать.

Как только это было предсказано, все крупнейшие лаборатории мира бросили свои силы на то, чтобы экспериментально проверить эту гипотезу. Этим занимались в Соединенных Штатах, во Франции, в Германии. Однако во всех опытах были получены отрицательные результаты.

Я нахожусь здесь для того, чтобы представить вам результаты экспериментов, которые мы проводили последние два года в Дубне. Результаты, которые привели к выводу о том, что этот “остров стабильности” действительно существует. О нем пойдет короткий рассказ.

Как получать эти ядра? Поскольку в ядро надо “вогнать” очень много нейтронов, то естественным было бы облучать исходное – стартовое вещество мощным потоком нейтронов. Для этого необходимо использовать все более и более мощные реакторы. Однако, реакторный способ синтеза буквально “заткнулся” на фермии (элементе с атомным номером 100), потому что изотоп фермия с массой 258, который должен получаться в результате захвата нейтронов, живет всего 0,3 миллисекунды. Вся цепочка последовательного захвата нейтронов разорвалась на ступени захвата 20-го нейтрона. Нам же необходимо пройти более 60 ступеней. Нейтронный метод “не пошел”...

Попытка американских исследователей получить сверхтяжелые элементы в ядерных взрывах, то есть в мощном импульсном потоке нейтронов, тоже в конечном итоге привела к образованию того же изотопа 100-го элемента с массой 257.

С этого момента начал развиваться другой, совершенно искусственный метод синтеза: два тяжелых ядра сталкивают друг с другом в надежде на то, что они сольются и в результате получится ядро суммарной массы. Для того, чтобы произошла такая реакция, необходимо одно из ядер разогнать до скорости примерно 0,1 скорости света. Эту функцию выполняют ускорители. То, что мы знаем сегодня о свойствах тяжелых элементов второй сотни, было получено с помощью ускорителей тяжелых ионов в реакциях этого типа.

Каковы свойства трансурановых элементов? Если 92-й элемент – уран живет миллиард лет, то тяжелое ядро 112-го элемента живет всего 0,1 миллисекунды. Действительно, увеличение атомного номера на 20 единиц приводит к уменьшению времени жизни ядра более чем в 10²⁰ раз. Однако “остров стабильности” расположен в другом месте, где ядра содержат значительно больше нейтронов. Поэтому надо двигаться в сторону более нейтронно-избыточных ядер. Это трудно осуществить, так как в стабильных нуклидах отношение числа протонов к числу нейтронов строго определено. Мы решили использовать реакции, в которых большой нейтронный избыток изначально задан как в ядре материала мишени, который нарабатывается в ядерном реакторе, так и в ядре-снаряде, который в данном случае был выбран в качестве ядра кальция-48.

Кальций-48 – стабильный изотоп кальция, элемента с атомным номером 20, которого в природе много, но сам изотоп очень редкий: его содержание в обычном кальции всего 0,10 процента. Выделить его из кальция – задача неимоверно трудная. Тем не менее, если бы нам удалось ускорить ионы кальция-48, то, облучая уран, плутоний или кюрий, мы могли бы пробраться в заветную область, где ожидается подъем стабильности, и там должны были бы почувствовать эффект резкого подъема времени жизни сверхтяжелых элементов.

В конкретном эксперименте была выбрана реакция, где в качестве исходного вещества использовался плутоний (Z=94), его самый тяжелый изотоп с массой 244, а в качестве бомбардирующего иона - изотоп кальция-48. Надежда была на то, что реакция слияния этих ядер приведет к образованию 114-го элемента, который должен быть более устойчивым, чем полученные ранее более легкие элементы.

Для того, чтобы поставить подобный опыт, требовался ускоритель с мощностью пучка кальция-48, превосходящую все известные ускорители в десятки раз. В течение пяти лет такой ускоритель был создан в Дубне. Он несет две функции: с одной стороны, он должен расходовать как можно меньше дорогого вещества – кальция-48, с другой - дать высокую интенсивность ускоренных ионов. Эти противоречивые условия требовали компромиссного решения, которое, в конце концов, было найдено: при очень малом расходе вещества: 0,3 мг/час мы получили интенсивность пучка в несколько единиц на 10¹² ионов в сек. Теперь мы могли ставить эксперимент в сто и в тысячу раз более чувствительный, чем это делали наши коллеги в других странах на протяжении последних 25 лет.

Несколько слов о самом эксперименте.

Получив пучок кальция, мы облучаем мишень из плутония. Тяжелый изотоп плутония-244 был нам предоставлен Ливерморской национальной лабораторией (США). Если в результате процесса слияния двух ядер образуются атомы нового элемента, то они должны вылетать из мишени и вместе с пучком продолжать движение вперед. Здесь их надо отделить от ионов кальция-48 и других продуктов реакции. Эту функцию выполняет сепаратор, в котором присутствует поперечное электрическое поле. Поскольку скорости ядер разные, пучок утыкается в стопер, в то время как тяжелые ядра отдачи 114-элемента совершают криволинейную траекторию и в конце концов доходят до детектора. Детектор должен распознать, что пришло тяжелое ядро. И затем наблюдать его распад.

Что, собственно говоря, мы ожидаем?

Если справедлива гипотеза о том, что существует “остров стабильности” в области сверхтяжелых элементов и эти ядра очень устойчивы относительно спонтанного деления, то тогда они должны испытывать другой тип распада – альфа-распад.

Иными словами, ядра на вершине и вблизи вершины этого острова, устойчивые к спонтанному делению, должны быть альфа-радиоактивными. Альфа-радиоактивное ядро, как известно, спонтанно выбрасывает альфа-частицу (ядро гелия), состоящую из двух протонов и двух нейтронов, переходя в дочернее ядро. Для выбранной нами реакции это переход 114-го в 112-й элемент. Ядра 112-го элемента тоже должны испытывать альфа-распад и переходить в ядра 110-го элемента и т.д. Но по мере последовательных альфа-распадов мы все дальше и дальше отдаляемся от вершины стабильности и в конце концов попадем в море нестабильности, где преобладающим типом распада будет спонтанное деление. Для экспериментатора это весьма яркая картина: в результате последовательных альфа-распадов, каждый из которых оставляет в детекторе энергию около 10 МэВ, происходит деление, в котором сразу высвобождается энергия около 200 МэВ. На этом цепочка распадов обрывается.

Такую цепочку мы должны наблюдать, если справедлива теоретическая гипотеза. Это есть сценарий, демонстрирующий спуск с горы. Стало быть, есть гора, с которой мы спускаемся.

Действительно, в течение эксперимента, который продолжался непрерывно три месяца, мы, кажется, впервые наблюдали то, что ждали.

После того, как ядро отдачи пришло в детектор, который измеряет его энергию, скорость и координаты места его остановки с высокой точностью, мы зарегистрировали альфа-частицу с энергией 9,87 МэВ через секунду после остановки. Отметим, что в самом тяжелом ядре, синтезированном ранее, это время занимало всего одну десятитысячную долю секунды. Здесь – секунда.

Затем, спустя 10,3 секунды (тоже долгое время), вылетела вторая альфа-частица с энергией 9,21 МэВ и затем, спустя 14,5 секунд, произошло спонтанное деление. Вся цепочка распадов занимает время около 0,5 минут.

Второе событие было такое же, как первое. Оба эти события совпадают друг с другом по 13-ти параметрам. Поэтому вероятность случайных совпадений сигналов в детекторе, имитирующих подобный распад, составляет всего 10^-16.

В этом же эксперименте наблюдалось и другое событие, значительно более долгоживущее. Здесь уже распад исчисляется минутами и десятками минут. Если мы будем отходить влево в область ядер с дефицитом нейтронов, то спонтанное деление становится все более и более вероятным. Что было обнаружено, когда вместо мишени из плутония-244 использовался более легкий изотоп – плутоний-242. Это точно воспроизводит сценарий, который был предсказан теорией о том, что остров находится справа, среди ядер, обогащенных нейтронами.

Таким образом, синтезированные ядра – изотопы 114-элемента и их дочерние продукты альфа-распада, новые изотопы элементов 112 и 110 уже испытывают действия этих структурных сил, формирующих “остров стабильности” сверхтяжелых элементов. И несмотря на то, что они находятся на значительном расстоянии от вершины острова, тем не менее, их времена составляют минуты и десятки минут. Это примерно на 5 порядков повышает их стабильность по сравнению с изотопами тех же элементов, находящихся вдали от границы острова.

Мы решили пойти дальше, подняться еще на одну ступень и попытаться синтезировать 116-й элемент, используя в качестве мишени изотоп 96-го элемента – кюрия с массой 248 в сочетании все с тем же кальцием-48.

Уникальное вещество – кюрий-248 было получено на мощном реакторе НИИ атомных реакторов в г. Димитровграде. Наблюдение цепочки распадов 116-го элемента было бы еще одним доказательством получения 114-го элемента: в первом случае он был получен непосредственно при облучении плутониевой мишени; в этой же реакции в результате распада более тяжелого “родителя”.

Такой эксперимент был поставлен недавно, и я хочу показать его результат. Здесь мы пошли на некоторый риск.

Если в реакции образуется 116-й элемент, то после его альфа-распада мы получили бы ядро 114-го элемента, о котором было сказано ранее; иными словами, в этом опыте мы должны были еще раз (уже третий) наблюдать кроме 116-го элемента всю цепочку распада 114-го элемента.

После вылета альфа-частицы от распада 116-го элемента ускоритель выключался и выключалось все силовое оборудование в лаборатории для того, чтобы создать абсолютно бесфоновые условия. Действительно, после того, как тяжелое ядро отдачи пришло в детектор, спустя 47 миллисекунд, вылетела альфа-частица с энергией 10,56 МэВ, которая отключила все мощное оборудование. После этого в совершенно спокойных условиях мы наблюдали вылет еще одной альфа-частицы, затем другой альфа- частицы и затем спонтанное деление.

Если сравнить цепочку распадов после отключения ускорителя с тем, что мы наблюдали для 114-го элемента, то можно увидеть полное совпадение по всем параметрам. Это действительно был распад 114-го элемента, а, стало быть, предыдущая альфа-частица относится к 116-му. Произошло это 19 июля этого года. Сейчас опыт продолжается, мы хотим иметь больше событий.

Подходя к концу своего выступления, я хотел бы показать вам предсказание теории и наши экспериментальные точки. Для 116-го элемента, согласно теории, с увеличением числа нейтронов в ядре от 166 до 176 время жизни ядра должно было бы возрасти на 5 порядков. Эксперимент дал величину примерно 6 порядков. Для 114-го элемента картина выглядит таким же образом. При увеличении числа нейтронов в этом ядре от 164 до 174 период полураспада возрастает более чем на 6 порядков. Для 112-го элемента избыток в 10 нейтронов также увеличивает стабильность ядра на 5-6 порядков. Эта же картина для изотопов 110-го элемента.

Вообще говоря, хорошее согласие с теоретической гипотезой. Более того, эксперимент показывает, что сверхтяжелые нуклиды в этой области более долгоживущие, чем это следовало из теории.

Я хотел бы обратить ваше внимание на вершину “острова стабильности”. Эта вершина может составлять миллионы лет. Она не дотягивает до возраста Земли, который составляет 4,5 миллиарда лет. Однако, если принять во внимание, что в эксперименте мы имеем превышение стабильности над расчетными значениями на отрогах “острова стабильности”, то не исключено присутствие сверхтяжелых элементов в природе, в нашей системе, либо в космических лучах, то есть в других системах. Там могут существовать сверхтяжелые элементы, время жизни которых будет исчисляться миллионами лет.

Более важно еще другое обстоятельство: теперь таблица элементов пополнилась новыми 114-м и 116-м элементами. Более того, эти эксперименты “дали новое звучание” известным ранее 112, 110, 108-му элементам, поскольку увеличение нейтронов привело к существенному возрастанию времени их жизни. Это дает возможность изучать химические свойства этих элементов. Вообще говоря, 112-й, 110-й и 108-й элементы, которые живут минуты, вполне доступны для исследования их химических свойств методами современной радиохимии. Можно ставить опыты по проверке фундаментального Закона Менделеева относительно унификации свойств в колонках. Применительно к сверхтяжелым элементам мы должны считать, что 112-й элемент гомолог кадмия, ртути; 114-й - аналог олова, свинца и т. д. Пока это просто экстраполяция наших представлений на ранее неизвестные элементы. Фундаментальный Закон периодичности химических свойств элементов можно теперь проверять экспериментально.

Поскольку мое время подошло к концу, вместо заключения я хотел бы вновь вернуться к тому, с чего начинал свое сообщение.

Стабильные элементы заканчиваются свинцом и висмутом. Ядра этих атомов являются магическими, что определяет повышенную энергию связи нуклонов в ядре. Затем следует область радиоактивных элементов, среди которых торий и уран наиболее устойчивы. Их период полураспада сравним с возрастом нашей планеты. По мере продвижения в сторону более тяжелых элементов время жизни ядер резко уменьшается. Полуостров радиоактивных элементов имеет выраженные границы. Теория предсказывала, что за “полуостровом” будут следовать “острова стабильности”. Они будут расположены в области очень тяжелых элементов, ядра которых обогащены нейтронами.

Попытки получить эти ядра в мощных потоках нейтронов не увенчались успехом. С другой стороны, в реакциях с тяжелыми ионами, начиная с 50-х годов, удалось синтезировать 12 искусственных элементов с атомными номерами более 100. Но в ядрах этих элементов не удалось получить избыток нейтронов, который позволил бы ответить на вопрос: кончается мир “полуостровом” радиоактивных ядер или за ним будет следовать “остров стабильности” еще более тяжелых – сверхтяжелых элементов.

Используя пучки ускоренных ионов изотопа кальция-48 и выбирая в качестве мишени искусственные элементы – тяжелые изотопы плутония и кюрия, полученные в мощных реакторах, нам удалось подойти лишь к границам этого гипотетического “острова стабильности” и уже здесь обнаружить сильный эффект – повышение стабильности в области сверхтяжелых элементов. Опыты продолжаются.

Благодарю вас за внимание к моему сообщению.

Г. А. Месяц – вице-президент, и. о. президента РАН: Спасибо большое. Есть ли вопросы?

А. Ф. Андреев – вице-президент РАН: Вы показывали время жизни. Почему-то все максимумы лежат примерно при одном и том же числе нейтронов. Это так или нет?

Ю. Ц. Оганесян: Да. Вообще эффекты структуры, ведущие к повышению стабильности системы, связаны с определенной комбинацией протонов и нейтронов в ядре, которая приводит к дополнительной энергии связи. Только строго определенное число нейтронов и протонов могут это сделать. Ситуация похожа на замкнутые оболочки в структуре атома, когда определенное число электронов приводит к образованию химически устойчивых элементов. Хотя, по отношению к структуре атома оболочки в ядре несколько условное понятие. В сверхтяжелых ядрах, обладающих большой массой, стабильность резко возрастает при подходе к замкнутой нейтронной оболочке с числом нейтронов 184. Подобная оболочка действует в свинце, но при 126 нейтронах. Как в химии, после аргона идет ксенон, так и в ядрах после свинца идет сверхтяжелый элемент в силу того, что после нейтронной оболочки 126 следует оболочка 184.

А. Ф. Андреев: То есть здесь до какого-то вещества еще далеко? Сам факт наличия оболочки означает, что это существенно конечная система?

Ю. Ц. Оганесян: Да, это так, ядро – конечная система. Но если бы в свинце не было оболочек, то не было бы и свинца, то есть свинец был бы радиоактивным элементом. На самом деле свинец стабильный. Подобный эффект увеличивает время жизни ядра, а следовательно и атома сверхтяжелого элемента.

О. М. Нефедов – вице-президент РАН: Скажите, пожалуйста, что делается сейчас в других конкурентных лабораториях по 114-му и 116-му?

Ю. Ц. Оганесян: Естественно, после того, как мы опубликовали результаты наших работ во многих ведущих журналах, возник интерес к этим исследованиям.

Возникли и имеются национальные программы: американская, немецкая, французская, японская. Помимо нас четыре национальные лаборатории занимаются синтезом новых элементов.

Если говорить о нашей программе, то она продвинута, по моим оценкам, на 2-3 года. Спустя некоторое время, я думаю, наши коллеги за рубежом смогут повторить эти опыты, учитывая также, что сами опыты достаточно продолжительны.

Г. А. Месяц: Скажите, пожалуйста, когда был построен ускоритель у вас?

Ю. Ц. Оганесян: Ускоритель был построен в 1980 году. Он был одним из лучших. Но когда мы начали заниматься проблемой синтеза сверхтяжелых, мы пришли к выводу, что он не годится. Мощность его пучков была мала для этой задачи, а расход изотопа кальция-48 неоправданно велик. И пять последних лет, начиная с 1994 года, мы начали его коренную реконструкцию для того, чтобы поднять интенсивность пучка примерно в 50-100 раз. Это было сложно, но, как теперь видно, это можно было сделать.

Г. А. Месяц: И вы реконструировали, переделали ускоритель в последнее время, да?

Ю. Ц. Оганесян: Да. Основную часть работы мы провели в последние пять лет.

Г. А. Месяц: Еще вопросы, пожалуйста.

Академик В. Л. Гинзбург: В литературе сообщалось о 118-м элементе. Где он у вас ложится? Это первое.

А во-вторых, что более важно, были поиски длинных треков в метеоритах. Но я много лет не видел на этот счет никаких данных. А это, по-моему, очень перспективный метод. Интересно, что нового здесь есть? У вас этим Перелыгин занимался.

Ю. Ц. Оганесян: Начну со второго вопроса, потом отвечу по 118-му элементу.

Поиски сверхтяжелых элементов в природе велись на протяжении более 10 лет под руководством Георгия Николаевича Флерова. Тогда предполагалось, что самым стабильным должен быть 114-й элемент. На самом деле наши результаты показывают, что самым стабильным будет не 114-й, и даже не 112-й элемент, а 110-й или 108-й элементы. То есть надо получить нейтронно избыточное ядро с меньшим атомным номером. Тогда его стабильность будет существенно выше. И не бессмысленно эти опыты продолжать, но только уже в новой области.

Теперь о 118-м элементе. Американскими физиками из Беркли была сделана попытка получить 118-й элемент, облучая свинец ионами криптона. Таким способом, в принципе, может быть получено ядро с большим числом протонов-118, но относительно малым числом нейтронов. Из-за недостатка нейтронов здесь не ожидается никакого подъема стабильности. Тем не менее, такой эксперимент был сделан, данные его опубликованы. Но они, однако, не были воспроизведены в этой же реакции в других лабораториях и даже самими авторами. Они сейчас разбираются с этим.

Г. С. Голицын, член-корреспондент РАН: Вот эти числа – 126, 184 – находят ли они какое-то геометрическое объяснение, минимум какого-то потенциала или еще чего-то? Или это просто пока опытные факты.

Ю. Ц. Оганесян: Нет, нет. Я хотел бы сказать, что замкнутые оболочки протонов и нейтронов в ядрах - это экспериментальный факт, но они также рассчитываются в рамках современных моделей ядра.

Конечно, нейтронная оболочка 184 получена расчетным путем. Теория предсказывала, что при определенном числе протонов и нейтронов могут возникнуть внутренние дополнительные силы, которые будут удерживать очень тяжелое ядро от спонтанного деления. Даже если это ядро деформировано, все равно эти силы в нем остаются. Такое сверхтяжелое ядро не должно было бы существовать, если бы подобных сил не было, то есть если бы ядерная материя была бы бесструктурным аморфным телом. Но наличие структурных сил очень избирательно.

Г. С. Голицын: Силы эти курируются?..

Ю. Ц. Оганесян: По существу это тот же потенциал, с помощью которого решается многотельная задача. У Вас имеется 300 частиц, определенное число из них протонов, другие – нейтроны. Рассматривается движение частиц в поле ядра и определяются энергетические состояния частиц и системы в целом, т. е. масса ядра, его энергия связи, форма ядра. Меняя число протонов и нейтронов, можно определить круг ядер, обладающих максимальной энергией связи. Их принято называть “магическими”. Для свинца это встречается два раза: для числа протонов 82 (атомный номер свинца), и для числа нейтронов 126. В этом смысле свинец-208 является дважды магическим ядром. Следующее дважды магическое ядро будет иметь изотоп 114-го элемента с числом нейтронов 184, расположенный далеко, в неизвестной области. Это, пожалуй, первый раз, когда мы пытаемся до него дойти. Не дошли еще, просто приблизились к нему, но уже видим эффект повышения стабильности у его соседей.

Академик В. А. Матвеев: Юрий Цолакович, у Вас очень прозрачный доклад. Я уверен, что это открытие, яркое открытие. Я задам вопрос, может быть, не прямо связанный с этой областью, но близкий, который сейчас очень интенсивно обсуждается в научной литературе. О существовании гипотетических форм ядерного вещества, долгоживущего, которое может состоять не из кварков, из которых состоят нуклоны, а из странных кварков. Обсуждаются такие новые формы материи. Дело в том, что эти научные исследования, скорее размышления, выплеснулись в широкую прессу, и даже было объявлено широко, на весь мир, об апокалипсисе, который грозит Земле в результате новых экспериментов на встречных пучках... Ваше чутье физика, который в этой области давно работает, насколько это невозможное?

Ю. Ц. Оганесян: Существование новых форм материи вполне возможно. Пока это предсказывается теорией. И гиперядра могут быть более стабильными, чем обычные ядра. Априори ничего не исключено. Но я не могу делать комментарии, кроме тех, что подобные ядра могут быть.

В. А. Матвеев: А можно ли поставить подобный эксперимент?

Ю. Ц. Оганесян: Насчет эксперимента я сейчас не отвечу. Как можно получить сверхтяжелое гиперядро? Но определенно это нельзя исключить, как нельзя исключить и то, что обсуждаемый “остров стабильности” не последний. Если магические комбинации работают, то могут быть еще более далекие ядра. Сейчас теоретики рассматривают структуру сверх-сверхтяжелых ядер вплоть до массы 500. Здесь же мы обсуждаем свойства ядер с массой 300. Но я должен сказать, что даже и столь недалекое продвижение в область больших масс ядер значительно расширяет предел существования элементов в природе. И это, пожалуй, есть основной вывод работы.

Академик В. Г. Кадышевский, директор ОИЯИ: Уважаемый Геннадий Андреевич, уважаемые коллеги! Я скажу несколько слов в связи с тем, что мы услышали. Вначале небольшой экскурс в историю.

Дубне, то есть нашему Институту, скоро исполнится 50 лет. Этот центр начинался как институт, в котором главный научный интерес был связан с изучением физики элементарных частиц или физики высоких энергий. У каждого времени свое понятие об элементарных частицах и о высоких энергиях. Тогда элементарными считались протон, нейтрон, а энергии были достаточно скромные. Дубна была неким аналогом ЦЕРН, и в сущности была даже в политическом смысле ответом на образование ЦЕРН. Сейчас ЦЕРН - общепризнанный крупнейший центр в физике элементарных частиц или высоких энергий, выражаясь по-нашему, головное предприятие. Дубна пошла несколько иным путем. В Дубне развиваются много направлений, связанных с наукой о строении материи. И то, что мы сегодня слушали, это пример того, чего в ЦЕРН нет. У нас направление, связанное с физикой тяжелых ионов, с синтезом сверхтяжелых элементов, развивается таким образом, что оно оказывается признанным во всем мире, и мы просто являемся, если забыть о скромности, лидерами в этой области.

Поэтому в таблице Менделеева под номером 105 числится элемент под названием “Дубний”. Когда Международный союз чистой прикладной химии принимал соответствующее решение, то было отмечено, что Дубна в этой области науки внесла определяющей вклад и имеет соответствующее заслуги.

Конечно, это в первую очередь связано с Г.Н.Флеровым, с лабораторией, которую он основал и которой сейчас руководит его ученик Юрий Цолакович Оганесян. Он является научным руководителем Лаборатории ядерных реакций имени Флерова.

Я хотел бы сказать то, что сам Юрий Цолакович по скромности не мог здесь произнести. Ему совсем недавно была присвоена очень престижная премия Европейского физического общества (премия имени Лизы Мейтнер) как раз за заслуги, связанные с синтезом новых сверхтяжелых элементов, и Дубний-105 там упомянут.

И последнее. 1 января 2000 г. журнал “Американская наука” опубликовал одну шутливую фотографию. Вы здесь ведите море, и “остров стабильности”, о котором упомянул Юрий Цолакович, здесь тоже изображен. Сам Юрий Цолакович нарисован в бочке, в качестве впередсмотрящего; он восклицает, что виден 114-й элемент. 1 января 2001 г. в журнале “Физическое обозрение”, как известно, очень престижном издании, будет опубликована научная статья об открытии 116-го элемента. О нем сегодня Юрий Цолакович говорил. И характерно мнение рецензента: рецензент просил ничего не менять в тексте. Таким образом, уже некая научная экспертиза на очень высоком уровне того открытия, о котором сегодня говорил Юрий Цолакович, состоялась. Посмотрим, что будет в мировой литературе 1 января 2002 г. Спасибо.

С. С. Герштейн, член корреспондент РАН: Это – несомненно выдающееся открытие, сделанное у нас. Но я хотел бы обратить внимание на то, что оно может иметь большое значение и для изучения Вселенной. Дело в том, что в результате первичного нуклеосинтеза у нас имеется водород, гелий, ничтожное содержание дейтерия, гелия-3, может быть лития. Все остальное элементы “варятся” в звездах. Имеется очень хорошее совпадение по железу, но в результате взрыва сверхновых звезд, когда есть нейтронные потоки, получить трансурановые элементы или элементы актинидной группы довольно трудно. Потому что в этих быстрых процессах потоки нейтронов недостаточны.

Однако, уже давно, был указан и другой способ получения, в природе нужного количества этих элементов. Это извержение из нейтронных звезд.

Нейтронные звезды в условиях “нейтронной бани” могут содержать по расчетам ядра с массой до 500. И если каким-то образом происходит извержение этих ядер, то тогда в результате их распада могут получаться сверхтяжелые элементы. Это гипотеза старая, она принадлежит Майеру и Теллеру. По-моему, Виталий Лазаревич (Гинзбург, прим. ред.) также высказывал эти идеи.

Сравнительно недавно были получены оценки, что столкновение нейтронных звезд сравнительно частое событие. С помощью столкновения нейтронных звезд пытались объяснить (правда, это не всегда проходит) гамма-всплески большой мощности и др.

Если действительно происходит столкновение нейтронных звезд и выбрасываются такие тяжелые элементы, то присутствие их может быть обнаружено в космических лучах.

Насколько я понимаю, где-то чуть ли не в 50-е годы сообщалось о событиях наблюдения треков в фотоэмульсиях, которые характеризуются очень большой ионизацией. Тогда даже Ферми думал, не монополь ли это, который тоже должен был вызывать большую ионизацию.

И если есть надежда на то, что есть 108-й элемент со временем жизни миллионы лет, то в окружающем веществе на Земле, возраст которой 4,5 миллиарда лет, вряд ли он выживет. Но в космических лучах, возможно, такое может быть. И при наблюдениях космического пространства в крупных лабораториях, по-видимому, очень интересно было бы поискать эти тяжелые элементы.

Ю. Г. Абов, член-корреспондент РАН: Уважаемые коллеги!

То, что вы услышали сейчас из уст Юрия Цолаковича, это есть прорыв в ядерной физике вообще, и, в частности, в физике ядерных реакций с тяжелыми ионами.

Говорилось только об одном аспекте, естественно, ярком. И это, прямо скажем, работы нобелевского уровня; об открытии острова стабильности сверхтяжелых ядер.

Но я должен сказать, что на протяжении десятков лет в лаборатории имени Г.Н.Флерова ведутся вообще комплексные исследования в физике столкновения тяжелых ионов. В этой области энергий данный процесс принципиально отличается от ядерных реакций с легкими заряженными частицами. В случае легких частиц время ядерной реакции после преодоления частицой кулоновского барьера, происходит мгновенно, за время 10^-8 секунды.

Здесь же два сгустка ядерной материи взаимодействуют в 10, в 100 раз дольше, идет длительный и сложнейший процесс, в ходе которого возникает и обмен нейтронами, реализуются различные формы конфигурации ядер: вытянутые, сильно вытянутые, гантелеобразные с перетяжкой (шейкой), без шейки и т.д. Эта стадия сильно возбуждена, происходит эмиссия нейтронов, гамма-квантов и других частиц, прежде чем возникает компаунд-состояние, которое, оказывается, может еще и долго жить. И сечение этого процесса с выходом таких компаунд-ядер невероятно мало, это миллиардные доли от полного сечения реакции. Совершенно мизерное сечение. И то, что вы слышали, есть следствие того, что Юрий Цолакович не только физик-ядерщик, он и физик-ускорительщик. Нужно было создать такой источник и такой способ экономного ускорения дефицитных ядер (дефицитных в том смысле, что их мало в обычном кальции), чтобы осуществить эту реакцию.

Что же касается ядерного вещества, то при столкновении ионов возникает новая ядерная материя. Она обладает особыми свойствами. Элементарные частицы в этой материи ведут себя по другому, не так, как в вакууме. И это уже известно. Значит, для того, чтобы понять характер, природу взаимодействия частиц с ядрами, с ядерной материей, нужно знать свойства этой материи. Они изучаются во Флеровской Лаборатории путем исследования эмиссии нейтронов, гамма-квантов, альфа-частиц, наконец, спонтанного деления. Это и есть информация об этой материи. В ней возникают фазовые переходы, например, переход типа жидкость-газ, в данном случае: ферми-жидкость и ферми-газ. И эти фазы могут сосуществовать друг с другом. Это физика, физика особая.

На наших глазах возникла физика плазмы. Сегодня вы слышали о том, что существует другая физика – физика ядерной материи, и нам приятно сознавать, что в этой области мы ушли вперед.

Вы знаете, что недавно появилось сообщение из ЦЕРН о том, что при столкновении ядер свинца с огромной энергией, около 200 ГэВ на нуклон, возникло подозрение на указание о том, что произошел фазовый период, и наблюдалась кварк-глюонная плазма. Это другое состояние вещества, но кварк-глюнную плазму непосредственно наблюдать вообще невозможно. Возможны лишь какие-то косвенные указания. Говорили о том, что рождение джи-пси частиц подавлено. Но в ядерном веществе частицы ведут себя по-другому, чем в вакууме. И для того, чтобы делать фундаментальный вывод о том, что происходит при взаимодействии с ядерной материей, надо знать свойства материи. На этом пути флагманом не только у нас в России, но в мире является лаборатория, научное руководство которой осуществляет Юрий Цолакович. Это выдающейся успех. Я повторяю, это результаты нобелевского уровня. Но это не мы с вами решаем, не мы присуждаем эту премию, но кое-что от нас тоже зависит.

Я здесь представляю журнал “Ядерная физика”. Первые публикации на эту тему Юрием Цолаковичем были опубликованы в нашем журнале “Ядерная физика”.

Вы знаете, что ежегодно присуждается премия издательства МАИК “Наука”. Я буду выдвигать этот комплекс работ на соискание этой премии вместе с редколлегией журнала, не сомневаясь в том, что дирекция ОИЯИ поддержит меня. И я сейчас обращаюсь к Президиуму Академии наук с просьбой поддержать это выдвижение.

Академик Б. Ф. Мясоедов, заместитель Ученого секретаря РАН: Мне посчастливилось быть непосредственным участником этих работ в далеком теперь 1954-м году, когда Г.Н.Флеров поставил эту проблему. Известно, что до того времени все элементы конца Периодической системы синтезировались только в Соединенных Штатах.

По просьбе И.В.Курчатова директор ГЕОХИ, А.П.Виноградов, командировал группу молодых химиков для участия в этих работах. Конечно, условия работ были далеки от тех, которые имеются на сегодняшний день. Работы по синтезу элементов проводились в институте Курчатова на старом циклотроне, предназначенном для ускорения только протонов. В распоряжении не было тяжелых ядер. Мы использовали только плутоний, да и то не самый тяжелый, а только 242-й. Тем не менее, уже в те годы были синтезированы элементы 103-й, 104-й и 105-й. К сожалению, Союз чистой и прикладной химии (ЮПАК) поспешил с утверждением названий этих элементов, потому что первые открытия, которые были сделаны в США и в Швеции, оказались неверными. Затем комиссия из ведущих международных экспертов подтвердила, что приоритет в открытии элемента 102 принадлежит Дубне, а элементы 103, 104 и 105 в равной степени открыты дубненской и американской группами. Дубненскую группу исследователей возглавлял в те годы Г. Н. Флеров. Конечно, за прошедшие годы многое изменилось. Как говорил Юрий Цолакович, построен специальный циклотрон, лучший в мире, который позволяет проводить синтез элементов в оптимальных условиях. Появились совершенно новые подходы в решении этой проблемы.

Если в первых работах старались использовать как можно более тяжелые частицы для облучения, рассматривался и даже рассчитывался вариант, когда по урану хотели стрелять ядрами урана, то Юрию Цолаковичу принадлежит блестящая идея, которая принята сейчас во всем мире: идея о том, что синтез нужно проводить в условиях образования “холодных ядер”, т.е. когда бомбардируемая частица не имеет большую массу и, следовательно, образующееся в реакции сверхтяжелое ядро не сильно возбуждено. Тогда вероятность образования новых элементов существенно возрастает.

Сегодня уже говорилось о том, что в честь огромного вклада в развитие этой проблемы, в развитие ядерной физики, ядерной радиохимии один из элементов, открытых в Дубне, а именно 105-й, был назван “Дубний”. Это второй элемент, открытие которого сделано в нашей стране: как мы знаем, первый элемент, рутений, был открыт нашим соотечественником в 1844 г. Сейчас мы слышали, что впервые в мире синтезированы элементы 114-й, 116-й. И мы надеемся, что этим элементам также будет присвоены названия, которые предложат авторы. Безусловно, эти работы являются блестящим вкладом в копилку достижений отечественной науки. Мы должны выразить благодарность Минатому, который поддержал эти работы. И пожелать новых больших успехов авторам этих весьма интересных и крайне важных исследований. Спасибо.

О. М. Нефедов, вице-президент РАН: Наверное, самое интересное - это то, что связано не только с одной областью, но находится на границе областей и достигается с участием специалистов из нескольких областей.

Мне кажется, что тот доклад, который мы заслушали сегодня, блестящий по форме и по содержанию, – яркий пример того, что можно сделать совместными усилиями, в частности, усилиями ядерных физиков и ядерных химиков. И мне представляется, что сегодняшний доклад и доложенные результаты очень интересны. Действительно, они вносят фундаментальный вклад в науку, как уже было сказано до меня.

Следует сказать, что одним из самых ярких открытий отечественной науки действительно является создание периодического закона Менделеева, Периодической таблицы элементов.

И вот сегодня эта область переживает не только второе, но совершенно новое, современное рождение, продолжение. И мне представляется, что то, что было нам представлено сегодня, действительно вносит исключительно важный вклад в данном аспекте в эту проблему – это дополнение есть эволюция Периодической системы Менделеева.

Исключительно непросто обстоит еще дело с конкуренцией и с признанием приоритета. Борис Федорович уже говорил, и было сегодня упомянуто, что два международных союза, физиков и химиков, ЮПАК и ЮПАП, рассматривали многократно вопрос приоритета и вклада авторов в синтез трансурановых элементов с очень малыми временами жизни.

Надо сказать, что действительно очень непросто обстоял вопрос с признанием приоритета дубненских физиков, работающих в Лаборатории Г.Н.Флерова, в частности, и сегодняшнего докладчика. Но все-таки мы выражаем (и сегодня об этом говорилось) удовлетворение тем, что два элемента – 101-й “Менделевий” и 105 “Дубний” - названы именем нашего соотечественника, а также в честь этого замечательного города и центра ядерных исследований в Дубне.

Очень важным является то, что сейчас работы по 116-му и 114-му являются российскими, дубненскими. Очень важно, что совместная рабочая группа ЮПАКа и ЮПАПа сейчас рассмотрела уже ситуацию с приоритетом в области синтеза 110-го – 112-го элементов, и вполне определенно показала объективность международного научного сообщества, которое теперь не отдает автоматически приоритет американцам так, как это было с элементами 102-м и 106-м. Об этом уже говорил Борис Федорович.

Ну и очень хотелось бы надеяться, что приоритет российских ученых в этой области будет не только призван, но и оценен по заслугам.

А. Ф. Андреев, вице-президент РАН: Очень приятно присутствовать на таких заседаниях. Я считаю, что это заседание историческое, когда работа такого уровня сделана совсем недавно. Вы видели: начало публикации – 1999 год. И мы уже на Президиуме можем говорить об этом как об абсолютно совершившемся факте.

Что важно?

Конечно, первое, что мы должны сделать, это поздравить и авторов, и дубненский коллектив с этим безусловно выдающимся, фундаментальным открытием.

Что еще очень важно?

Вы видели здесь, что область, которая в Дубне все время эти годы развивалась и в которой они были лидерами, сейчас привела к отрогам того самого острова стабильности, к которому они шли много лет. Так что это не то открытие, которое завершает какую-то деятельность, а наоборот – это открытие, которое ведет вверх. И безусловно – в этом нет сомнения, - что мы будем свидетелями еще более знаменательных выдающихся открытий в этой области.

Конечно, когда событие такого рода возникает, то сразу возникает желание поговорить о том, какая может быть премия, как назвать элементы. Кстати, это тоже вопрос. Раз они открыты, надо как-то их называть. Я думаю, авторы об этом думают. Но они почему-то ничего не сказали про это.

Конечно, дело признания это очень важное дело, и именно для Президиума, как для руководящего органа Академии, это очень важная постановка задачи. И авторы здесь не зря об этом рассказывают, надеясь, что Президиум будет в этом деле всячески помогать.

Но я хотел бы сказать, что самое главное то, что мы в такие годы слышим о выдающемся открытии, которое к тому же имеет такую блестящую перспективу на будущее. Это очень положительные эмоции, независимо ни от чего.

Ю. Ц. Оганесян: Конечно, поиски в природе, в более широком смысле в земных образцах, в космических лучах заслуживают внимания, и мы будем этим очень серьезно заниматься.

Виталий Лазаревич, мы читаем ваши работы и знаем ваши модели нуклеосинтеза. Основываясь также на выводах сделанных в этих работах мы собираемся дальше предпринять наши эксперименты.

Много положительных оценок нашей работы здесь было высказано. Я и мои коллеги считаем, что они в значительной степени адресованы нашему учителю Георгию Николаевичу Флерову.

Сегодняшний день не обычный, не каждый день выступаешь на Президиуме Академии наук. Но сегодня также исполняется 10 лет, как Георгий Николаевич ушел от нас. Мы отсюда поедем на Новодевичье кладбище. Этот день стал дважды знаменательным для нас и для его судьбы.

Большое вам спасибо.

Г. А. Месяц: Спасибо, Юрий Цолакович. Я думаю, действительно можно поздравить автора доклада и Флеровскую Лабораторию с выдающимся результатом. У нас есть все основания поздравить руководство Дубны и академика Кадышевского и профессора Сисакяна, которые здесь присутствуют.

Олег Матвеевич сказал, что не просто получить выдающийся результат. Я бы добавил: не просто получить выдающийся результат, в непростое время, да еще экспериментальный, когда пришлось делать ускоритель, с рекордными параметрами. Я как человек, который занимается созданием ускорителя, знаю, что это такое. Это огромные деньги, гигантские трудности и все прочее. Поэтому большое спасибо всем ученым Дубны и руководству Института. Спасибо также Юрию Цолаковичу за прекрасный доклад. Спасибо.