Год Таблицы. Международный симпозиум в Дубне

Большим и ярким событием стал прошедший в последние дни мая в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, в рамках объявленного ЮНЕСКО Международного года Периодической таблицы Международный симпозиум «Настоящее и будущее  Периодической таблицы химических элементов». В нем приняли участие ведущие ученые мировых лабораторий, активные участники исследований по синтезу и изучению новых элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. И то, что Дубна стала местом проведения этой встречи ученых, говорит о весомой роли Объединенного института ядерных исследований в развитии одного из ведущих направлений ядерной физики.

Приведем лишь два из многих отзывов участников симпозиума. Это лауреаты международной премии имени Георгия Николаевича Флерова, врученной на праздничном мероприятии в Дубне, профессор Мартин Полякофф (Ноттингенский университет, Великобритания), и  профессор Наталья Тарасова, экс-председатель Международного комитета чистой и прикладной химии, сопредседатель международного комитета по проведению Года периодической таблицы.

Профессор Мартин Полякофф в первый день работы симпозиума поделился своими представлениями о деятельности Менделеева и полученных им результатах с точки зрения английского химика. И не просто химика, но и  активного популяризатора научных знаний.  Он предложил участникам высокого собрания совершить экскурсию по своему университетскому  кабинету, каждый экспонат которого  ярко и наглядно, а порой и с неожиданной стороны иллюстрирует  непреходящее значение творчества великого русского ученого.

Во время презентации Фабрики сверхтяжелых элементов в Лаборатории ядерных реакций Мартин Полякофф признался корреспонденту еженедельника «Дубна»:  когда был здесь два года назад,  – в этом здании стоял только магнит… «То, что вижу сегодня, производит чрезвычайное впечатление. Особенно сильное волнение испытываю при мысли, что здесь, возможно очень скоро будет получены 119 и 120-й  элементы. Конкретно здесь или в другом помещение будет это «месторождение»? Здесь совсем недавно провели пучок ионов, и я  взял кусочек гипса, чтобы  поместить в свою «кунсткамеру», сказать нашим посетителям, что этот экспонат из того помещения, где будут рождаться новые элементы.. И я поздравляю всех создателей этого чуда, и желаю самых больших успехов!

Мнение коллеги разделяет и   Наталья Тарасова: Я верю, что 120-й элемент будет синтезирован в Дубне. И верю, что российская наука останется на позициях, которые были завещаны нашими великими предками.  Есть открытия, значение которых для человечества, возможно, недооценивалось в прошлом, но сейчас абсолютно понятно, что Периодический закон Д. И. Менделеева – это фундаментальное достояние человечества. Я счастлива, что я здесь в эти майские дни.

Присуждение Флеровской премии – большая честь для меня, потому что я имела счастье общаться с Георгием Николаевичем и прекрасно представляю себе масштаб его личности. Он был патриотом науки и патриотом страны. И я надеюсь, что в отведенные мне годы постараюсь оправдать это доверие.

Мы говорим сегодня  о настоящем и будущем, а я хотела бы вспомнить недавнее прошлое, потому что без прошлого нет будущего… Первым официальным документом, который был направлен в ЮНЕСКО с предложением провести международный год от международных организаций, было обращение, подписанное директором ОИЯИ В. А. Матвеевым и руководителями радиационных  лабораторий США, и принято  оно было,  когда мы отмечали включение в Таблицу 113, 115, 117, 118-го элементов. А потом последовало множество писем от историков, биологов, астрономов, музыкантов, химиков и физиков, и все это говорит о том, что Периодическая таблица – действительно достояние человечества. Когда ООН рассматривала  решение о проведении Международного года,  это было принято консенсусом, несмотря на сложную обстановку в мире, о которой вы  хорошо знаете. И этот консенсус говорит о том, что великие открытия не имеют границ и ученые действительно создают язык, который позволяет нашему миру оставаться единым…

История научного поиска, который на протяжении десятилетий ведется в ведущих ядерно-физических лабораториях мира в попытке получить экспериментальное доказательство существования "острова стабильности" в трансурановой области, продолжительна по времени, многозначна по испробованным учеными вариантам и весьма насыщенна по накалу человеческих эмоций – от отчаяния до надежды. Множество попыток синтеза сверхтяжелых элементов, предпринятых учеными не только в России, но и США, Франции, Германии, Японии, приводили к нулевому результату. Так, например, синтезировать 114-й элемент еще в 1985 году пыталась мощная международная коллаборация, образованная пятью научными центрами Германии, США и Швейцарии. Эксперимент закончился неудачей, после чего в среде ученых появилось пессимистическое мнение о том, что "остров стабильности" сверхтяжелых элементов, быть может, и существует, но доказать это невозможно. Это мнение опровергли дубненские ученые, предложившие новую методику синтеза сверхтяжелых элементов и сумевшие в самый тяжелый для российской науки период в 90-е годы не только модернизировать ускоритель, но и создать новую аппаратуру, которая позволила повысить чувствительность эксперимента в 300 раз!
 В конце 1998 и начале 1999 годов в Дубне, в двух разных экспериментах, был синтезирован 114-й элемент, в 2000-м – 116-й. Заявка на открытие новых элементов была подана в 2005 году, но для принятия решения объединенной комиссии экспертов международных союзов теоретической и прикладной химии (IUPAC) и физики (IUPAP) понадобилось целых шесть лет. Видимо, физики были настолько ошеломлены фантастическими достижениями ученых Дубны, что подтверждающие эксперименты начали проводиться только в конце первого десятилетия нового века (и первый из них был поставлен в 2007 году в самом ОИЯИ).      

Эксперименты дубненских ученых и их коллег в других научных центрах мира по синтезу новых сверхтяжелых элементов помогают найти ответ на вопрос, который стоит перед человечеством с начала его истории: где предел материального мира? Можно напомнить, что первоначально в Таблице Менделеева содержались лишь 63 элемента, а великий Нильс Бор считал, что других элементов за номером 100 быть не может. В Дубне уже довели счет до 118-го и готовят новые эксперименты, создавая для этого более мощный ускоритель (он позволит повысить интенсивность пучка в 10 раз) и параллельно изучая химические свойства уже синтезированных элементов, – это тоже огромное поле для научного поиска, рождающего новые фундаментальные знания.                После решения, вынесенного экспертами IUPAC и IUPAР, дубненские ученые как первооткрыватели 114 и 116-го элементов получили право предложить их названия.

–  Все эти новые элементы, – рассказывает директор Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова профессор Сергей Дмитриев, были синтезированы на ускорительном комплексе У-400 нашей лаборатории, который на сегодня является мировым лидером в этой области. Базовой установкой для синтеза и идентификации новых элементов стал наш газонаполненный сепаратор, эффективность которого составляет 30-35 процентов. Синтез новых элементов 114–118 осуществлен в реакциях актинидных мишеней с изотопом кальция с атомной массой 48. Это уникальный нейтроноизбыточный изотоп кальция (20 протонов и 28 нейтронов), его содержание в природном кальции составляет всего 0,187 процента. Мы же используем препараты с обогащением по кальцию-48,  близким к 70 процентам. Специально для наших исследований его производят на одном из предприятий Росатома (комбинат "Электрохимприбор", город Лесной). Но элемент 118, синтезированный в реакции кальция-48 (Z=20) с калифорнием (Z=98) является последним, который можно синтезировать по этому методу. К сожалению, на сегодня (и в ближайшем обозримом будущем) калифорний остается наиболее тяжелым актинидом, доступным для синтеза СТЭ.

Очевидно, что нам необходимо перейти от кальция-48 к получению пучков более тяжелых ионов: титана-50, хрома-54 и других. Это и есть основная задача создающейся Фабрики сверхтяжелых элементов, которая нацелена прежде всего на синтез и проведение исследований с очень низкими сечениями образования, по крайней мере, на порядок величины ниже, чем в реакциях с кальцием-48. Очевидно, что для этого мы должны повысить эффективность наших экспериментов в десятки раз. Нам предстоит синтезировать 119 и 120-й элементы, изучить их свойства. Создание фабрики откроет широкое поле исследований по изучению уже открытых элементов, от 112 до 118-го. Тогда мы уже можем проводить эксперименты, связанные с ядерной спектроскопией, с измерением масс, изучением химических свойств новых сверхтяжелых.

Конечно, первые эксперименты на фабрике СТЭ будут тестовыми –и ярким мы должны испытать ускоритель, сепаратор, мишенный блок. Мы планируем начать наши работы с использованием относительно доступных мишеней (америций, плутоний) в реакциях с кальцием-48. Достичь нужной интенсивности и при этом показать, что новый комплекс существенно эффективнее, чем тот, что мы имеем сегодня. Сечение реакции америций-243 плюс кальций-48 составляет 8 пикобарн. Сегодня в этой реакции мы можем ожидать получения одного ядра 115-го элемента за два-три дня. Соответственно легко посчитать, сколько будем получать на новом комплексе – вполне достаточно для проверки, достаточно для проведения полноценных химических экспериментов. И, конечно, мы должны проверить реакцию плутоний-244 плюс титан-50 и сравнить ее с реакцией кюрий-246 плюс кальций-48, приводящих к образованию одного и того же компаунд-ядра 116-го элемента - ливермория-294. Это позволит оценить, насколько же все-таки упадут сечения в реакциях с титаном-50 по сравнению с кальцием-48, на порядок или больше, чтобы планировать будущие эксперименты. И после этого уже будем готовы приступить к нашей главной задаче - синтезу 119-го в реакции берклий плюс титан и 120-го - калифорний плюс титан.

Особо хотел бы отметить, что практически все страны-участницы нашего Института приняли участие в создании нового ускорителя ДЦ-280. Их прямой вклад в изготовление систем циклотрона – 14 миллионов долларов из общей стоимости 24 млн. Свой вклад внесли Болгария, Польша, Румыния, Словакия, Украина, Чехия. По сути наш новый ускоритель – это коллективное детище, и в него вложены все современные технологии, которыми наши страны владеют в этой области.

Говорят участники сотрудничества

Академик Борис Мясоедов под руководством Г. Н. Флерова участвовал в пионерских работах по физике тяжелых ионов начиная с 1954 года еще в "Курчатовском институте", а потом продолжал сотрудничество с Флеровым в созданной им лаборатории в Дубне. Он и сегодня считает ЛЯР своей родной лабораторией: "С первым сообщением о синтезе трансурановых элементов Г. Н. Флеров выступил на Ученом совете Института атомной энергии в 1954 году и получил горячую поддержку академика И. В. Курчатова. Это были теперь уже легендарные исследования сектора №7, который возглавлял будущий основатель новой лаборатории. Необыкновенные времена, удивительная творческая обстановка, которую мог создать только Флеров, - остались навсегда в памяти у всех, кто был вовлечен в эту эпопею. И огромный путь, который пройден Лабораторией имени Флерова, навсегда останется в "золотой копилке" Российской академии наук..."

Профессор Х. Геггелер (Институт имени Пауля Шеррера, Швейцария) –известный ядерный химик, яркий представитель европейской научной школы, прославился своими работами по химии отдельных атомов самых тяжелых элементов таблицы Менделеева. Приехал в Дубну в 1975 году и проработал в ЛЯР полтора года. С тех пор началось сотрудничество, которое продолжается по сегодняшний день. Сегодня к совместным работам подключаются молодые радиохимики из Швейцарии. «Зная лабораторию, - говорит профессор Геггелер, - я вижу на ее примере, что обязательно надо ставить перед собой только самые сложные, высокие цели...»

Хидето Энио, директор РИКЕН, Япония: «Одна из магистральных тем нашего участия в конференциях по экзотическим ядрам и синтезу сверхтяжелых, которые проводит Дубна, – соревнование-сотрудничество в синтезе сверхтяжелых элементов. И мне приятно, что Япония в этом соревновании делает определенные успехи. Подтверждение тому – 113-й элемент, который назван нихоний. Мне кажется, что наша близость и тесные контакты с российскими коллегами объясняются не только общностью научной тематики, но и географическим положением России, которая занимает добрую половину Азии. Мне очень приятно, что со мной на эти конференции приезжают мои коллеги и сотрудники, которых я рассматриваю как активных проводников развития нашего сотрудничества и, конечно, людьми, которые везде, где они бывают, готовы сделать хорошую рекламу этой серии конференций».

Эммануэль Вардачи, Неаполитанский университет, Италия, – член программно-консультативного комитета ОИЯИ по ядерной физике: «Участвуя в работе ПКК по ядерной физике, я, конечно, в курсе того, как развивается это направление в Институте, мы с коллегами детально знакомимся с проектами различных экспериментов, результатами исследований, обсуждаемых на заседаниях комитета, прежде чем вынести свои экспертные оценки. На конференциях, организуемых ОИЯИ, в полной мере ощущаю, насколько исследования, проводимые в Дубне, вписываются в мировой научный мейнстрим».

Фати Ибрагим (Орсэ, Франция): «История сотрудничества между Дубной и Институтом ядерной физики  продолжается уже не одно десятилетие. Это сотрудничество всегда было особенно важно для нас, начиная с использования пучков ионов кальция-48 в экспериментах, которые в свое время велись в GANIL. И до настоящего момента, когда оно продолжается уже на новом уровне. Та установка для производства радиоактивных ядер, которая создана во Франции, это пример того, как идея, возникшая в процессе сотрудничества, воплотилась в конкретном ядерно-физическом устройстве. И эта установка, так же как детектор, привезенный из Дубны, не только продолжает работать, но и демонстрирует плодотворность и стимулирующее влияние на развитие ядерной физики в национальных научных центрах. И это сотрудничество мы очень высоко ценим. И хотим и дальше развивать нашу коллаборацию с Дубной».

Синтез новых элементов, считает академик Юрий Оганесян, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций, именем которого назван 118-й элемент, определяет развитие физики тяжелых ядер на многие годы вперед, он окажет большое влияние на развитие смежных наук –  химии, физики атомного ядра, астрофизики и других. Эксперименты дубненских ученых и их коллег в других научных центрах мира по синтезу новых сверхтяжелых элементов помогают найти ответ на вопрос, который стоит перед человечеством с начала его истории: где предел материального мира? Можно напомнить, что первоначально в Таблице Менделеева содержались лишь 63 элемента, а великий Нильс Бор считал, что других элементов за номером 100 быть не может. В Дубне уже довели счет до 118-го и готовят новые эксперименты, создавая для этого более мощный ускоритель (он позволит повысить интенсивность пучка в 10 раз) и параллельно изучая химические свойства уже синтезированных элементов, – это тоже огромное поле для научного поиска, рождающего новые фундаментальные знания.

Дубна, май 2019.

Фото Елены Пузыниной:   Участники симпозиума  в зале ускорителя ДЦ-280.


Рецензии