Техника - молодёжи 1997-02, страница 18

Слой толщиной всего 0,5 мкм драгоценного свинца-208 нанесли на еще более тонкую углеродную пленку. Интересно было бы рассказать, как это делается, да не позволяют ограниченные размеры статьи. Вот этой пленочкой и затянули все 8 окошек металлического диска — основы мишени (рис. 3), Диск вращается с большой скоростью — 1125 об/мин, чтобы хоть как-то рассеять тепло, приносимое энергичным ионным пучком. В зоне его действия окошки оказываются попеременно, и пленка, получившая «в лоб» миллиард миллиардов снарядов, уходит из-под обстрела и успевает чуть-чуть остыть. Потому она и не разрушается в ходе многосуточных экспериментов,

B.C.: В ядерные реакции со свинцом вступает лишь малая доля ускоренных ионов, остальные просто пронизывают мишень насквозь. Но и те, что попали ядром в ядро (чем не сюжет для барона Мюнхгаузена?!), не обязательно сливаются, образуя атомы нового элемента. Большинство продуктов слияния тут же разваливается на осколки — слишком велик избыток энергии, а уменьшить его не позволяет ку-лоновский барьер. Оттого ситуация — как на рыбалке, когда отчаянно не клюет?

В.К.: Чтобы надежно зафиксировать

распад первого в мире ядра 112-го элемента, С.Хофман и его коллеги облучали свои мишени непрерывно на протяжении трех недель. Представляете, сколько ионов-снарядов из драгоценного цинка-70 потратили, вроде бы, впустую — на пролет, на побочные реакции... Бесконечно много: мириады — число тут и не подберешь, и нет ему названия! Нетрудно представить и энергозатраты — огромные, по каким хотите меркам. И все это — ради одного пойманного, нет, не пойманного даже, а лишь надежно наблюдавшегося крайне малое время экзотического «зверька».

B.C.: Вопрос: как его ловили, или чем знаменит кремниевый «шип»? Шипом, насколько мне известно, наши физики фамильярно называют уникальный немецкий сепаратор SHIP, предназначенный для выделения и идентификации ядерных «новообразований».

В.К.: В «шипе» — на первом этапе — избыточные тяжелые ионы и продукты ядерных реакций пролетают между пластинами электроконденсатора удлиненной формы (рис.4). Электрическое поле, естественно, искривляет траектории, отклоняет и те, и другие, но — по-разному. Скорость тяжелых ядер 112-го, по незыблемым законам механики, должна быть в 4 раза меньше скорости более легких ионов цинка, выталкивающих их из материала мишени. Получающееся отклонение частицы пропорционально ее заряду и квадрату времени ее пролета через конденсатор. Раз тяжелые ядра тратят на пролет вчетверо больше долей секунды, то при прочих равных условиях они должны были бы отклониться от оси на расстояние в 16 раз большее, чем ядра-снаряды. На деле разница поменьше, поскольку у легких ядер больше удельный заряд. Но все равно после пролета через два таких устройства лишь один ион цинка из многих миллиардов может затесаться в «зону» сверхтяжелых. Потому в пространстве за конденсаторами и магнитными фильтрами сверхтяжелые ядра новых элементов высаживают на кремниевый полупроводниковый детектор напрямую, без каких-либо дополнительных ухищрений.

5. По окончании первого удачного опыта группа исследователей из Дармштадта сфотографировалась со схемой генеалогического древа 112-го элемента. В первом ряду слева направо: В.Ни-нов, С.Хофман, П.Амбрустер. Фамилии других участников под фотографией, перепечатанной нами из журнала «CERN COURIER»(№3за 1996 г.), не были указаны, но, видимо, на ней — все участники опытов: первая научная публикация подписана 12 фамилиями.

B.C.: Однако еще предстоит отсеять «жемчужные зерна» нового элемента от тоже сверхтяжелых, но уже известных побочных продуктов ядерного синтеза,

В.К.: Здесь на помощь экспериментаторам приходит не только техника детектирования, но и более привычные нам компьютеры.

У подавляющего большинства сверхтяжелых ядер доминирующий вид распада —

альфа-излучение. Альфа-частица — ядро гелия, улетев, всегда уменьшает заряд материнского ядра на 2 единицы, а массу на 4. Но энергия у альфа-частиц, выпущенных на волю разными ядрами, всегда не одинакова. Ее величина — такая же индивидуальная характеристика изотопа, как, скажем, характерная полоса в спектре — для элемента.

Допустим, что некое сверхтяжелое ядро вклинилось в определенную точку поверхности кремниевого детектора. Компьютер фиксирует координаты этой точки и начинает считать акты элементарного альфа-распада из нее, регистрируя одновременно величину энергии испускаемых альфа-чатиц. Из ядра 112-го элемента должен получиться, естественно, 110-й элемент; из него, в свою очередь, 108-й и т.д. Компьютер следит за цепочками альфа-распадов из одной точки.

Другая неотъемлемая характеристика изотопа — период полураспада (среднестатистического времени распада половины ядер). По двум этим характеристикам и опознают, идентифицируют ядра новых элементов и изотопов.

B.C.: Но если этих ядер совсем мало — 1 или 2, как было в опытах со 112-м?

В.К.: Тогда фиксируют время жизни «дочек» и «внучек», образующихся в нужной точке, и вместе с данными об энергии испускаемых альфа-частиц, они все равно расскажут физикам все, что нужно. И сделают это достаточно быстро, поскольку времена жизни изотопов дальней трансурановой области измеряются лишь долями секунд.

B.C.: Если мне не изменяет память, 26 января прошлого года физики начали эксперимент, в котором надеялись обнаружить 112-й элемент. Но лишь 9 февраля в 22 ч 37 мин среднеевропейского времени зарегистрировали, наконец, 6 последовательных альфа-частиц, вылетевших из одной и той же точки кремниевого детектора.

В.К.: Уточню, сего 15-й кремниевой пластины. И это было равносильно открытию нового элемента. Вот где мой тезис о «деле техники» работает на все сто. Согласно классическому правилу смещения Содци-Фаянса, получив сигнал об образовании и распаде (через соответствующий промежуток времени) отлично изученного ядра фермия-253, а фермий это всего-навсего 100-й элемент, физики из Дармштадта построили обратную генеалогическую цепочку (она, кстати, хорошо видна на фото из журнала «CERN COURIER» — рис.5). Шесть альфа-распадов с характерными для каждого из промежуточных изотопов характеристиками, и — фермий в конце!

Путем логических рассуждений, подтверждаемых не самыми сложными математическими выкладками, пришли к мнению, что в тот день впервые образовалось в земных условиях ядро 112-го с массовым числом (сумма протонов и нейтронов) = 277.

B.C.: Но 70+208 не равно 277, одного нейтрона не хватает!

В.К.: Так оно и должно быть: вылет одного нейтрона немного охладил ядерный «слиток», что и позволило ему проявить долгожданные «распадные» характеристики изотопа 277"^г.

Позже «поймали» и второе ядро самого тяжелого из известных сегодня элементов, но про это событие газетчики уже не писали — новое в науке и технике слишком быстро становится рутинным,..

B.C.: А что же дальше?

В.К.: Полагаю, что синтез 113-го элемента подобным же способом будет делом техники, а вот от 114-го ждут многого, но это уже тема другой статьи. ■

Т Е X Н И К А - М О Л О Д Е Ж И 2 ' 9 7

ЕИ