Сокровищница XXI века - Владислав Иванович Кузнецов

Стоит упомянуть, что циклотронный тандем в Дубне применен впервые. До этого ни в одной из лабораторий мира ничего подобного не делали.

Получить интенсивные пучки ксенона с нужными энергиями можно было бы на гигантском циклотроне, во много раз превосходящем по своим габаритам современные ускорители сложных ядер.

Тогда в руках у физиков оказался бы действенный механизм творения сотен, а быть может, и тысяч новых искусственных атомных ядер. Их изучение обогатило бы ядерную физику важнейшими опытными данными.

Инженеры и ученые не видят принципиальных трудностей, которые могли бы встретиться при создании такой в общем-то очень сложной машины. Однако на разработку проектов, постройку гигантской фабрики быстрых атомных ядер необходимо затратить немало сил, средств и времени. Рост массы ядер-снарядов — это увеличение размеров циклотрона, предельные напряженности магнитных и электрических полей, высокий вакуум, мощная система охлаждения и многое другое, что требует немалых затрат. Ученым приходится искать новые пути.

На сегодня самым перспективным считается путь, предложенный академиком В. И. Векслером, — «коллективный метод» ускорения.

Известно, что разогнать до высоких скоростей электроны гораздо проще, чем любое атомное ядро. В электрическом поле сила, действующая на «коллектив», то есть на электронное облако такой же массы, как, например, масса атома ксенона, почти в 5000 раз больше силы, с которой поле может воздействовать на ксеноновый атом в самом благоприятном случае, когда он полностью лишен своих электронов. Иначе говоря, атомное ядро по сравнению с электронным облаком весьма медленно разгоняется электрическим полем.

А нельзя ли связать атомное ядро с электронным сгустком так, чтобы сгусток потянул за собой ядро и передал ему свою высокую скорость? Тогда тяжелые ядра будут ускорены до необходимых энергий в относительно слабых электрических полях.

Создать достаточно прочные связи нелегко. Попробуйте привязать телегу к пушечному ядру, которым заряжено орудие. После выстрела лопнет любой трос, а телега останется, конечно, на месте.

И все же был найден способ спайки электронов и ядер в один «коллектив». Тяжелые атомы вводились в сформированное в магнитном поле электронное кольцо высокой плотности. В кольце атомы теряли часть своих электронов и становились положительными ионами и уже не могли покинуть отрицательно заряженное кольцо. Затем электронное кольцо вместе с ядрами ускоряли внешним электрическим полем до больших скоростей. Тогда такую же скорость набирали и ядра, заключенные в кольце.

В 1971 году советский физик В. П. Саранцев доложил на VII Международной конференции по ускорителям о получении быстрых ионов азота с помощью электронного тороидального кольца. «Коллективный метод» с одинаковым успехом можно приложить и к ускорению азота и к ускорению урана.

Но вот физики овладели ускоренными пучками самых тяжелых атомных ядер. Что же дальше?

Как правило, с увеличением атомного номера элемента устойчивость его изотопов к различным видам радиоактивного распада снижается: мощные электростатические силы, стремящиеся разрушить ядро, пропорциональны квадрату атомного номера и растут с увеличением протонного числа быстрее, чем силы, объединяющие нуклоны в ядре. И это подтверждает опыт: ядра с высокими атомными номерами самые неустойчивые — за короткое время они распадаются.

Однако если внимательно взглянуть на таблицу Менделеева, то нетрудно обнаружить интересную особенность.

У элемента № 81 — таллия, следующих за ним свинца и висмута есть такие изотопы, что их распад невозможно обнаружить никакими приборами, так медленно он протекает. Но вот за висмутом идут: полоний, астат, радон, франций... Ядра всех изотопов этих элементов распадаются за очень короткое время. А вот ядра тория и урана, хотя их атомные номера больше, значительно стабильнее. Периоды полураспада наиболее долгоживущих изотопов тория и урана соответственно 14 и 4,5 миллиарда лет — величина одного порядка с возрастом нашей планеты. Точно так же изотопы нептуния, плутония, америция, кюрия значительно стабильнее, чем изотопы элементов с меньшими атомными номерами — радия и полония. Таким образом, время жизни уменьшается с ростом атомного номера нерегулярно: спад после висмута, подъем в области торий — уран и новый медленный спад за ураном. У самого устойчивого изотопа плутония период полураспада 70 миллионов лет, у кюрия 15 миллионов лет. Изотопы нобелия — элемента 102 — в лучшем случае распадаются за часы, а атомы курчатовия живут всего лишь минуты.

Будет ли новый подъем времени жизни атомных ядер — такой, как в области урана и тория, для элементов с большими атомными номерами?

Предсказание теоретиками магических чисел 114 и 184 внушает надежду на повышение устойчивости к радиоактивному распаду изотопов с магическим числом нейтронов 184 и атомными номерами 110–126.

Возникает и другой вопрос. Не окажется ли время жизни ядер далекого острова относительной стабильности настолько большим, что они сохранились в природе так же, как радиоактивные уран и торий, но в очень малых концентрациях?

Перед физиками-теоретиками встают очень большие трудности, когда требуется предсказать времена жизни атомных ядер. Задача сложна уже потому, что еще не удалось разгадать до конца природу сил, связывающих протоны и нейтроны в единую каплю ядерного вещества. Поэтому теоретик, рассчитывающий атомное ядро, находится в положении шахматиста, не знающего всех правил игры. А нужно сыграть гроссмейстерскую партию. Ведь расчет взаимодействия многих протонов и нейтронов, — а в ядрах, составляющих гипотетический остров стабильности, их около 300,— сложен сам по себе.

И все же положение не так безнадежно — помогает анализ уже сыгранных партий — анализ свойств изученных ядер. На основе экспериментальных данных, при разумных предположениях физики и оценивают возможное время жизни еще не изученных ядер.

По одной из таких оценок у самых устойчивых изотопов 108-го и 110-го элементов период полураспада может достигать 100 миллионов лет. Хотя эта величина примерно в 50 раз меньше времени, прошедшего с момента завершения творения вещества Солнечной системы, все же небольшая доля магических ядер с атомными номерами 108 и НО может сохраниться в горных породах, правда, в ничтожных концентрациях.

Сегодня ученые многих исследовательских лабораторий мира, физики и химики, стремятся отыскать сверхэлементы в окружающей нас природе. Что говорить, цель заманчивая. Открытие далеких трансурановых элементов, настолько стабильных, чтобы можно было собрать, скажем, миллиграмм сверхвещества, сыграло бы не меньшую роль в развитии современной науки, чем химическое выделение радия из урановых руд супругами Кюри.

Не удивительно, что используется любой шанс, все возможные пути поиска природных сверхядер. Один из них — изучение состава быстрых заряженных частиц, приходящих на Землю из космоса.

Не доносит ли до земных пределов поток космических частиц тяжелые ядра таинственного острова стабильности, возникшие в отдаленных галактиках?

Проверить это предположение решил