Авторизация


На главнуюКарта сайтаДобавить в избранноеОбратная связь  
Академик РАН, доктор физико-математических наук Юрий Оганесян
Источник: Яндекс картинки
11:20 / 01.03.2017

118-й: новая звезда на небосклоне физики
В Беркли первыми открыли сверхтяжелый элемент, а результаты Дубны по синтезу 114-го (они уже были опубликованы) надо еще уточнять. Но через полгода оказалось, что научные результаты подтасованы. Сотрудник, который это сделал, был уволен из Калифорнийского университета в Беркли. Его соавторы отозвали все свои статьи. Общественный резонанс оказался очень неблагоприятным

Современная наука делается большими коллективами специалистов, и в этом я в очередной раз убедился, вновь побывав в лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова Объединенного института ядерных исследований в Дубне.

Там и состоялась беседа нашего корреспондента с ее директором профессором Сергеем Николаевичем Дмитриевым и научным руководителем академиком Юрием Цолаковичем Оганесяном.

Профессор Сергей Дмитриев: "На пороге таинственных миров"

- Сергей Николаевич, благодаря 118-му элементу вы вновь прославились. Признайтесь: ваша инициатива -  дать ему имя в честь Ю.Ц. Оганесяна?

Нет, это было общее решение. Право предлагать название принадлежит только авторам - таковы правила Международного союза теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) и Международного союза теоретической и прикладной физики (International Union of Pure and Applied Physics, IUPAP).

Авторы - это достаточно большой коллектив, который включает и наших коллег из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (я имею в виду конкретно по 118-му элементу). Это было общее мнение.

Мы это делали в режиме телеконференции. Можете себе представить, насколько сложно организовать все это из-за разницы во времени: у них пять утра, а у нас поздний вечер. Но это было единодушное решение - назвать новый элемент в честь академика Оганесяна.

Я хотел бы напомнить, что в 2012 г. 114-й элемент получил название «флеровий». Конечно, это было очень большое событие для флеровской лаборатории - увековечить имя нашего основателя и учителя. Это касается и Ю.Ц. Оганесяна.

Я всегда говорю студентам: «Кого вы помните из нобелевских лауреатов?» Возникает тишина. Двух-трех последних еще помнят, а дальше - пауза. Но те имена, которые внесены в периодическую таблицу, знают все.

- Вы дали имена уже многим элементам. Тот же дубний - ваш элемент?

Не совсем. Дело в том, что с момента открытия нобелия (это 102-й элемент), а также 103-го, 104-го и 105-го до присвоения им названия прошло больше 10–15 лет. Возникали очень большие разногласия, кто же все-таки первым открыл эти элементы.

Работала большая комиссия, совместная IUPAC и IUPAP, так называемая комиссия Уилкинсона. Они объехали все лаборатории, познакомились со всеми исследованиями, и наконец было принято считать, что 102-й полностью открыт нами, а 104-й и 105-й открыты одновременно в Дубне и в Калифорнийском университете в Беркли.

Но имена тогда не давались авторами - я говорю об этом конкретном случае. Поэтому они были предложены комиссией и утверждены IUPAC. Дубний - в честь признания ученых нашей лаборатории, нашего института, резерфордий - в честь Эрнеста Резерфорда. И чуть позже был назван 106-й элемент - сиборгий.

- В честь нобелевского лауреата Гленна Сиборга?

Да, в честь Сиборга, в то время еще жившего ученого. В принципе, это было против правил. Называли обычно в честь уже ушедших. Теперь есть еще одно исключение: последний из известных на сегодня элементов периодической таблицы - 118-й - назван в честь Ю.Ц. Оганесяна. И вот можно уже говорить о символике.

- Что вы имеете в виду?

Мы назвали 115-й элемент московием, а 114-й элемент - флеровием. Почему? Потому что 114-й представляет собой вершину острова стабильности: 114 протонов, 184 нейтрона. И Г.Н. Флеров посвятил долгие годы работам по поиску сверхтяжелых элементов в природе. Он мечтал об этом. И мы все участвовали в этих исследованиях.

Теперь о символике. Московий распадается до 105-го элемента, то есть дубния. А 118-й оганесон распадается до флеровия. А что же произошло между этими двумя открытиями? Это период с 1990 по 2016 г., не самое лучшее время для нашей науки. В чем заслуга Ю.Ц. Оганесяна?

Не только в том, что он научный лидер большой коллаборации, но и в его возвращении к реакциям горячего слияния (или, как мы называем, теплого слияния) с кальцием-48. Весь научный мир шел по пути холодного синтеза, предложенному нашей лабораторией.

В те годы лидировали наши коллеги из Дармштадта, которые синтезировали 110-й, 111-й, 112-й в реакциях холодного синтеза. И Институт физико-химических исследований в Японии (RIKEN) начал синтез 113-го элемента, опять-таки в холодном синтезе.

Вернуться к теплому синтезу, предложить реакции с кальцием-48 - это был очень нетривиальный шаг, который требовал научного мужества. Это не просто эксперимент, а полная модернизация нашего ускорительного комплекса, новый ионный ECR‑источник.

Мы отходили от свинца, висмута в холодном слиянии и возвращались к актинидным высокоактивным мишеням. Это новая  культура в радиохимии, в изготовлении мишени, в работе. То есть нужно было перенастроить весь коллектив, перевести на другие рельсы. И дороги назад уже не было.

- Элемент везения или предвидение?

Это и научная интуиция, и научное знание. Как говорил Г.Н. Флеров, есть смелость от знаний, есть смелость от незнания. Здесь все вместе, поскольку это была совершенно неизведанная область.

Ведь когда были опубликованы первые результаты с кальцием-48 по синтезу 114-го элемента, один достаточно известный ученый писал в журнале, что этого быть не может, что это ошибка. Такое в нашей науке уже случалось. Я вспоминаю статью, которую написала соратница и ученица Гленна Сиборга, известный радиохимик Дарлин Хоффман.

Как она проснулась утром от телефонного звонка -  ей сказали, что синтезировали 118-й. Она сразу поехала в лабораторию и лично убедилась, что он синтезирован. Праздник! В Беркли первыми открыли сверхтяжелый элемент, а результаты Дубны по синтезу 114-го (они уже были опубликованы) надо еще уточнять.

Но через полгода оказалось, что научные результаты подтасованы. Сотрудник, который это сделал, был уволен из Калифорнийского университета в Беркли. Его соавторы отозвали все свои статьи.

Должен сказать, что общественный резонанс оказался очень неблагоприятным. И это была одна из причин того, что комиссия IUPAC так серьезно проверяла и перепроверяла наши результаты. В итоге из последних шести элементов приоритет пяти отдан нам.

- 118-й живет ничтожные доли секунды. Как можно изучать то, что существует в течение мгновения?

Были созданы специальные методики, которые позволяют исследовать столь короткоживущие ядра. Быстродействие наших методик для регистрации факта рождения нового элемента составляет 1 мкс, для изучения его химических свойств на уровне 1 с.

Это быстродействие в основном связано не с химией, которая происходит мгновенно, а с методикой: поскольку новые атомы образуются в мишенном материале, вы должны его доставить в зону химической реакции.

Этот «транспорт», как мы его называем, и занимает секунду. Но сейчас мы думаем о создании специальных газовых сборников - это, по сути дела, поглотители, куда вы вбиваете все ядра, и они там останавливаются.  В кетчере этот процесс занимает 30 мс.

- Как вы ощущаете столь ничтожное время? Секунда, другая еще осязаемы…

Где-то в районе 100 мс время еще можно представить. Но оставим химию - здесь еще многое предстоит сделать. Хочу отметить, что сегодня с точки зрения физики мы можем утверждать, что определенный этап окончен: синтезированы  все элементы периодической таблицы, весь седьмой период завершен.

Конечно, дальше мы пойдем на синтез 119-го элемента, и для этого создается первая в мире «Фабрика сверхтяжелых элементов». Но это уже новый этап исследований.

- «Фабрика» будет производить те элементы, которые вы уже получили?

И это тоже. Задач у нее много. Но главное, «Фабрика» по меньшей мере в 20–30 раз повысит эффективность нашей работы за счет того, что создан новый ускоритель (сейчас идет его монтаж), который с интенсивностью тяжелых ионов в десять раз, а может быть и в 20, выше, чем мы имеем сегодня.

Это новый сепаратор с эффективностью в два раза больше, чем на нашем газонаполненном сепараторе, который использовали при синтезе всех новых элементов. Что нам это дает? Калифорний - последний радиоактивный элемент, который можно получить в более или менее значимых количествах.

«Значимых» - потому что нам нужно для ишени по меньшей мере 10 мг. Уже следующие элементы  - ни фермий, ни эйнштейний - в таких количествах нарабатывать никто в мире не может. Это только микрограммовые, нанограммовые количества. Их не хватит ни для  одного  опыта.

Поэтому мы должны утяжелить наш, как мы его называем, прожектайл, то есть ускоряемый ион. После кальция это титан. У него не 20, а 22 протона и такое же количество нейтронов. У него нет избытка нейтронов, как в случае с кальцием.

Мы ожидаем, что вероятность образования нового ядра уменьшится по меньшей мере на порядок. У 118-го элемента мы получали на нынешнем ускорителе одно ядро в месяц. И если мы будем продолжать работать на нашей технике, то будет всего одно событие в год.

- Долго ждать.


Да, для эксперимента это не очень хорошо, тем более что вы не уверены до конца, можете ли получить новое ядро в течение года. И вообще, полной уверенности нет, поскольку есть еще запрет по временам жизни. У всех сегодняшних сепараторов быстродействие - 1 мкс.

Если 119-й живет меньше, мы его просто не зафиксируем. А вот с новым ускорителем, который будет давать интенсивность на порядок выше, мы возвращаемся к условиям синтеза 118-го, но с титаном, синтеза 119-го -  в реакции с берклием и 120-го - в реакции с калифорнием.

- А зачем все это нужно?


Вы представляете, что такое - синтезировать новый 119-й или 120-й элемент? В природе вообще-то все гармонично. И сегодня эта гармония есть, так как завершен седьмой период. Но если вы откроете хотя бы один элемент восьмого периода, ваша научная интуиция должна вам подсказать, что так не бывает, чтобы период не был завершен. То есть надо идти дальше.

- Еще на 25 лет работы?

Да. Это означает, что выстроилась новая электронная оболочка. И если она существует, то нет препятствий для ее заполнения. Так что одно назначение фабрики - идти дальше по лестнице элементов. Второе назначение -  детально изучить то, что мы уже открыли. И здесь прежде всего, конечно, химия.

Если мы будем получать событий в десятки раз больше, чем сегодня, открывается колоссальный путь. Сегодня один химический эксперимент занимает два месяца, это очень долго. Такие эксперименты надо проводить за одну-две недели.

Тогда можно существенно расширить их спектр и исследовать многие свойства. Для чего важна химия? Мы говорим о влиянии релятивистских эффектов. Что это такое? У вас увеличивается заряд ядра.

Электрон, чтобы удержаться на своей орбите, должен вращаться с все большей скоростью. Эти скорости приближаются к скорости света. Это уже релятивистика. Увеличивается масса электрона, внешние оболочки сжимаются и, как следствие, становятся более стабильными.

- Тут начинается уже совсем другая физика...

Именно так. Это очень интересная область, которая требует детального изучения.

- Однажды Ю.Ц. Оганесян упомянул, что нельзя сосредоточиваться только на одном направлении, хотя и достигнут успех. Однако ваша лаборатория - это ведь комплекс разнообразных исследований. Чем еще кроме получения новых элементов вы можете гордиться?

Лаборатория - это как достаточно большой академический институт. 450 сотрудников. Бюджет немного выше, чем у академического института. И, конечно, мы развиваем не только одно направление. Например, область тяжелых ядер.

Как они образовались? Как вообще образовались тяжелые элементы? До железа все объяснимо, а вот как они образовались вокруг урана, остается загадкой. Наших знаний в области тяжелых элементов не хватает, а они очень важны для астрофизики.

Надо же в конце концов разобраться, как произошла Вселенная! Мы изучаем спектроскопию трансактинидов. Это совместная работа с нашими коллегами из Страсбурга.

Есть большая область исследований, связанных с атомной энергетикой, созданы и отдельные новые установки - это область легких экзотических ядер. Мы с вами хорошо знаем просто водород, есть еще дейтерий, тритий. Мы же изучаем водород-6 и водород-7.

- Есть и такие изотопы?


В природе их нет, но их синтезируют. А это та самая нейтронная избыточная материя, когда на шесть нейтронов один протон. Это же нейтронная звезда! Как вы понимаете, речь идет о совсем другой области исследований.

Можно подумать, что мы следуем поговорке, что нельзя класть все яйца в одну корзину. Однако это неправильно: ядерная физика - это достаточно богатая для исследований область, так же как и химия, и радиохимия.

- И малоизученная?

Конечно. Мы же единственный центр в России, который обладает таким парком ускорительной техники тяжелых ионов. У нас широкий диапазон и фундаментальных, и прикладных исследований. Конечно, ожидать, что оганесон, которого мы получаем одно ядро в месяц, найдет свое применение в электронике, не следует.

Но мы должны понимать, что такие задачи аккумулируют вокруг себя очень мощные и талантливые коллективы, которые создают массу практических приложений.

В частности, у нас есть малый ускоритель ИЦ-100, который мы используем для производства трековых мембран в медицине, для очистки питьевой воды, для сенсоров и т.д. Раз мы производим сверхэлементы, вы должны понимать, что мы можем синтезировать любой изотоп.

- И тому есть примеры?

Конечно. В свое время мы провели очень большую работу с нашими коллегами из Великобритании и впервые синтезировали сверхчистый плутоний-237. Для чего? Плутоний-236 и плутоний-238 - чрезвычайно опасные для человека радионуклиды.

А 237-й - это электронный захватчик с мягким излучением, живет 45,6 дня. И он в миллион раз безопаснее, чем два его соседа. Но примеси соседних изотопов, которые всегда есть в реакторе, все его свойства полностью перечеркивают.

Так вот, мы впервые в мире синтезировали изотоп очень высокой чистоты. И он использовался для инъекции здоровым людям, чтобы изучать метаболизм плутония в организме человека. После Чернобыля и Фукусимы это вопрос достаточно актуальный.

И наши исследования полностью показали, что существующая модель метаболизма не совсем корректна. Считалось, что основная масса плутония, около 80%, концентрируется в костях. Из костей, к сожалению, ничем его не выведешь. Но наши исследования показали, что 60% плутония накапливаются в печени, откуда его можно вычистить.

- В Дубне работали многие великие ученые. Вы чувствуете их влияние сегодня?

Конечно. Здесь особая атмосфера. Я проработал с Г.Н. Флеровым десять лет. Поступил младшим научным сотрудником, прошел в  лаборатории все ступени. Конечно, его влияние колоссально. Мне повезло, что работал с ним по поиску сверхтяжелых элементов, по прикладным исследованиям.

И молодой ученый, воспитавшись в такой среде, невольно подхватывает и несет в будущее атмосферу научной школы, которая здесь возникла. Кстати, официальная инаугурация новых элементов пройдет в Центральном доме ученых в день рождения Г.Н. Флерова - 2 марта. Это дань памяти и уважение к прошлому.

- Вы знаете, чем меня радует ОИЯИ? Когда приезжаешь к вам в Дубну, не чувствуешь тех страстей, которые бушуют вокруг науки в Москве. Здесь идет нормальная работа, как будто вы живете на острове стабильности.

В этом плане нам, конечно, повезло. У нас нет оттока кадров. Представьте себе, если бы в тяжелые 1990-е гг. наш институт был расположен не в Дубне, а в столице! Мы бы растеряли очень много.

Ведь это не только научный потенциал, это и инженерные кадры. Если ученый пишет статьи, участвует в конференциях, у него есть моральное удовлетворение, то это не совсем проявляется для вспомогательного персонала, которому должны быть обеспечены и какие-то успехи, и нормальный уровень жизни.

Дубна в этом плане  -  действительно уголок стабильности. Когда нам было трудно, мы помогали сотрудникам за счет внебюджетного дополнительного  финансирования, за счет прикладных исследований.

Мы давали молодым ученым безвозвратные ссуды на строительство жилья. И сегодня мы, конечно, помогаем молодым. Если мы не будем этого делать, то лишимся своего будущего.

Беседу вёл Владимир Губарев



Комментарии:

Для добавления комментария необходима авторизация.