Одной из научных сенсаций 2006 года стало сообщение Объединенного института ядерных исследований в Дубне о подтверждении открытия новых сверхтяжелых элементов 112-116 по химической идентификации их цепочек распада. Наш специальный корреспондент в Дубне Евгений Молчанов встретился с участниками работ, среди которых есть и опытные специалисты, и молодые радиохимики, лишь недавно пришедшие в Лабораторию ядерных реакций (ЛЯР) и уже активно включившиеся в исследования.
Сергей Шишкин, начальник сектора, в 1981 году выполнял в ЛЯР дипломную работу. С апреля 1982-го в штате лаборатории. До 1990 года участвовал в работах по поиску сверхтяжелых элементов в природе. С 1990 года занимался производством экзотических изотопов плутония -237 для изучения метаболизма в организме человека. С 2003 года — начальник сектора номер один, который занимается исследованием химических свойств новых элементов, синтезируемых на пучках тяжелых ионов.
Григорий Востокин пришел в ЛЯР в 2001 году и еще в процессе выполнения дипломной работы начал помогать специалистам лаборатории в изготовлении мишеней для синтеза сверхтяжелых элементов. С 2002 года, когда он был оформлен на постоянную работу, практически все мишени прошли через его руки. Считает себя учеником Германа Букланова, который возвел производство мишеней в ранг высокой наукоемкой технологии.
Господин Божикое (Господин — это его имя, уточняют коллеги) после окончания в 1996 году Софийского университета (диплом делал в Технологическом) работал в Болгарской академии наук. В 1998 году приехал в Дубну в командировку, и с тех пор занимается водной химией легких аналогов сверхтяжелых элементов, недавно защитил кандидатскую диссертацию.
Евгений Терешатов приехал в Дубну в конце 2004-го на диплом, успешно защитил его в Российском химико-технологическом университете имени Менделеева и с марта 2005 года в штате ЛЯР. Принимал участие в эксперименте по изучению свойств 105- го элемента в декабре 2005 года и майском сеансе 2006-го по 112-му. Ему 23 года. Самый молодой из всех участников. Поэтому в беседе участвовал довольно робко. Ограничился, пожалуй, одной, но важной репликой: "Хотя мы и стоим на плечах великих, но по ходу дела стараемся воспринимать все новое и перестраиваться". Но оживился, когда Сергей Шишкин завел речь о долговременных планах продолжения экспериментов. Два года назад подтвердили открытие 115 и 113-го элементов в Дубне через химическую идентификацию 105-го элемента, в который превращается 115-й, теперь же намереваются через 105-й подтвердить открытие 113-го элемента...
Вячеслав Лебедев в ЛЯР с 1977 года. Включился в работы по поиску сверхтяжелых элементов, три года учился в аспирантуре на химфаке МГУ, после этого перерыва снова подключился к поиску. Первые опыты по 104, 106, 112-му элементам. Сейчас занимается фторидами тантала, ниобия и другими соединениями для экспериментов на установке МАША. И, помимо перечисленного, уточнил Сергей Шишкин, отвечает за производство кальция-48, который бомбардирует мишень. То есть, опять же, без его повседневной работы для физиков и для химиков облучения невозможны.
Мы не стали вдаваться в технические и методические тонкости прошедших экспериментов, которых, конечно, было немало. Чего стоят хотя бы такие "протокольные" подробности, вошедшие в пресс-релизы. Образующийся в реакции (плутония -242 с ионами кальция -48) изотоп 114-го элемента с массой 287 вылетал из мишени и останавливался в камере, заполненной смесью гелия и аргона при атмосферном давлении. Через полсекунды изотоп испытывал альфа-распад и превращался в изотоп элемента 112с массой 283. Изотоп переносился газовой струей по полуторамиллиметровому капилляру на расстояние десять метров в криогенную камеру с 32 детекторами, поверхность которых была покрыта золотом. А здесь уже вступали в действие известные законы природы, согласно которым 112-й, химический аналог ртути, должен был адсорбироваться на поверхности золота, образовав с ним устойчивое интерметаллическое соединение...
Почти двухмесячный сеанс непрерывной работы на ускорителе, конечно, включал в себя немало непредвиденных осложнений, отказов аппаратуры, большинство из которых происходили вовсе не по вине экспериментаторов и их смежни ков-спешалистов, эксплуатирующих ускоритель и каналы транспортировки тяжелых ионов. Например, Сергей Шишкин рассказал о плачевном состоянии российских электросетей:
— Перед нами стояла задача получить изотоп 112-го элемента с массой 283, отделить его от других продуктов реакции (чрезвычайно многочисленных), перенести его из зоны реакции к детекторам и зарегистрировать, соответственно, альфа-распад и последующее спонтанное деление. На все про все — не более четырех секунд... За время же эксперимента несколько раз возникали проблемы. Четыре раза были "просадки" напряжения, а после этого очень трудно все восстанавливать. Скажем, у вас дома мигнул свет, а здесь все остановилось на несколько часов. И объяснение одно — крайняя изношенность энергетического оборудования (не у нас, а в электросетях). Однажды по этой причине даже потеряли файлы, на которых были записаны данные, накопленные за четыре часа непрерывных экспериментов.
В комментариях участников эксперимента неоднократно подчеркивались несколько важных, с их точки зрения, моментов. Во-первых, историческая преемственность этих работ (а с историей этой они хорошо знакомы и по специальной литературе, естественно, и по воспоминаниям старших коллег, и даже по научной беллетристике). Например, Г. Божиков с удовольствием прочел книгу Аграновского о "штурме" 104-го элемента, и хотя считает ее "излишне пафосной", события в ней, похоже, изложены верно.
Очень важно, с точки зрения радиохимиков, успешное взаимодействие с коллегами в лаборатории. Например, до этого 112-й элемент создавали в реакции урана -238 с кальцием -48, и он получался напрямую. А в экспериментах группы физиков ЛЯР под руководством Владимира Утенкова было показано, что при облучении плутония -242 получается 114-й элемент, который тут же превращается в 112-й, и что вероятность образования 112-го в этой реакции в два раза больше, чем с ураном. В первых экспериментах по химии 112-го, проведенных как в Дубне, так и в Дармштадте, исследовалась реакция с ураном, и за два года получили ноль.
(Как говорил основатель лаборатории академик Г. Н. Флеров, ноль можно получить и на отключенной аппаратуре).
То есть успех этого эксперимента подготовлен всей предыдущей работой ЛЯР. И нынешней, разумеется. Например, сектор Александра Еремина проделал огромную работу по модернизации канала ускорителя, на котором проводился эксперимент, а затем принимат активное в нем участие.
Заместитель директора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ С. Дмитриев (второй слева) с группой участников работ по открытию новых сверхтяжелых элементов
Несколько лет назад на заседании президиума Российской академии наук научный руководитель Лаборатории ядерных реакций академик Юрий Цолакович Оганесян выступил с научным докладом, посвященным синтезу новых элементов. Он, в частности, сказал: "Для того чтобы поставить подобный опыт (по получению 114- го элемента. — Е. М.), требовался ускоритель с мощностью пучка кальция -48, превосходящей показатели всех известных ускорителей в десятки раз... Теперь мы могли ставить эксперимент в сто и тысячу раз более чувствительный, чем это делали наши коллеги в других странах на протяжении последних 25 лет". Эта оценка глобальная, стратегическая. А что участники локального эксперимента, так сказать, тактики ближнего боя, как они оценивают перипетии трудного пути?
Григорий Востокин, характеризуя свой участок работы, заметил, что в основном имеет дело с редкими, высокорадиоактивными элементами. Вещество мишени наносится на полутора микронный слой титана.
— Представляете себе, что это такое? Это гораздо тоньше, чем обертка для шоколадки. Там слой от 20 до 40 микрон. И эти вещества в процессе облучения не должны ссыпаться. И мишень стоит вертикально, да еще и вращается с высокой скоростью, и частицы, нанесенные на подложку, как бы отщелкиваются... Во время майского сеанса меня сначала включили в сменный график, а потом пришлось заниматься исключительно своим делом, все-таки мишенный узел по требованиям этого эксперимента оказался "слабым звеном". Когда мы делаем физические эксперименты по синтезу на вращающейся мишени, она может стоять до четырех месяцев, а стационарная мишень, изготовленная для этого сеанса, стояла максимум пять дней, а иногда и три. То есть, фактически, это был непрерывный процесс — изготовление, смена, изготовление, смена...
Господин Божиков привел и вовсе "мистические" случаи, довольно эмоционально охарактеризовав атмосферу, которой был окрашен сеанс:
— Такое забавное совпадение было. Когда швейцарцы меняли в Дубне друг друга — один приезжал, другой уезжал — как раз в момент такой смены мы получали событие. Какая-то мистика. Как будто они их с собой привозят... Мы три недели отработали на уране, а потом три недели на плутонии. На уране был "ноль", и настроение было соответствующее. Три недели — и ноль! Это сейчас легко вспоминать! Тут сразу дирекция начала выдвигать всяческие идеи: что сделать, что улучшить, что переделать. Улучшили, переделали, но, поскольку было заранее оговорено, что мы половину делаем на уране, а вторую половину на плутонии, мы перешли на четвертой неделе на плутоний (не дожидаясь результатов на уране), и довольно быстро, да? получили первое событие... В то время как все нормальные люди сажали картошку... Да, и Кубок УЕФА как раз...
В памяти участников экспериментов были еще свежи те характерные особенности, которые отличали эту серию от июньских экспериментов 2004 года, тоже выполненных в сотрудничестве с коллегами из Швейцарии. Трое из них — выходцы из Восточной Германии и хорошо знакомы с Дубной. А один и вовсе, можно сказать, дубненец, Роберт Айхлер. Его отец Берндт Айхлер много лет работал не просто вЛЯР, а в химическом отделе. Роберт был в то время еще подростком, сейчас же ему тридцать шесть, и свою новую жизнь в Дубне он воспринимает как закономерное продолжение научного и жизненного пути...
Роберт вместе с двумя своими коллегами два месяца спустя после майского сеанса недавно вновь побывал в Дубне — швейцарские радиохимики приехали за своей аппаратурой, которая участвовала в "историческом" эксперименте. И этот визит послужил поводом для комментариев по результатам экспериментов со швейцарской стороны:
— Мы начали думать об этом эксперименте уже в 1999 году, когда получили вести из Дубны об изотопе 112-го элемента, который живет пять минут и спонтанно делится. И конечно, все ралиохимики обрадовались, стали думать об экспериментах с этими атомами. Но сама идея этого химического эксперимента живет где-то с середины 70-х, как раз мой отец этим занимался здесь в Дубне... У нас был термохроматографический детектор, который может использоваться в этих экспериментах, и рассчитан на широкодиапазонный температурный режим — от комнатной температуры до минуса ста восьмидесяти. В Дармштадте мы попробовали независимо от Дубны доказать существование этого пятиминутного спонтанно делящегося изотопа 112-го элемента. Однако мы ничего не намерили, только высокоэнергетические осколки, сигналы, но мы не могли доказать, что это именно 112-й элемент. Тогда же пришли к нам новости из Дубны, что этот изотоп не пятиминутный и не делится спонтанно, а что он живет четыре секунды и в результате альфа распада превращается в изотоп 110-го элемента, который потом делится. К такому распаду наша химия не была готова, прежде всего, по чувствительности приборов, и поэтому мы передумали весь этот эксперимент, повысили быстродействие, увеличили поток газа, уменьшили его объем, чтобы скорость была выше, а чувствительность рассчитали на четырехсекундный изотоп. И с этим опять поехали в Дармштадт и сделали такой же самый эксперимент, с таким же оборудованием, но не хватило времени (у нас было две недели непрерывных облучений).
Радиохимии Р. Айхлер — представитель швейцарских коллег дубненских исследователей
В результате нас пригласили в Дубну, где есть очень хороший, стабильный пучок кальция -48, с высокой интенсивностью, и есть возможность получать различные мишени. И мы, конечно, с радостью ответили на это приглашение. Были разные эксперименты и в Дармштадте, и в Беркли, но 112-й элемент в этой реакции кальция с ураном не нашли. Мы начали с этой реакции здесь и поставили такой же эксперимент, но затри недели на уране ничего не намерили. И поэтому перешли на плутониевую мишень и через неделю уже получили одно событие, а всего за три недели два, с точно таким же распадом, что можно без вопросов отнести к 112-му элементу. И это был самый важный результат этого эксперимента. То, что мы получили химические ответы на химические вопросы, это великолепно!
Полупроводниковые детекторы су шествовал и уже тридцать лет назад, не такие хорошие, конечно, но наши предшественники старались этими детекторами мерить сверхтяжелые элементы, а пучки были не такие интенсивные — на два-три порядка ниже. Если бы пучок был в десять раз меньше по интенсивности, мы ничего бы не намерили... А тот уровень, на котором мы сейчас можем работать, позволяет ожидать еще какие-то чудеса.
Сейчас в разных центрах, которые занимаются этой проблемой, примерно одинаковая техническая оснащенность, примерно одинаковая квалификация специалистов. А дубненский успех можно объяснить очень просто. Здесь есть циклотрон, который работает круглосуточно и очень надежно, почти весь год, только на эту задачу — получение и исследование новых элементов. Такого нигде нет. И поэтому Дубна — это единственное в мире место, где сейчас можно сделать такие эксперименты.
Сегодня повторить эти эксперименты в других центрах трудно. И очень важно такое независимое химическое подтверждение результатов, полученных физиками. Сейчас этим экспериментом мы подтвердили и 114 м 116-й элементы, потому что сели на конец цепочки распада этих элементов и достоверно доказали, что наблюдавшееся явление связано с распадом 112-го элемента.
Еще очень важна поддержка нашей работы — профессор Хайнц Геггелер, шеф нашей лаборатории, еще и заместитель директора института, он и в Дубну приезжал неоднократно во время экспериментов, и он очень интересуется этим, это тоже его жизнь. Есть интересный факт в его биографии: два года, в 1975-76-м, он по собственному желанию работал в Лаборатории ядерных проблем, в радиохимической лаборатории. А он, швейцарец, но говорит по-русски.
Институт довольно большой, и есть и такие проекты, которые забирают главную часть бюджета. Наш проект, конечно, маленький, группа — тоже, мы не главные игроки в этой большой игре, но такая группа должна быть. Наш радиохимический отдел единственный в Швейцарии.
Мы очень заинтересованы в продолжение сотрудничества. И уже договорились на следующий год еще раз провести такой эксперимент, только с другой мишенью: на плутонии -244, и сделать 114-й элемент и 112-й тоже, который в распаде первого получается, это тридцатисекундный изотоп 112-го. Чувствительность аппаратуры при этом должна быть значительно выше, чем на четырехсекундном изотопе, и мы этот элемент во время транспортировки не потеряем.
Конечно, люди приходят и уходят из нашего отдела. В этом наша проблема, потому что аспиранты защищаются и потом уходят... соблазнов много. Радиохимия не так привлекательна, как некоторые другие модные науки, которыми все хотят заниматься. Так что довольно трудно найти молодых людей, которые хотят заниматься в аспирантуре по радиохимии. И вообще это проблема всей нашей науки, об этом же говорят и в Америке, и в Германии, и здесь, в Дубне. Это общая проблема, радиохимиков стало очень мало. Мы, конечно, надеемся, что придут новые люди и останутся. У нас очень тесное сотрудничество с университетом Берна, Хайнц Геггелер там работает профессором, а я его ассистентом, и такая совместная работа помогает привлекать к нам молодежь прямо со студенческой скамьи.
Послесловие профессора Сергея Дмитриева, заместителя директора Лаборатории ядерных реакций по науке.
— Полученные в последние годы физиками ЛЯР результаты по синтезу новых сверхтяжелых элементов открыли для радиохимиков новую эпоху, своего рода ренессанс. Два года назад у нас в Дубне мы совместно с коллегами из Швейцарии и Америки (Ливерморская национальная лаборатория) успешно провели первый эксперимент по химической идентификации элементов 115 и 113. А сегодня мы говорим о химической идентификации элементов 112, 114 и 116, что является независимым подтверждением полученных ранее у нас в лаборатории результатов по их синтезу. Конечно, это большой успех. И, разумеется, это успех всей нашей лаборатории и Института в целом. Как и в первом эксперименте по 115-му, химики, физики и ускорительщики работали совместно. Ну а в будущем мы планируем дальнейшие не менее интересные эксперименты. Это и работы по 112 и 114-му с мишенью из уникального изотопа плутония -244. В этих экспериментах примут участие и наши коллеги из Швейцарии и Ливермора. Это и определение массы сверхтяжелых элементов на новом сепараторе МАША и многое другое. Отрадно, что среди участников экспериментов много молодых коллег. Именно на таких экспериментах люди научно растут, именно такие эксперименты в наше еще достаточно непростое для науки время привлекают молодежь в науку.
Из реплик участников прошедших экспериментов.
По ходу дела выходит из строя почти все, что должно было выйти. Почти все блоки были заменены.
И только люди всегда на месте и дежурят круглосуточно...
То, что мы применяем, не имеет аналогов, используется в единичном экземпляре. Это невозможно отработать на конвейере...
Запись в журнале после просадки напряжения: "Все ушли спать".