ИЗ ИСТОРИИ СВЕРХТЯЖЁЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В августе 1964 года, вскоре после международной конференции по физике высоких энергий в Дубне, будущий академик Г. Н. Флёров объявил, что в его лаборатории синтезирован 104-й элемент. Флёров шёл к этому результату 10 лет. Новый элемент таблицы Менделеева получил название курчатовий. Так Флёров увековечил память о своём учителе. Сейчас в таблице Менделеева элемента с таким названием нет. Вместо него в этой клетке стоит резерфордий. А почему так получилось, станет ясно из дальнейшего.
Аннотация
В конце 1961 года при попытке синтезировать 104-ый элемент, на котором, как предсказал Нильс Бор, должна закончиться таблица Менделеева, группа Флёрова натолкнулась на странное поведение хорошо известного к тому времени 95-го элемента — америция. В отличие от Флёрова, посчитавшего это досадной помехой, его ученик и правая рука в лаборатории Сергей Поликанов увидел в случайном открытии предмет достойный специального изучения. Штурм 104-го продолжался без Поликанова. То, что изучение аномального америция открыло новое перспективное направление исследований, только расширило трещину, наметившуюся в отношениях учителя и ученика... В 1964 году Флёров, наконец, объявил о синтезе 104-го элемента Периодической системы. Мы просто устали ошибаться, сказал один из участников эксперимента. Однако американцы так и не признали дубненский результат.
ПЕРВЫЕ ТРАНСУРАНЫ
Первый заурановый элемент — нептуний — был открыт перед самой войной. Позади было десятилетие «бури и натиска», в конце которого ядерная физика из чисто академического занятия превратилась в засекреченную науку. А началось всё очень мирно: 15 января 1934 года супруги Жолио-Кюри сообщили об открытии искусственной радиоактивности. Затем действие перекинулось из Парижа в Рим. Вернувшись из отпуска и узнав о результатах Жолио-Кюри, Ферми стал насыщать ядра известных химических элементов нейтронами; в считанные месяцы он со своими сотрудниками получил длинный список радиоактивных изотопов. Облучая уран, Ферми полагал, что синтезировал первый трансуран. Так полагали и остальные, хотя раздавались отдельные голоса, в которых звучало сомнение. Вот как раз чтобы развеять эти сомнения, авторитетный радиохимик Отто Ган повторил опыт с насыщением ядер урана нейтронами — и получил прямо противоположный результат: вместо трансурановых элементов после нейтронной бомбардировки появлялись элементы из середины таблицы Менделеева. Так было открыто деление ядер урана.
Короткая статья Отто Гана и Фрица Штрассманна в январском номере «Нейчур» вызывал шквал научных публикаций. Практически сразу результаты Гана и Штрассманна были повторены и получили физическую интерпретацию, тогда же была высказана мысль о цепной реакции и сделаны первые оценки критической массы урана. И всё это происходило на фоне надвигающейся европейской катастрофы. Статья Бора и Уилера, излагавшая теорию деления атомного ядра, была опубликована 1 сентября 1939 года, и в тот же день началась Вторая мировая война.
В 1940 году, на другом континенте, где до поры до времени всё было спокойно, молодой американский физик Эдвин Макмиллан, занимавшийся изучением продуктов деления ядер урана, в каше ядерных осколков обнаружил и, с помощью своего друга-химика Филиппа Абельсона, опознал первый трансуран. Через год последовало открытие второго, самого известного теперь трансуранового элемента — плутония. Начало было положено. Группа Глена Сиборга в Беркли продолжала синтез трансурановых элементов. Используя реактор как источник нейтронов, в Беркли синтезировали америций и калифорний, в продуктах ядерных взрывов ими были обнаружены эйнштейний и фермий, на ускорителе — получены кюрий и берклий. 101-й элемент американцы назвали в честь автора Периодической системы Д. И. Менделеева. Шёл 1955 год. Все трансурановые элементы были получены в Беркли. Нашёлся в Советском Союзе человек, который счёл это позором для своей страны.
ПУТЬ К 104-МУ
С фотографии военных лет смотрит упрямый, уверенный в себе человек — авиационный техник, ученик И. В. Курчатова и будущий академик Г. Н. Флёров. Снимок 1942 года. Георгию Николаевичу нет ещё тридцати. На первый взгляд — Путин. Случайное сходство, никакой генетики тут нет. Так родоначальник казахской поэзии Чокан Валиханов похож на нашего Лермонтова, а потухший вулкан Карадаг в Коктебеле в профиль напоминает Максимилиана Волошина. Да и сам Георгий Николаевич с возрастом утратил сходство с собой, стал больше похож на российского искусствоведа Виталия Вульфа — с той лишь разницей, что тот, кажется, никогда не сходил со стула, а Флёров не мог и двадцати минут просидеть на одном месте. Ленинградский коллега Флёрова К. А. Петржак, с которым он в 1940 году открыл спонтанное деление урана, так и говорил: «Георгий Николаевич — он же винт!».
В 1954 году Флёров взялся за проблему синтеза сверхтяжёлых элементов. К тому времени он уже был легендой Атомного проекта. Довольно скоро стало ясно, что без собственного ускорителя не обойтись. Мечты о своём ускорителе сбылись в 1960-м, а через год Флёров с учениками приступил к штурму 104-го элемента таблицы Менделеева. Об открытии 102-го объявили шведы, об открытии 103-го — американцы. Как оказалось впоследствии, и те, и другие ошибались, хотя и поспешили дать элементам свои названия. Но тогда, в самом начале 60-х, ситуация оставалась неясной. Кроме того, Нильс Бор предсказал, что 104-й станет последним элементом таблицы Менделеева. Вот почему Флёров торопился.
В августе 1964-го Флёров, наконец, объявил об открытии 104-го элемента. Так завершился его 10-летний путь к успеху. Мы просто устали ошибаться, пояснил московскому журналисту один из учеников Флёрова.
БЫСТРАЯ ХИМИЯ
При повторении дубненского эксперимента в Беркли получили другой результат. Открытие 104-го оказалось под сомнением. Тогда в Дубне предприняли идентификацию нового элемента методами химии. Если счёт идёт на атомы, а время исчисляется в долях секунды, нужна не просто химия, нужна быстрая химия. Ещё в начале 60-х Флёров поставил перед выпускником химфака МГУ Иво Зварой задачу разработать соответствующие методы. Первые результаты появились к 1966 году. 104-й по своим химическим свойствам оказался подобен гафнию. Но американцы продолжали сомневаться. В 1969 году, используя другую ядерную реакцию, в Беркли синтезировали другой изотоп 104-го и дали новому элементу название резерфордий.
ТРОФЕЙ, ПОВЕШЕННЫЙ НА СТЕНУ
Английский физик Рудольф Пайерлс назвал 104-й трофеем, повешенным на стену, в то время как открытие аномального америция открывает перспективы, которые ещё трудно оценить. Аномальный америций был случайно открыт в Дубне осенью 1961 года, при попытке синтезировать 104-й элемент. Когда эффект, на который рассчитывал Флёров, был обнаружен, и уже казалось, что пора бежать за шампанским, дополнительная проверка показала, что праздновать успех рано. Это не 104-й. Тогда что?
Флёров сказал: надо подавить «незнакомца», с ним разберёмся потом, главное — 104-й. Но его первый ученик и правая рука в лаборатории Сергей Поликанов думал иначе. В том, что его учитель принял за досадную помеху, Сергей Михайлович увидел предмет достойный самостоятельного научного исследования. И, выйдя из группы по штурму 104-го, продолжил изучение «незнакомца» в Курчатовском институте. Оказалось, что это уже известный элемент — америций, только с необычным периодом полураспада. Когда дело дошло до публикации в журнале, Флёров вычеркнул свою фамилию из списка авторов статьи. А вторым в списке авторов шёл Поликанов. В литературе замелькали фразы: «Как показал Поликанов и другие…», «Группой Поликанова было установлено…». И Поликанов из любимого ученика превратился в ближайшего врага. Сергей Михайлович был мягкий человек. Так говорят все, кто его знал. Но он мог идти до конца. Он поссорился с Флёровым, ушёл в соседнюю лабораторию, потом поссорился с Советской властью, примкнул к диссидентам и осенью 1978 года покинул Советский Союз; через пять лет на Западе вышла его книга «Разрыв».
ОТ АНОМАЛЬНОГО АМЕРИЦИЯ — К «ОСТРОВУ СТАБИЛЬНОСТИ»
Нашлись светлые умы в нашем отечестве. Московский теоретик Вилен Струтинский из Курчатовского института, бывший в курсе дубненских дел, сумел построить новую модель ядра, которая теперь носит его имя. Новая модель не только объясняла поведение аномального америция, но и предсказывала существование других ядерных изомеров. Мало того. Из расчётов, сделанных на основе модели Струтинского, следовало, что с некоторого атомного номера время жизни новых химических элементов после катастрофического падения снова будет возрастать.
Это стало настоящей сенсацией. Конец таблицы Менделеева отменяется! Теория предсказывала, что одним из таких более или менее устойчивых элементов должен быть 114-й. И соревнование в синтезе сверхтяжёлых элементов возобновилось с новой силой. Американцы попытались решить проблему «в лоб», бомбардируя кюриевую мишень ионами аргона, но успеха не имели. Флёров заметил, что это можно было предвидеть, достаточно только было подумать головой…
Работа в лаборатории шла сразу в двух направлениях: последовательное, элемент за элементом, приближение к гипотетическому «острову стабильности» и поиск сверхтяжёлых элементов в природе. Забегая вперёд, скажем, что поиски последних пока результатов не принесли. Сейчас говорят, что не так искали: их искали в твёрдых веществах, а они, согласно новейшим представлениям, должны находиться в газообразном состоянии.
Продвижение элемент за элементом шло медленно. Флёров повторял: надо работать, мы отстаём! Когда он уезжал в командировки, лаборатория отдыхала. Когда он возвращался, лабораторию начинало лихорадить… К концу 70-х на карте мира появился новый центр синтеза сверхтяжёлых элементов, перехвативший инициативу — Дармштадт (ФРГ). В Дармштадте были открыты трансураны, начиная с 107-го по 112-й: борий, хассий, мейтнерий, дармштадтий, рентгений, коперниций. Но до «острова стабильности» первыми дошли всё-таки в Дубне. И это приятно. Правда, в других центрах думают иначе. Случилось это на рубеже двух столетий. Пока до настоящей стабильности далеко — время жизни элементов близ острова стабильности не превышает минут. Но всё ещё впереди. Лиха беда начало. Не все изотопы открыты. Например, уже открыто 9 изотопов 104-го. И тот, на который нацеливались в 60-х, — не самый долгоживущий среди них: период его полураспада составляет доли секунды, а уже в 2000-х были открыты два изотопа 104-го, которые распадаются только через несколько часов. Остров стабильности по-прежнему манит к себе изыскателей, как ненайденная библиотека Ивана Грозного, как недоказанная теорема Ферма и пятый постулат Евклида, как философский камень средневековья и эликсир вечной молодости, как высокотемпературная сверхпроводимость и копи царя Соломона, как снежный человек и Атлантида, как следы внеземной цивилизации и неразгаданная загадка эсминца «Элдридж».
И ВСЁ-ТАКИ: ПОЧЕМУ НЕ КУРЧАТОВИЙ?
После того как американцы дали 104-му своё название, началась изнурительная и бесплодная борьба за приоритет. В течение четверти века с лишним в советской литературе 104-й именовался курчатовием, в англо-американской — резерфордием. И только в 90-х был достигнут компромисс. В 1997 году, при неблагоприятных обстоятельствах (Россия и Соединённые Штаты находились в разных весовых категориях), комиссия Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК) разделила приоритет открытия 104-го между Дубной и Беркли, закрепив за 104-м название резерфордий. Комиссия признала приоритет Дубны в открытии 102-го и 103-го, закрепив за ними, однако, названия нобелий и лоуренсий. За 105-м и 106-м, также впервые открытыми в Дубне, были закреплены названия дубний и сиборгий; приоритет Дубны в открытии 106-го был отвергнут, в то время как приоритет Беркли комиссия сочла неоспоримым.
…Летом 1985 года В. А. Друин, один из авторов открытия 104-го, повторил эксперимент двадцатилетней давности и обнаружил, что «эффект рассосался». После этого Друину пришлось уйти из института. В сентябре того же года Виктор Александрович был избран профессором кафедры общей физики Тверского университета, а через год, единогласно, — деканом физического факультета ТГУ.