36 Â

WIAT

N

AUKI

Maj 2000

Wyprawa

na wysp´ stabilnoÊci

Synteza pierwiastka 114 potwierdzi∏a stare teorie

sprzed kilkudziesi´ciu lat: na morzu krótko˝yciowych jàder

superci´˝kich istniejà wysepki stabilnoÊci

Jurij C. Oganessian, W∏adimir K. Utionkow i Kenton J. Moody

P

o wytworzeniu wiosnà 1940 ro-
ku neptunu chemicy ruszyli w fa-
scynujàcà podró˝ w nieznane.

Âwiat transuranowców, atomów zawie-
rajàcych wi´cej protonów ni˝ uran, któ-
ry ma ich 92, wykazuje niezwyk∏e, je-
dyne w swoim rodzaju w∏aÊciwoÊci.
Ci´˝kie pierwiastki z du˝à liczbà elek-
tronów okaza∏y si´ bezcennym narz´-
dziem pozwalajàcym wejrzeç w budo-
w´ elektronowà atomów i wiàzania
chemiczne. Znalaz∏y te˝ rozliczne za-
stosowania techniczne od broni jàdro-
wej a˝ po czujniki dymu.

Na razie badania te doprowadzi∏y do

wyprodukowania 23 nowych pierwiast-
ków, które majà w swych jàdrach wi´-
cej protonów ni˝ atomy uranu. SpoÊród
nich tylko dwa „najl˝ejsze” – neptun
i pluton – wyst´pujà w przyrodzie.

Wytworzony ostatnio pierwiastek nu-

mer 114 zwieƒczy∏ pewien trudny etap
w tej wielkiej transuranowej wypra-
wie. Przypomina ona ryzykowne prze-
p∏yni´cie morza niestabilnoÊci zbudo-
wanego z pierwiastków zawierajàcych
wi´cej ni˝ 106 protonów w jàdrach.
Bombardujàc ci´˝kie jàdra wiàz-
kami jonów jàder l˝ejszych, na-
ukowcy uzyskujà jàdra super-
ci´˝kie, które sà tak bardzo
niestabilne, ˝e cz´sto dzielà si´
ju˝ w u∏amku sekundy po wy-
tworzeniu. Teraz, gdy osiàgni´-
to „magicznà” liczb´ 114, bada-
cze znaleêli si´ na drodze do
wyspy stabilnoÊci, gdzie zbiór jeszcze
ci´˝szych, sztucznie wyprodukowanych
pierwiastków wykazuje zadziwiajàcà
stabilnoÊç i d∏ugowiecznoÊç.

D∏ugo wierzono, ˝e wyspa stabilnoÊci

niczym Eldorado istnieje, ale jest nie-
osiàgalna; fizycy jàdrowi namierzyli jà
teoretycznie ju˝ w 1966 roku. Lecz w od-
ró˝nieniu od baÊniowego odpowiedni-
ka po∏o˝enie wyspy stabilnoÊci nie by-
∏o ˝adnà tajemnicà. Przewidziano, ˝e jej
Êrodek, czyli najbardziej stabilny punkt,
zajmie izotop pierwiastka o liczbie ato-
mowej 114 ze 184 neutronami w jàdrze
i b´dzie on otoczony nieco mniej stabil-
nymi pierwiastkami o numerach pomi´-
dzy 109 i 115. Fizycy dok∏adnie wi´c
wiedzieli, dokàd majà iÊç; problem tkwi∏
tylko w tym, jak si´ tam dostaç i po
czym poznaç, ˝e si´ dotar∏o do celu.

Pierwsze próby syntezy pierwiast-

ków podj´to w 1934 roku, kiedy na-
ukowcy rozpocz´li bombardowanie jà-
der ci´˝kich pierwiastków strumieniami
neutronów. Ka˝dy neutron wychwy-
cony przez jàdro atomowe tarczy pod-
lega rozpadowi beta, zmieniajàc si´
w proton oraz elektron i wytwarzajàc
pierwiastek, który ma o jeden proton
wi´cej ni˝ jàdro tarczy. W terminologii

chemicznej powsta∏y tak pierwiastek
ma liczb´ atomowà o jeden wi´kszà od
liczby atomowej pierwiastka stanowià-
cego tarcz´. Przypomnijmy, ˝e liczba
atomowa pierwiastka to suma proto-
nów w jego jàdrze atomowym i ona
w∏aÊnie definiuje pierwiastek oraz okre-
Êla jego po∏o˝enie w uk∏adzie okreso-
wym. Poza protonami jàdro atomowe
zawiera tak˝e neutrony, które nie nio-
sà ∏adunku elektrycznego. Wszystkie
atomy jednego pierwiastka muszà mieç
takà samà liczb´ protonów, ale ró˝ne je-
go „izotopy” majà ró˝ne liczby neutro-
nów i ró˝nà stabilnoÊç.

Pierwsze sukcesy

Tym sposobem do po∏owy lat pi´ç-

dziesiàtych uda∏o si´ wyprodukowaç
pierwiastki o numerach 93, 94, 99 i 100.
W tym samym czasie – naÊwietlajàc
ci´˝kie jàdra strumieniami czàstek alfa,
które sà jàdrami helu, a zatem przesu-
wajà liczb´ atomowà o dwie jednostki –
uzyskano te˝ pierwiastki o liczbach
atomowych 95, 96, 97, 98 i 101.

Dzi´ki post´powi w budowie akce-

leratorów czàstek naukowcy mogli
skierowaç wiàzki jonów o wysokiej in-
tensywnoÊci z∏o˝one z lekkich pier-
wiastków, takich jak bor (o liczbie ato-
mowej 5) na jàdra pierwiastków o
liczbach atomowych pomi´dzy 94 a 98,
by doprowadziç do ich syntezy. Aby
mog∏o dojÊç do takiej fuzji, obydwa jà-
dra powinny zderzaç si´ z energià wy-
starczajàcà do pokonania si∏ ich elektro-
statycznego odpychania, wywo∏anych
przez dodatnio na∏adowane protony.
Reakcja ta wymaga tak wielkiej energii,
˝e powstajàce w rezultacie zderzenia jà-
dro jest bardzo goràce. Z kolei wysoka
temperatura jàdrowa zwi´ksza praw-
dopodobieƒstwo, ˝e nowy pierwiastek
raczej si´ rozszczepi, ni˝ „uspokoi”,
tworzàc stabilnà konfiguracj´. Za po-
mocà takiej w∏aÊnie techniki w latach
1958–1974 otrzymano pierwiastki o licz-
bach atomowych od 102 do 106. Nieste-
ty, podczas prób produkcji pierwiast-
ków o liczbach atomowych wy˝szych
ni˝ 106 tendencja do rozszczepienia
sprawia, ˝e synteza nowych pierwiast-
ków staje si´ niemo˝liwa.

W 1974 roku jeden z nas (Oganessian)

w Zjednoczonym Instytucie Badaƒ Jà-

drowych (ZIBJ) w Dubnej ko∏o Moskwy
odkry∏, ˝e bombardujàc wiàzkà ci´˝-
szych jonów l˝ejsze tarcze, mo˝na wy-
produkowaç jàdra o ni˝szej energii
wzbudzenia, a nast´pnie pozwoliç im
po takiej fuzji utworzyç stabilnà konfi-
guracj´. Ta metoda znana jest dziÊ pod
nazwà „zimnej fuzji”, ale nie powinno
si´ jej myliç ze zdyskredytowanym pro-
cesem, który budzi∏ wiele emocji w la-
tach osiemdziesiàtych. Intensywne pra-
ce nad tà metodà rozpocz´∏y si´ po roku
1975, kiedy w Laboratorium Ci´˝kich
Jonów w Darmstadcie w Niemczech ru-
szy∏ UNILAC (Universal Linear Acce-
lerator), na którym mo˝na przyspieszaç
nawet bardzo ci´˝kie jony i to o zmien-
nych energiach.

Niestety, istniejàce wówczas tech-

niki nie pozwala∏y rejestrowaç pro-
dukowanych w ten sposób po˝àda-
nych pierwiastków, poniewa˝ pod-
czas eksperymentu powstaje niewiele
atomów, a w dodatku jàdra pochod-
ne, wytworzone w rozpadzie nowych
pierwiastków, zanikajà tak szybko,
˝e trzeba je wykrywaç podczas proce-

su syntezy. Tak wi´c przez
kilka lat nie udawa∏o si´ za-
obserwowaç ˝adnych nowych
pierwiastków.

Na poczàtku lat osiemdzie-

siàtych grupa badaczy z labo-
ratorium w Darmstadcie opra-
cowa∏a wyrafinowanà i czu∏à
metod´ identyfikacji nowych

jàder, powstajàcych w reakcji fuzji, i by-
∏a w stanie wyodr´bniç pierwiastki 107,
108 i 109. Przeprowadzenie syntezy i de-
tekcji wymaga∏o jednak pokonania
ogromnych barier – naukowcy musieli
pracowaç na UNILAC-u bez przerwy
przez bite dwa tygodnie, aby wypro-
dukowaç zaledwie jeden atom pier-
wiastka 109. Na szcz´Êcie nie zrazi∏o ich
to i po ˝mudnym dopasowywaniu in-
tensywnoÊci wiàzki jonów i podwy˝-
szeniu czu∏oÊci urzàdzeƒ detekcyjnych
w 1994 roku uzyskali pierwiastek 111,
a dwa lata póêniej 112. Wytworzony
izotop pierwiastka 112 ma okres po∏o-
wicznego zaniku równy 240 µs, lecz
niestety uda∏o si´ wyprodukowaç tyl-
ko dwa jego atomy w ciàgu trwajàcego
25 dni eksperymentu.

Od 1994 roku grupy badaczy w

Niemczech, USA i Rosji doda∏y do ta-
blicy Mendelejewa szeÊç nowych pier-
wiastków o liczbach atomowych si´ga-
jàcych a˝ do 118. Najwa˝niejszà prze-
prowadzonà syntezà by∏a produkcja izo-
topów pierwiastka 114, która ostatecznie
dowiod∏a istnienia wyspy stabilnoÊci.
Osiàgni´cie jej jest niezwykle wa˝ne,
gdy˝ potwierdza teoretyczne przewi-
dywania, ˝e dla pewnych „magicznych”

Â

WIAT

N

AUKI

Maj 2000 37

Superci´˝kie pierwiastki

mogà byç nawet bardziej trwa∏e,

ni˝ przewiduje to teoria.

DUSAN PETRICIC

liczb protonów i neutronów wyst´pujà
szczególnie silnie zwiàzane jàdra; po-
wstajà wtedy stabilne, zamkni´te po-
w∏oki, podobne do konfiguracji elektro-
nowych z zape∏nionymi pow∏okami
atomowymi, które dajà gazom szlachet-
nym bezw∏adnoÊç chemicznà i okreÊla-
jà periodycznoÊç i reaktywnoÊç pier-
wiastków chemicznych.

Liczby magiczne, znane z modelu po-

w∏okowego jàdra, wyst´pujàce w ró˝-
nych miejscach uk∏adu okresowego,
a spoÊród nich te, które pojawi∏y si´
dla o∏owiu (82 protony i 126 neutro-
nów), wprowadzono ju˝ w 1948 roku.
Przewidywanie w 1966 roku nast´pnych
liczb magicznych przy 114 protonach

i 184 neutronach przeczy∏o jednak ów-
czeÊnie obowiàzujàcej teorii. W owym
czasie spodziewano si´, ˝e okres po-
∏owicznego zaniku syntetyzowanych
pierwiastków z uwagi na ich stabilnoÊç
rozszczepieniowà b´dzie mala∏ drama-
tycznie wraz ze wzrostem liczby maso-
wej jàder. Przewidywanie kolejnych
liczb magicznych rodzi∏o spekulacje, ˝e
gdzieÊ daleko poza morzem niestabil-
noÊci istnieje wyspa niezwykle d∏ugo-
˝yciowych jàder.

Trudno tam dotrzeç, a powodem jest

m.in. to, ˝e w jàdrach superci´˝kich sto-
sunek liczby neutronów do protonów
jest wy˝szy ni˝ we wszystkich znanych
jàdrach pierwiastków stabilnych. Wy-

braliÊmy reakcj´, która wprowadzi∏a
najwi´cej neutronów do jàdra powstajà-
cego w procesie syntezy: napromienio-
waliÊmy

244

Pu (pluton 244) – najci´˝szy

egzotyczny izotop plutonu – intensyw-
nà wiàzkà jonów

48

Ca (wapnia 48), rzad-

kiego, drogiego i bogatego w neutrony
izotopu wapnia. OczekiwaliÊmy, ˝e re-
akcja fuzji spowoduje powstanie jàdra
z∏o˝onego ze 114 protonów i 178 neu-
tronów. Taki izotop by∏by najbli˝szy po-
dwójnie magicznej konfiguracji 114 pro-
tonów i 184 neutronów.

WiedzieliÊmy, ˝e je˝eli jàdra

48

Ca i

244

Pu zderzà si´ z wystarczajàcà ener-

già, by przezwyci´˝yç swoje wzajemne
elektrostatyczne odpychanie, energia

38 Â

WIAT

N

AUKI

Maj 2000

ZESPÓ¸ BADAWCZY ze Zjednoczonego Instytutu Badaƒ Jàdrowych w Dubnej w Rosji pozuje do zdj´cia na tle uk∏adu eksperymental-
nego; separator masowy znajduje si´ w lewym górnym rogu zdj´cia, a wystajàce ramiona elementów tarczy sà widoczne z prawej. W sk∏ad
zespo∏u wchodzà dwaj autorzy artyku∏u: Utionkow

(drugi z lewej) i Oganessian (czwarty z lewej).

JURIJ GRIPAS

Gamma Liaison

wzbudzenia powsta∏ych jàder z∏o˝o-
nych b´dzie wystarczajàco niska, aby
przynajmniej cz´Êç z nich nie uleg∏a roz-
szczepieniu. Wyparowanie trzech neu-
tronów sch∏odzi bowiem nowe jàdra
poni˝ej bariery rozszczepienia, prowa-
dzàc do powstania izotopu pierwiastka
114 ze 175 neutronami.

Jak to zrobiliÊmy

WczeÊniejsze poszukiwania super-

ci´˝kich pierwiastków w podobnych
reakcjach nie powiod∏y si´, ponie-
wa˝ podczas kilkutygodniowe-
go eksperymentu powstaje zale-
dwie jedno takie jàdro wÊrod
biliona innych rodzajów jàder.
Dzi´ki kilkusetkrotnemu zwi´k-
szeniu czu∏oÊci detekcji, w po-
równaniu z metodami stosowa-
nymi w poprzednich próbach,
byliÊmy w stanie zaobserwowaç
nowe pierwiastki powstajàce w wy-
niku reakcji syntezy, zanim jeszcze si´
rozpad∏y.

Nasz eksperyment przeprowadzili-

Êmy na cyklotronie ci´˝kich jonów w
ZIBJ. Jony

48

Ca przyspieszaliÊmy do

pr´dkoÊci równej w przybli˝eniu jednej
dziesiàtej pr´dkoÊci Êwiat∏a i kierowa-
liÊmy je na tarcz´, która zawiera∏a kil-
ka miligramów

244

Pu naniesionego elek-

trolitycznie na cienkà foli´ tytanowà.

Aby wykryç nowe jàdra powsta∏e

w wyniku reakcji fuzji, musieliÊmy zna-
leêç sposób oddzielenia interesujàcych
nas produktów od pozosta∏ych wytwo-
rzonych w eksperymencie. Oczekiwa-

nà oznakà rozszczepienia naszych jàder
superci´˝kich mog∏aby byç seria rozpa-
dów alfa, jako ˝e pierwiastek 114 roz-
pada si´ do pierwiastka 112, który z
kolei rozpada si´ do 110, a ten do pier-
wiastka 108 itd., a˝ produkty tej reakcji
opuszczà wysp´ stabilnoÊci i nastàpi
rozszczepienie spontaniczne. Niestety,
rozpady alfa i rozszczepienia niepo˝à-
danych jàder, tak˝e generowane w eks-
perymencie, równie˝ produkujà se-
kwencje przypadkowych zdarzeƒ, które
mo˝na wziàç za sekwencj´ rozpadu
pierwiastka 114. W ciàgu sekundy po-

wstajà miliardy takich niepo˝àdanych
jàder, a oczekiwana cz´stoÊç produkcji
izotopu 114 jest du˝o ni˝sza ni˝ jeden
atom dziennie. W rezultacie niezwykle
wa˝ne jest st∏umienie t∏a pochodzàce-
go od niepo˝àdanych reakcji, a jedno-
czeÊnie wykrycie pierwiastka 114, je˝e-
li si´ on tylko pojawi.

W tym celu naukowcy z Dubnej za-

projektowali wype∏niony gazem separa-
tor. Zapewnia on efektywnà transmisj´
poszukiwanych przez nas produktów
oraz bardzo wydajnà detekcj´ sekwen-
cji rozpadów radioaktywnych, poprzez
które jàdra superci´˝kie mogà zamani-
festowaç swojà obecnoÊç; urzàdzenie

skutecznie t∏umi te˝ rejestracj´ niepo-
˝àdanych produktów. Produkty fuzji
ci´˝kich jonów (mieszanina syntetyzo-
wanych jàder 114 i innych produktów
fuzji) wybite z tarczy wchodzà do ko-
mory gazowej umieszczonej pomi´dzy
biegunami magnesu dipolowego, wy-
pe∏nionej wodorem pod niskim ciÊnie-
niem. Wybite (z tarczy) ci´˝kie jony od-
dzia∏ujà z atomami wodoru w komorze
i te, których elektrony sà zwiàzane ze
swoimi jàdrami z ni˝szà energià ni˝ do-
starczona w zderzeniu, sà tracone. Pole
magnetyczne jest tak dobrane, aby tyl-

ko jàdra nas interesujàce dole-
cia∏y do macierzy detektorów.
Czàstki z wiàzki

48

Ca, które nie

wesz∏y w reakcje, przelatujà
przez komor´ wodorowà z du-
˝à pr´dkoÊcià i zostajà silnie zjo-
nizowane, tak ˝e pole magne-
tyczne odchyla je z wiàzki po-
szukiwanych czàstek. Wype∏nio-

ny gazem separator silnie zmniejsza tak-
˝e liczb´ innych zb´dnych produktów
peryferyjnych reakcji jàdrowych.

Produkty reakcji, opuszczajàc magne-

sy dipolowe, sà ogniskowane za pomo-
cà uk∏adu magnesów kwadrupolowych,
a nast´pnie przechodzà przez licznik
czasu przelotu (TOF – time-of-flight)
i zatrzymujà si´ w detektorze czu∏ym
na pozycj´. Sygna∏ z licznika TOF po-
zwala nam odró˝niç uderzenie produk-
tów przechodzàcych przez separator od
radioaktywnego rozpadu produktu,
który wczeÊniej ugrzàz∏ w detektorze.
Czas przelotu przez licznik TOF mo˝e
byç u˝yty do rozró˝nienia pomi´dzy ni-

Â

WIAT

N

AUKI

Maj 2000 39

OCEAN WIELKICH JÑDER zawiera wiele
niestabilnych okazów, czyli izotopów. Jà-
dro atomowe pierwiastka zawiera pewnà
liczb´ protonów, lecz zwykle ma ono kilka
odmian, zwanych izotopami. Ka˝dy z izo-
topów ma innà liczb´ neutronów i stabil-
noÊç. Dla jàder o liczbie protonów wi´kszej
od 106 szczególnie wiele izotopów jest
wzgl´dnie niestabilnych i tworzà one coÊ
w rodzaju „morza niestabilnoÊci”. W j´zy-
ku takich metafor niezwykle stabilny izo-
top o∏owiu – z 82 protonami i 126 neutrona-
mi – stanowi rodzaj magicznej góry. Ju˝ od
1966 roku prowadzono teoretyczne spekula-
cje na temat wyspy stabilnoÊci, w Êrodku
której le˝a∏by izotop ze 114 protonami i 184
neutronami. Ostatnio uda∏o si´ osiàgnàç
brzegi owej wyspy, wytwarzajàc izotop ze
114 protonami i 175 neutronami.

82

126

184 196

NEUTRONY

MAGICZNA

GÓRA

WYSPA STABILNOÂCI

114

82

50

28

MORZE

NIESTABILNOÂCI

STABILNOÂå

PROTONY

LAURIE GRACE

W czasie 40 dni naÊwietlaƒ

uda∏o si´ wytworzyç

tylko jedno jàdro superci´˝kie.

skimi i wysokimi liczbami atomowymi.
Dodatkowo detektor czu∏y na pozycj´
obni˝a poziom t∏a, poniewa˝ umo˝li-
wia identyfikacj´ i odrzucenie niepo-
trzebnych reakcji. Wszystkie te udosko-
nalenia pozwoli∏y nam na rejestracj´
i pomiary poszukiwanego przez nas
pierwiastka 114.

Pierwszy eksperyment prowadzili-

Êmy przez 40 dni listopada i grudnia
1998 roku. ZaobserwowaliÊmy sygna∏y
pe∏nych trzech rozszczepieƒ sponta-
nicznych, Êwiadczàcych, ˝e wytworzo-
ne zosta∏y trzy zsyntetyzowane jàdra
z∏o˝one i przesz∏y przez separator, za-
nim nastàpi∏o ich rozszczepienie. Dwa
z nich ˝y∏y prawie milisekund´ i by∏y
to nie interesujàce nas reakcje wywo∏a-
ne przez rozpad

244

Am (ameryku 244).

Tylko jedno z zarejestrowanych zdarzeƒ
(jeden atom na 40 dni naÊwietlaƒ!) zosta-
wi∏o Êlad w detektorze w postaci im-
plantu i trzech nast´pujàcych po nim
rozpadów alfa (kolejne emisje dwóch
protonów i dwóch neutronów, ka˝da
prowadzàca do powstania l˝ejszego
pierwiastka z ni˝szà liczbà atomowà);

wszystkie te reakcje zasz∏y w tym sa-
mym miejscu macierzy detektorów.

Jest to w∏aÊnie oznaka rozpadu, jakie-

go oczekiwaliÊmy: zwiàzki mi´dzy ener-
giami i czasami rozpadu by∏y zgodne
z oszacowaniami teoretycznymi dla roz-
szczepienia izotopu pierwiastka 114 i je-
go pochodnych. Czas przelotu wytwo-
rzonego w wyniku reakcji jàdra odrzutu
i jego energia zdeponowana w detekto-
rze równie˝ potwierdza∏y przewidywa-
nia, a analiza zdarzeƒ przypadkowych
wskazuje, ˝e prawdopodobieƒstwo po-
wstania takiego zdarzenia w detekto-
rze z przypadkowych korelacji zliczeƒ
t∏a wynosi mniej ni˝ 1%.

¸aƒcuch rozpadów

Izotop pierwiastka 114 ze 175 neutro-

nami ma czas po∏owicznego zaniku
równy 30.4 s. Rozpada si´ do pierwiast-
ka 112; a ten, z czasem po∏owicznego
zaniku 15.4 min, do pierwiastka 110;
z kolei 110, z czasem po∏owicznego za-
niku równym 1.6 min, rozpada si´ do
pierwiastka 108.

Z kolei izotop pierwiastka 108 ze 169

neutronami znajduje si´ poza brze-
giem wyspy stabilnoÊci i rozpada si´
drogà rozszczepienia spontanicznego.
W kolejnym eksperymencie przepro-
wadzonym w Dubnej wyproduko-
wano l˝ejszy izotop pierwiastka 114 ze
173 neutronami, który po∏o˝ony jest
bli˝ej brzegu wyspy stabilnoÊci. Ten
l˝ejszy izotop ma czas po∏owicznego
zaniku oko∏o 5 s, po czym drogà roz-
padu alfa przechodzi w jàdro pier-
wiastka 112; jàdro pochodne rozpada
si´ po 3 min w wyniku rozszczepienia
spontanicznego.

PotwierdziliÊmy zatem istnienie wy-

spy stabilnoÊci i zmierzyliÊmy wielkoÊç
efektów wywo∏anych jej istnieniem.
Czas ˝ycia pierwiastka 114 ze 175 neu-
tronami jest ponad 1000 razy d∏u˝szy
ni˝ czas ˝ycia izotopu ze 171 neutrona-
mi, który jest produkowany jako cz´Êç
∏aƒcucha rozpadu pierwiastka 118 i zo-
sta∏ niedawno odkryty w laboratorium
Lawrence’a w Berkeley. Nasz izotop
pierwiastka 112 ze 173 neutronami ˝y-
je ponad milion razy d∏u˝ej ni˝ izotop

40 Â

WIAT

N

AUKI

Maj 2000

JURIJ GRIPAS

Gamma Liaison

ze 165 neutronami, odkryty w 1996 ro-
ku w Darmstadcie. D∏u˝sze czasy ˝ycia
naszych produktów fuzji sprawiajà, ˝e
o wiele ∏atwiej je badaç, a badania takie
mogà zmieniç nasz sposób patrzenia na
podstawowe w∏asnoÊci materii.

Ostatnio wytworzyliÊmy izotop pier-

wiastka 114 o 174 neutronach (na ra-
zie uda∏o si´ wyprodukowaç jedynie
dwa atomy). Z w∏asnoÊci rozpadu te-
go izotopu dobitnie wynika, ˝e super-
ci´˝kie pierwiastki mogà byç nawet bar-
dziej trwa∏e, ni˝ przewiduje teoria. Prace
nasze i innych zespo∏ów pozwalajà sà-
dziç, ˝e przysz∏oÊç badaƒ w dziedzi-
nie granic jàdrowej stabilnoÊci rysuje
si´ niezwykle interesujàco. Czeka nas
zapewne wiele nowych eksperymen-
tów i niespodziewanych odkryç. Mo˝e
wspólnym wysi∏kiem uda si´ te˝ dla
pierwiastka 114 rozwiàzaç jeden z naj-
trudniejszych problemów w syntezie
transuranowców: znaleêç nazw´, na
którà przystanà wszystkie zaintereso-
wane strony!

T∏umaczy∏

Zygmunt Szefliƒski

UWAGI T¸UMACZA:

Najci´˝szym dotychczas wytworzo-

nym sztucznie pierwiastkiem (o czym
wspominajà autorzy artyku∏u) jest uzy-
skany w Lawrence Livermore National
Laboratory w Berkeley w Kalifornii izo-
top pierwiastka 118 zawierajàcy 175
neutronów w jàdrze. Jego liczba atomo-
wa jest wy˝sza od magicznej 114, co
oznacza, ˝e mo˝e on znajdowaç si´ ju˝
poza wyspà stabilnoÊci. Do sukcesu te-
go powa˝nie przyczyni∏ si´ Polak –
dr Robert Smolaƒczuk, m∏ody fizyk
z kierowanego przez prof. Adama So-
biczewskiego Zak∏adu Teorii Jàdra In-
stytutu Problemów Jàdrowych im. An-
drzeja So∏tana, w którym od lat pro-
wadzi si´ prace nad granicami stabilno-
Êci jàdrowej i przewidywaniem czasów
˝ycia pierwiastków superci´˝kich.

Robert Smolaƒczuk w swojej pracy

opublikowanej na ∏amach Physical Re-
view (C59, 2634, 1999) zaproponowa∏,
by bombardowaç cienkà tarcz´ o∏owiu

208

Pb wiàzkà jonów kryptonu

86

Kr

o energii 449 MeV. Podana przez pol-
skiego fizyka kombinacja tarczy i poci-

sku przeczy∏a powszech-
nym opiniom fizyków, ˝e
reakcje polegajàce na bom-
bardowaniu o∏owiu przez
pociski ci´˝sze ni˝ cynk nie
rokujà sukcesu w dotarciu
do wyspy stabilnoÊci. Obli-
czenia Roberta Smolaƒczu-
ka przewidywa∏y, ˝e bom-
bardowanie o∏owiu jàdrami
kryptonu prowadzi do po-
wstania s∏abo wzbudzone-
go jàdra z∏o˝onego, które
traci swojà energi´ wzbu-
dzenia poprzez emisj´ jed-
nego neutronu, w wyniku
czego ostatecznie powstaje
pierwiastek 118 z 175 neu-
tronami w jàdrze.

Warto dodaç, ˝e w nieco

inaczej przeprowadzonych
eksperymentach w labo-
ratorium w Dubnej w Rosji
w lipcu i paêdzierniku 1999
roku (

244

Pu +

48

Ca) fizycy

zaobserwowali kolejne dwa

∏aƒcuchy rozpadów pierwiastka o licz-
bie atomowej 114 ze 174 neutronami w
jàdrze, a to oznacza, ˝e dotarcie do Êrod-
ka wyspy stabilnoÊci jest tylko kwestià
czasu. Ju˝ w 1966 roku Êrodek wyspy
stabilnoÊci zosta∏ okreÊlony przez teo-
retyków jako pierwiastek o liczbie ato-
mowej 114 i liczbie neutronów 184. Oby-
dwie liczby przewidywane wówczas
przez Adama Sobiczewskiego i jego
wspó∏pracowników mia∏y byç nowymi
liczbami magicznymi. Eksperymenty
przeprowadzone w Dubnej wskazujà,
˝e potwierdza si´ magicznoÊç 114 pro-
tonów, 175 neutronów zaÊ to jeszcze za
ma∏o, aby osiàgnàç przewidywanà licz-
b´ 184. Oznacza to, ˝e eksperymentato-
rzy zbli˝ajà si´ do wyspy. Tak wi´c choç
okreÊlenie „wyspa stabilnoÊci” mo˝e
w tym wypadku budziç pewne kontro-
wersje – bo przecie˝ izotop pierwiastka
114 ze 175 neutronami ma czas po∏o-
wicznego zaniku zaledwie 30 s i nie od-
kryto dotychczas stabilnego izotopu na
tej wyspie – to jest ono wyrazem ma-
rzeƒ fizyków. To one mobilizujà ich do
dalszych poszukiwaƒ.

Â

WIAT

N

AUKI

Maj 2000 41

LICZNIKI

CZASU PRZELOTU

ODCHYLONA WIÑZKA

(JÑDRA WAPNIA, KTÓRE NIE ODDZIA¸YWA¸Y)

TARCZA PLUTONOWA

22°

1 METR

MAGNESY

OGNISKUJÑCE WIÑZK¢

MACIERZ

DETEKTORÓW

KRZEMOWYCH

MAGNES

DIPOLOWY

WIÑZKA

PRODUKTÓW

REAKCJI

UK¸ADY

STEROWANIA

WIÑZKÑ

W LABORATORIUM W DUBNEJ

(na stronie obok) wytwarza si´ wiàzk´, która na tym rysunku bie-

gnie od lewej do prawej. Obszar pomi´dzy magnesami zajmuje nape∏niony gazem separator masowy.
Wiàzki produktów reakcji wychodzàce z tarczy plutonowej zakrzywia magnes dipolowy; interesujàce
jàdra sà kierowane do macierzy malutkich detektorów krzemowych. Fizycy wià˝à rozpad jàdrowy z po-
zycjà w detektorze krzemowym, a to pozwala okreÊliç, jaki izotop zosta∏ wytworzony w tarczy.

Informacje o autorach

JURIJ C. OGANESSIAN, W¸ADIMIR K. UTIONKOW i KENTON J. MOODY wspó∏pracujà od
1989 roku nad wytwarzaniem ci´˝kich pierwiastków. Oganessian, fizyk, jest dyrektorem nauko-
wym Laboratorium im. Flerowa w Zjednoczonym Instytucie Badaƒ Jàdrowych w Dubnej ko∏o
Moskwy. Ukoƒczy∏ Moskiewski Instytut Fizyki i In˝ynierii w 1956 roku i od tego czasu prowadzi
badania w dziedzinie fizyki i chemii jàdrowej. Utionkow uzyska∏ dyplom Moskiewskiego Insty-
tutu In˝ynieryjno-Fizycznego w 1978 roku i do∏àczy∏ do zespo∏u Laboratorium Flerowa. Od 1997
roku jest zast´pcà szefa zespo∏u naukowego w ZIBJ, badajàcego syntez´ i w∏asnoÊci ci´˝kich jà-
der. Moody doktoryzowa∏ si´ z chemii jàdrowej w University of California w Berkeley w 1983
roku. Od 1985 roku pracuje w Analitycal and Nuclear Chemistry Division w Lawerence Liver-
more National Laboratory.

Literatura uzupe∏niajàca

SERCH FOR THE MISSING ELEMENTS.

Glenn

T. Seaborg i Walter Loveland; New

Scientist, vol. 131, nr 1784, s. 29, VIII/
1991.

TRANSURANIUM ELEMENTS: A HALF CENTURY.

Red. Lester R. Morss i J. Fuger; Ameri-

can Chemical Society, 1992.

TWORZENIE NOWYCH PIERWIASTKÓW.

Peter

Armbruster i Fritz Peter Hessberger;

Âwiat Nauki, s. 56-61, XI/1998.

LAURIE GRACE