Беседы об атомном ядре

Среди трансурановых элементов попадались такие, время жизни которых растягивалось на десятки тысяч лет. Но в области сверхтяжелых ядер в полном соответствии с предсказаниями модели жидкой капли свирепствовала эпидемия неустойчивости. Казалось, что управлять столь огромными коллективами нуклонов, действительно, уже свыше ядерных сил.

По теории, химические элементы, следующие за 105-м, должны были иметь столь малое время жизни по отношению к самопроизвольному делению, что получить их на современном уровне экспериментальной техники было невозможно. Делительная катастрофа, как окрестили физики эту роковую преграду, вот-вот должна была положить предел исканиям ученых. Но, как говорил П. Капица, хорош тот эксперимент, который не согласуется с теорией. Опыты, поставленные на ускорителях тяжелых ионов по синтезу 105-го, 106-го и 107-го элементов, показали, что делительная катастрофа не наступила.

Изотоп 105-го элемента, обнаруженный в лаборатории ядерных реакций, имел время жизни две секунды, а американские ученые сообщили о получении изотопа 105-го элемента с 262 нуклонами, который существовал в 20 раз дольше. Ученые Дубны пытаются получить более долгоживущие ядра и 106-го элемента.

Недалеко от круто обрывающегося материка стабильности физики неожиданно нащупали в море отмель. Что же тормозило наступление делительной катастрофы? Причиной этого могла быть только достаточно четкая оболочечная структура тяжелых ядер; та самая структура, которая раньше считалась привилегией легких и средних по массе ядер. Иначе просто невозможно было объяснить тот факт, что ядра фермия-256 делятся через 2,7 часа, а изотопа фермия-257, имеющего на один нуклон больше, — лишь через сто лет.

Упаковка нейтронных оболочек так влияет на устойчивость ядра, что присоединение даже одного дополнительного нейтрона к 250 нуклонам не остается незамеченным. И обнаруженный экспериментаторами прибрежный «шельф» можно рассматривать как проявление оболочечных эффектов в ядрах сверхтяжелых элементов.

Это приятное обстоятельство вселило новые надежды. Теоретики смелее посмотрели в сторону предполагаемой границы периодической системы и, сверившись с формулами, взятыми из модели оболочек, проложили курс к островам стабильности.

Один из островов соответствует тяжелейшему атомному ядру с новым магическим числом протонов — 114 и новым магическим числом нейтронов — 184. А второй — еще более тяжелому ядру с магическим числом протонов — 126 и 184 нейтронами.

Два далеких таинственных острова сверхтяжелых элементов опять лишили физиков покоя. Они заметались на трансфермиевом берегу, придумывая всевозможные способы преодоления расстояния, отделяющего их от вожделенных островов.

Директор Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ академик Г. Флеров сказал, что «открытие островов стабильности будет так же важно для ядерной физики, как для своего времени открытие Колумбом Америки».

Как же можно было достигнуть цели — доказать, что сверхтяжелые ядра существуют?

На ускорителях тяжелых ионов пока не удается сразу синтезировать ядра со 114 или 126 протонами, и ученые решили проверить: а нет ли перешейка между материком и ближайшим островом стабильности?

От урана до ближайшей цели лежит 22 химических элемента, 22 шага тяжелейшего маршрута. 15 шагов уже позади, и каждый из них приходилось делать, прощупывая под ногами дно. В любой момент прибрежный шельф мог смениться бездонной глубиной моря нестабильности. Но смельчаки продолжают свой путь и уже готовят опыты по синтезу еще более тяжелых ядер.

Другая группа исследователей воодушевилась выводами теории о том, что время жизни элементов, примыкающих к островам стабильности, может лежать в очень широком интервале значений: от сотни миллионов лет до микросекунд. Вернее, теоретики не могли сказать ничего определенного на этот счет.

Как только возникло предположение о сверхживучести гипотетических островитян, экспериментаторы тотчас сели на корабли и поплыли в Тихий океан… за ядрами сверхтяжелых элементов. Космические лучи от источников, находящихся где-то в центре Галактики, достигают нашей провинциальной солнечной системы примерно за 10⁵–10⁶ лет. Если в их состав входят и долгоживущие ядра сверхтяжелых элементов, то можно попытаться найти эти ядра на поверхности Земли. Общее число атомов тяжелых элементов, падающих на Землю, малó, поэтому имеет смысл исследовать лишь те объекты, в которых они могли накапливаться в течение долгого времени.