На Фабрике сверхтяжелых элементов проведены два эксперимента
На Фабрике сверхтяжелых элементов проведены два эксперимента
Этим летом на Фабрике сверхтяжелых элементов Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова ОИЯИ прошли два больших эксперимента: в результате одного из них был синтезирован новый изотоп химического элемента 110, итогом другого стала успешно проведенная подготовка к изучению химических свойств 112-го и 114-го элементов. О текущем положении дел на Фабрике рассказал ученый секретарь ЛЯР д. ф.-м. н. Александр Карпов.
После майских праздников стартовал и в середине июня был закончен эксперимент по получению нового изотопа 110-го элемента периодической системы дармштадтия (Ds). Исследование проводилось на газонаполненном сепараторе ядер отдачи DGFRS-II (Dubna Gas-Filled Recoil Separator), который был первым запущен на Фабрике СТЭ и на котором выполнялись все предыдущие эксперименты. Сепаратор DGFRS-II, запущенный в 2020 году, предназначен в основном для синтеза и изучения свойств радиоактивного распада сверхтяжелых элементов.
«В этом эксперименте мы впервые попробовали синтезировать изотопы 110-го элемента в реакции кальция-48 и тория-232. Дармштадтий – элемент не новый, однако ранее исследователи не пытались синтезировать эти ядра в реакциях с кальцием», – рассказывает Александр Карпов. Он добавил, что для 110-го элемента теория предсказывает локальный минимум стабильности: то есть как более легкие, так и более тяжелые элементы (вплоть до 115-го) должны получаться с большими сечениями (возможностью образования) и «жить» достаточно долго. Начиная со 116-го элемента, теория вновь предсказывает спад стабильности.
DGFRS-II
«Наш интерес был в том, чтобы «нащупать дно» стабильности и тем самым проверить теорию. Эта же теория применяется к предсказаниям свойств 119-го и 120-го элементов. В этом плане было важно подтвердить предсказания, чтобы более обоснованно ставить эксперименты уже по получению 120-го элемента», – пояснил ученый.
Эксперимент занял достаточно длительное время – около месяца. В предпоследний его день ученым удалось наконец получить важный результат: одно событие образования абсолютно нового изотопа 110-го элемента с массовым числом 276. «Очень маленькое сечение образования, очень низкие выживаемость и стабильность – это, в принципе, то, что мы ожидали из теории. Кроме того, в принципе новый изотоп 110-го элемента был получен. То есть помимо того, что мы сумели измерить столь малое сечение, что само по себе важно, а до Фабрики СТЭ было просто невозможно, мы сумели получить и новый изотоп 110-го элемента», – прокомментировал Александр Карпов. Он отметил, что это уже третий новый изотоп химических элементов, открытый на Фабрике СТЭ за полтора года ее работы.Второй летний эксперимент на Фабрике СТЭ проводился в качестве подготовки к планируемому на осень 2022 г. научному эксперименту по изучению химических свойств 112-го (коперниций, Cn) и 114-го (флеровий, Fl) элементов. Изучение «химии» 112-го и 114-го элементов войдет в годовой отчет ЛЯР по мегагранту Минобрнауки России.
Тестирование длилось в течение двух недель в первой половине июня и было проведено на атомах ртути. По словам Александра Карпова, с этим экспериментом связаны определенные сложности, так как часть команды исследователей, которая готовила оборудование и должна была участвовать, находится в Швейцарии и не могла приехать в Дубну. Поэтому на ученых и инженеров ЛЯР легли дополнительные обязанности по подготовке самого эксперимента и необходимого оборудования.
К середине июня пробный эксперимент был выполнен на только что запущенном в эксплуатацию втором сепараторе Фабрики – DGFRS-III. Сепаратор имеет два отвода: один для экспериментов по изучению ядерно-физических свойств и структуры сверхтяжелых ядер. Второй отвод предназначен для изучения химических свойств сверхтяжелых атомов.
DGFRS-III
В конце 2021 года были закончены монтаж и пуско-наладочные работы DGFRS-III и проведены первые тестовые эксперименты с пучком ионов 48Са. В феврале 2022 г. сам сепаратор был готов к рабочему режиму, однако вплоть до мая еще проходили подготовительные работы, связанные с его детектирующим оборудованием, включающего камеру сбора ядер отдачи, автоматизированную систему газового транспорта и хроматографический детектор, также решались другие технические вопросы.
«Мы выполнили на сепараторе очень важные тестовые эксперименты. Были получены результаты того, как тормозятся атомы тяжелых элементов в газе. К сепаратору подключается камера, наполненная газом. В ней летящие атомы должны останавливаться, становиться нейтральными, отрывая электроны от окружающих атомов газа, и потом уже нейтральные атомы должны транспортироваться к детекторам по тонкому капилляру. Вся эта система была собрана, и теперь мы определяем оптимальные ее параметры: смесь каких газов использовать, в каком соотношении должна быть эта смесь, какой глубины должна быть камера. Параметры камеры должны быть такими, чтобы атомы не «вбивались» в ее стенку, но и излишний объем нам тоже не выгоден. То есть необходимо придать ей минимальный рабочий объем», – сообщил Александр Карпов.
Сейчас Фабрика, как и все ускорители ЛЯР, остановлена на летние профилактические работы и будет вновь запущена в сентябре. В Лаборатории идет обработка результатов проведенных экспериментов, а подготовка к эксперименту по химии 112-го и 114-го элементов продолжится в сентябре. Александр Карпов подчеркнул, что в осеннем экспериментальном цикле основной упор будет сделан на подготовку и проведение экспериментов по изучению химических свойств сверхтяжелых элементов и на то, чтобы поставить планируемый эксперимент максимально эффективно.