Оганесон – как странный сон. Оганесян, оганесон и другие

Родился 14 апреля 1933 года в Ростове-На-Дону
Автор открытия нового класса ядерных реакций
Соавтор открытия тяжёлых элементов таблицы Менделеева
Научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова
Заведующий кафедрой ядерной физики университета «Дубна»
Профессор Университета г. Париж и Конан Университета (г. Кобе, Япония)
Иностранный член Сербской академии наук и искусств
Иностранный член Национальной Академии наук Армении
Почётный доктор Франкфуртского университета им. Гёте
Почётный доктор Университета Мессина
Академик РАН
В честь Оганесяна назван химический элемент оганесон периодической таблицы Менделеева
Специалист в области экспериментальной ядерной физики

Формула становления хорошего специалиста проста: не перезагружать себя одной лишь наукой и расширять интеллектуальное поле - посещать театры и кинотеатры, слушать хорошую музыку, интересоваться выставками и не терять ориентиров в жизни. Юрий Оганесян

Одним из самых значимых событий в истории российской науки стало присвоение в 2016 году новому, 118-му химическому элементу, названия оганесон (Oganesson), в честь Юрия Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Оганесян стал первым российским ученым (и вторым в мире, после Гленна Сиборга), чьим именем при жизни назван химический элемент.

Юрий Оганесян родился 4 апреля 1933 года в Ростов-на-Дону, в семье Цолака Оганесяна. В 17-летнем возрасте переехал в Москву для поступления в Московский архитектурный институт (МАРХИ), но в итоге сдал экзамены в Московский инженерно-физический институт (МИФИ).

После окончания ВУЗа Юрий Оганесян поступает в Институт атомной энергии. Проработав там два года, наш соотечественник внёс огромный самостоятельный вклад не только в реализацию оригинальных физических идей, но и в становление экспериментальной базы ускорителей.

В 1958 году Оганесян поступает в Лабораторию ядерных реакций (ныне им. Г. Н. Флёрова) Объединённого института ядерных исследований в Дубне, где работает по сей день. Являясь ближайшим учеником одного из отцов-основателей лаборатории Георгия Флерова, Юрий Оганесян проводит фундаментальные исследования механизма взаимодействия сложных ядер. Им было обнаружено и исследовано влияние ядерной структуры на коллективное движение ядер в процессах слияния и деления.

В 1960-70-х года Оганесян совместно с сотрудниками впервые в истории ядерных исследований проводит эксперименты по синтезу элементов с Z = 104-108. Для исследований предельно тяжёлых ядер Юрием Оганесяном были выбраны реакции слияния нейтронно-обогащённых изотопов актинидов с ускоренными ионами кальция-48. В этих реакциях в 1999-2010 годах были впервые синтезированы атомы с Z равными: 113 (2004 г.), 114 (1998 г.), 115 (2004 г.), 116 (2000 г.), 117 (2010 г.), 118 (2002 г.), свойства распада которых, а именно, значительное увеличение времени жизни (периода полураспада), доказывают существование «островов стабильности» в области сверхтяжёлых элементов.

Работая не покладая рук и совершая одно открытие за другим, наш выдающийся соотечественник становится соавтором открытия тяжёлых элементов таблицы Д. И. Менделеева: 104-го элемента (резерфордий), 105-го элемента (дубний), 106-го элемента (сиборгий), 107-го элемента (борий), синтезы которых были признаны научными открытиями и занесены в Государственный реестр открытий СССР.

В 2002 году Оганесян вместе с российскими и американскими коллегами осуществляет синтез ядер нового элемента. Результаты этих экспериментов были опубликованы в 2006 году. Элемент завершает седьмой период таблицы Менделеева, хотя на момент его открытия ещё оставалась незаполненной предыдущая, 117-я клетка таблицы - теннессин.

Команды учёных из Объединенного института ядерных исследований в Дубне (Россия) и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США), участвовавшие в открытии нового элемента, предложили название оганесон и символ Og, в честь Юрия Оганесяна. 28 ноября 2016 года ИЮПАК утвердил название «оганесон» для 118-го элемента.

Юрий Оганесян продолжает читать лекции и выступать перед молодыми учеными всего мира. Являясь иностранным членом Национальной Академии наук Армении, он часто посещают свою историческую родину, делится научным опытом и удивляет соотечественников познаниями в совершенстве армянского литературного языка.

Подпишитесь на сайт, поставив лайк на официальной странице в Facebook (

Одним из значимых событий в истории российской науки стало присвоение в 2016 году новому, 118-му химическому элементу названия оганесон в честь признанного мирового лидера в области синтеза сверхтяжелых элементов академика Юрия Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований в подмосковной Дубне. Оганесян стал первым отечественным ученым, чьим именем при жизни назван химический элемент. Тогда же название московий в честь Подмосковья как места расположения ОИЯИ было присвоено 115-му элементу.

Как подчеркивают ученые, о прикладной роли сверхтяжелых элементов в обозримом будущем речь не идет, это передовая фундаментальная наука. Но уже нашла практическое применение техника, созданная для синтеза новых элементов, - например, в ОИЯИ действует единственный в России центр, где в интересах Роскосмоса тестируется электроника для спутников на предмет устойчивости к космической радиации.

О том, почему новые химические элементы могут обладать необычными свойствами и потому не подчиняться периодическому закону Менделеева, какая уникальная техника в Дубне поможет их искать, и о предстоящем в Москве торжестве в честь 115-го и 118-го элементов Юрий Оганесян рассказал в интервью специальному корреспонденту РИА Новости Владимиру Сычеву.

Юрий Цолакович, насколько неожиданным стало решение присвоить 118-му элементу ваше имя и какие эмоции оно у вас вызвало?

По существующим правилам, названия вновь синтезированных химических элементов могут предлагать только авторы их открытия. Поэтому название 118-го элемента предложили совместно мои товарищи по работе в Дубне и коллеги из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса США, с которыми мы проводили эксперимент по синтезу. Это предложение было в июне прошлого года принято Международным союзом чистой и прикладной химии - IUPAC. После этого прошло пятимесячное обсуждение, и 29 ноября названия элементов были утверждены окончательно. Я благодарен коллегам за такую высокую оценку моей работы.

- Большие торжества были по этому поводу?

Главное торжественное мероприятие еще впереди. 2 марта в Москве в Центральном доме ученых Российской академии наук состоится своего рода инаугурация новых элементов - по традиции, она проводится всегда, когда новому элементу присваивается название, так же как новорожденному дается имя.

На "инаугурацию" 115-го и 118-го элементов будут приглашены и руководители нашей науки, и губернатор Московской области, президенты Международного союза чистой и прикладной физики, Международного союза чистой и прикладной химии, руководитель отдела ядерной физики министерства энергетики США, директора Ок-Риджской и Ливерморской национальных лабораторий США, ведущие ученые США, Германии, Японии, Франции.

Я только что был в США на "инаугурации" 117-го элемента - тенессина, названного в честь штата Теннеси. Это один из наших совместных с американскими партнерами элемент. На 14 марта я приглашен в Токио, где пройдет "инаугурация" 113-го элемента - нихония, получившего свое название в честь Японии.

Что движет учеными, ищущими новые элементы? И что вам принесло наибольшее удовлетворение - открытие "острова стабильности" сверхтяжелых элементов, впервые получившийся синтез элемента или что-то еще?

Из того, что мы знаем о ядерных силах, фундаментальным следствием наших знаний было предсказание возможности существования "острова стабильности" сверхтяжелых элементов.

Один из ключевых научных вопросов - где находится граница нашего мира и в этом плане возможное количество химических элементов.

Если переходить от элемента с порядковым номером 92 - урана - к элементу номер 102, нобелию, период полураспада их ядер стремительно уменьшается - от 4,5 миллиарда лет до считанных секунд. Поэтому физики полагали, что продвижение в сторону еще более тяжелых элементов приведет очень быстро к пределу их существования и фактически обозначит границу существования материального мира.

Но в конце 1960-х годов теоретики выдвинули гипотезу о возможном существовании сверхтяжелых элементов. По их расчетам, время жизни ядер элементов с номерами 110-120 должно было существенно возрастать. Эти "долгожители" создают целую область гипотетических элементов, которую называют "островом стабильности" и которая значительно отодвигает ранее обозначенные пределы существования химических элементов.

Экспериментальная проверка этой гипотезы была серьезным экзаменом на предмет того, правильно ли мы понимаем природу ядерных сил. И теперь мы можем говорить, что этот трудный экзамен выдержан. И это я считаю наиболее важным, фундаментальным результатом нашей работы.

Теперь можно идти дальше и выяснять, а не единственный ли это "остров стабильности", может быть, есть еще "острова", состоящие из еще более тяжелых элементов. Таким образом, наш материальный мир не кончается просто уходом в "море нестабильности", как мы его называем, а имеет продолжение в виде "островов".

Как вам в Дубне удалось обеспечить этот прорыв? Ведь поначалу синтез сверхтяжелых элементов был под вопросом?

Это долгий разговор. Не было палочки-выручалочки, с помощью которой можно было одним махом исправить ситуацию. Да, нам в свое время пришлось очень нелегко. Долгое время никому в мире не удавалось синтезировать ни одного сверхтяжелого элемента. Причин могло быть только две - или не смогли, или гипотеза об их существовании несостоятельна.

Поэтому поднимать флаг синтеза сверхтяжелых элементов в тяжелые для страны 90-е годы, после безуспешных попыток решения этой задачи крупнейшими ядерными центрами мира, было, прямо скажем, совсем не ко времени. Но именно в этом особенность научного поиска - что он может не зависеть от внешних обстоятельств, будучи в своей сути не материальной, а чисто творческой субстанцией.

В какой-то момент мы поняли, что надо целиком изменить подход к решению задачи и значительно усложнить схему эксперимента. И, почувствовав веру в новый метод, несмотря на все трудности, выбрали этот сложный вариант. В итоге на нашем ускорительном комплексе У-400 в Дубне в течение 15 лет именно этим методом были синтезированы шесть новых элементов - от 113-го до 118-го.

Если использовать уже официальное название 118-го элемента, то в Дубне был синтезирован его изотоп оганесон-294. Сейчас в Лаборатории ядерных реакций идут работы по синтезу более тяжелого изотопа 118-го - оганесона-296 при том, что в планах - синтез следующего, 119-го элемента. Зачем понадобилось делать своего рода шаг вбок? Или у 118-го элемента есть что-то такое, что требует дополнительных проверок?

Правильный и интересный вопрос. Я думаю, что 118-м нам придется заниматься еще очень долго, и вот почему.

Возникает вопрос: являются ли вновь синтезированные сверхтяжелые элементы нормальными химическими элементами? Повторяют ли они свойства своих легких гомологов? Вписываются ли они в таблицу Менделеева в предсказанные им клетки? Ответ пока неясен. И поиск ответа на этот вопрос я бы назвал задачей номер один для дальнейшей работы.

По мере того как мы продвигаемся ко все более тяжелым элементам, может (а скорее всего, и будет) меняться их химическое поведение. Произойдет это вследствие того, что по мере увеличения заряда ядра квадратично растет энергия вращающихся вокруг него электронов. Скорость наиболее близких к ядру так называемых К-электронов постепенно приближается к скорости света. И, согласно теории относительности, возникают так называемые релятивистские эффекты, ведущие к изменению электронной структуры атома. Изменяются также энергия связи, квантовые характеристики последнего электрона, который определяет химические свойства данного элемента.

Возьмем самый тяжелый из ныне синтезированных элементов - 118-й. Согласно периодическому закону, он должен быть благородным газом. Но будет ли он таковым? Если окажется, что нет, то это будет означать конец периодичности или предел применимости этого закона. Тогда не исключено, что уже на 118-м элементе мы сможем увидеть его "выход" из своей клетки в таблице Менделеева.

Естественно, что последующие, более тяжелые элементы тем более будут вести себя не так, как предсказывает периодическая система. Поэтому мы остро озабочены этой проблемой. К сожалению, химические исследования известного нам изотопа 118-го элемента представляют большие трудности в силу его короткого времени жизни, составляющей около одной миллисекунды. Поэтому мы пытаемся получить другие, более долгоживущие изотопы 118-го элемента. Эти эксперименты уже начались.

- Как они идут?

Наши американские коллеги смогли наработать в ядерном реакторе нужное количество более тяжелых изотопов 98-го элемента - калифорния с массой 250 и 251. Из смеси изотопов калифорния была впервые в мировой практике изготовлена мишень, которую доставили в Дубну. Мишень уже облучалась длительное время пучком ядер кальция-48.

Не входя в подробности, можно сказать, что по всем параметрам мы достигли запланированного уровня чувствительности эксперимента. По результатам этого полномасштабного облучения, после дополнительной доработки мишени, которая сейчас проводится в Ок-Риджской Национальной лаборатории, она вновь прибудет в Дубну в мае. Всю вторую половину этого года будет продолжено ее облучение пучком кальция-48.

Наряду с этим интерес и усилия теоретиков в настоящее время нацелены на расчеты электронной структуры 118-го элемента. Это уже начало исследований сверхтяжелых атомов.

Сейчас в ОИЯИ идет строительство нового уникального экспериментального комплекса - "Фабрики сверхтяжелых элементов". Как она поможет в ваших новых поисках?

Все наши исследования, связанные с синтезом сверхтяжелых элементов, весьма трудоемки. Мы счастливы, когда в результате синтеза получаем один желанный атом в день. Мы чувствуем себя еще бодро, когда получаем один атом в неделю. 118-й элемент получался по одному атому в месяц!

Вместе с тем приобретенные знания о реакциях синтеза сверхтяжелых элементов и свойствах их радиоактивного распада, а также прогресс в смежных науках и новые возможности современной техники позволяют принципиально поднять эффективность нашей работы в сто раз! Эти возможности будут реализованы в "Фабрике сверхтяжелых элементов".

Здание готово в такой степени, что в нем уже идет монтаж нового, более мощного ускорителя ДЦ-280. Мы планируем его пуск на конец нынешнего года.
Затем нам понадобится еще год, чтобы все проверить в работе, оттестировать аппаратуру, провести контрольные опыты, и тогда первый полноценный эксперимент мы сможем поставить уже в конце 2018 года.

- А какой эксперимент планируется на новой установке в качестве пилотного?

Интересных экспериментов несколько - нам есть из чего выбрать. До пуска "Фабрики" мы попытаемся синтезировать упомянутые выше тяжелые изотопы 118-го элемента, чтобы окончательно выбрать ту задачу, которая будет первой решаться на новом ускорителе. Но в целом у "Фабрики" будет широкая программа. В программу, конечно, войдет синтез 119-го и 120-го элементов. Когда наши зарубежные коллеги в марте приедут на "инаугурацию" новых элементов, мы отправимся прямо на следующий день в Дубну для обсуждения ближайших планов наших совместных работ.

Был создан на основе Соглашения, подписанного 26 марта 1956 г. в Москве представителями правительств одиннадцати стран-учредителей, с целью объединения их научного и материального потенциала для изучения фундаментальных свойств материи. 1 февраля 1957 г. ОИЯИ был зарегистрирован ООН. Институт расположен в Дубне, в 120 км от Москвы. Сегодня Объединенный институт ядерных исследований является всемирно известным научным центром, в котором фундаментальные исследования (теоретические и экспериментальные) успешно интегрированы с разработкой и применением новейших технологий и университетским образованием. Рейтинг ОИЯИ в мировом научном сообществе очень высок. Членами ОИЯИ являются 18 государств. На правительственном уровне заключены Соглашения о сотрудничестве Института с Арабской Республикой Египет, Венгерской Республикой, Федеративной Республикой Германией, Итальянской Республикой, Республикой Сербией и Южно-Африканской Республикой.

Юрий Цолакович Оганесян – выдающийся советский и российский ученый, специалист в области экспериментальной ядерной физики, академик РАН, научный руководитель лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.

Юрий Оганесян – автор фундаментальных исследований механизмов взаимодействия сложных ядер. Им было обнаружено и исследовано влияние ядерной структуры на коллективное движение ядер в процессах слияния и деления, он является автором открытия нового класса ядерных реакций – холодного слияния массивных ядер (1974 год), широко используемых до последнего времени в различных лабораториях мира для синтеза новых элементов.

Юрию Оганесяну принадлежат основополагающие работы по синтезу новых элементов на пучках тяжелых ионов. В 1999-2010 годах группой ученых под его руководством были впервые синтезированы самые тяжелые элементы с атомными номерами 113 (2003 год), 114 (2000 год), 115 (2003 год), 116 (2000 год), 117 (2010 год), 118 (2002 год). Свойства распада новых элементов, а именно энергия распада и значительное увеличение их времени жизни (периода полураспада), доказывают существование так называемых «островов стабильности» в области сверхтяжелых элементов.

Сегодня стало известно, что Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) внесет в периодическую таблицу четыре новых элемента с атомными номерами 113, 115, 117 и 118, названных в честь Японии, американского штата, Московской области и академика Юрия Оганесяна. В связи с этим мы решили вспомнить интервью с выдающимся ученым, которое в прошлом году вышло на страницах нашего журнала.

Юрий Цолакович, как же открываются новые сверхтяжелые элементы?

Здесь уместным было бы короткое введение. Лучше для начала попытаться ответить на вопрос: сколько может существовать элементов в принципе, где пределы таблицы Менделеева?
Вопрос этот относится к одной из фундаментальных проблем современной науки, а может быть и не только современной. Ведь люди всегда интересовались вопросами мироздания и пытались понять, где границы материального мира.

Если отбросить очень древние и наивные представления о мире, который покоится на трех китах или трех слонах, то ответ искать нужно в структуре материи.

Нам известно, что атом состоит из ядра, вокруг которого на большом расстоянии вращаются электроны. Если это атом водорода – то он имеет заряд единицу (то есть протон) и один электрон. Если это уран – самый тяжелый элемент в земле, то у него 92 протона и, соответственно, 92 электрона.

Подобную композицию предложил и продемонстрировал экспериментально еще в 1911 году Резерфорд, а в 1913 году великий Нильс Бор рассчитал атом водорода. С тех пор эту теорию называют планетарной моделью атома: ядро – это «Солнце», а электроны – «планеты» Солнечной системы.

Согласно планетарной модели, электроны вращаются от ядра на расстоянии в 100 тысяч раз большем, чем размер ядра. Если ядро – это футбольный мяч, который мы держим в руках в Дубне, то орбиты электронов проходят где-то в Москве (расстояние по прямой между Москвой и Дубной составляет примерно 114 км – NS). Первый вопрос – насколько устойчива эта конструкция? До каких атомных номеров она работает? Оказалось, что модель очень устойчива, она работает до атомного номера 174 или 176.

А что произойдет, если наращивать заряд ядра?

С точки зрения квантовой электродинамики, при очень большом заряде ядра произойдет коллапс – грубо говоря, электрон упадет на ядро. Если рассматривать этот процесс шире, то надо углубиться в эту науку и рассматривать структуру вакуума.

Согласно квантовой электродинамике, наш мир существует в некоем вакууме, нейтральном, но отнюдь не «пустом». Он заполнен электронами и антиэлектронами (позитронами). Лишь в определенном диапазоне энергий, равном двойной энергии покоя электрона, может существовать планетарная конструкция атома. Когда же мы подходим к критическому электрическому полю, возникающему от заряда в 174-176 единиц, происходит распад вакуума. Из нейтрального атома вылетает электрон, который садится на орбиту атома и тем самым понижает его заряд на единицу, в то время как вылетевший позитрон вновь приводит вакуум в нейтральное состояние. К сожалению, мы далеки от этого предела; существование атома прекращается значительно раньше из-за нестабильности самого ядра.

Поэтому вопрос о границах окружающего нас материального мира должен быть перенесен из атомной физики в ядерную.

Тогда вопрос ставится по-другому: какие силы удерживают протоны и нейтроны в ядре и на какое количество протонов и нейтронов их хватит по мере роста массы и размера ядра?

К сожалению, по большому счету природа этих сил нам неизвестна. Чтобы как-то продвинуться дальше, нам надо хотя бы предположить, что представляет собой ядерная материя. И это предположение впервые сделал в 1928 году наш гениальный соотечественник, физик-теоретик Георгий Антонович Гамов. Тот факт, что ядра обладают громадной плотностью, несжимаемы, имеют хорошо выраженную, почти сферическую форму, натолкнули его на мысль о том, что ядро похоже на каплю заряженной жидкости. Он родоначальник так называемой капельной модели ядра. Капельная модель совершила прорыв в познании ядра и ядерных превращений. В том же 1928 году на основе этой модели Гамов создал теорию альфа-распада, обнаруженного впервые Беккерелем еще в 1896 году.

Когда в 1939 году Ганом и Штрассманом в Берлине было открыто деление урана под действием нейтрона, Нильс Бор и Джон А. Уиллер, на основе модели жидкой капли, описали этот сложный процесс разделения ядра на две части.

Согласно Бору и Уиллеру, от деления уран предохраняет потенциальный барьер высотой около 6 мегаэлектронвольт (МэВ). Захват нейтрона повышает энергию ядра примерно на 6 МэВ, в результате чего деление урана становится энергетически возможным.

Впервые спонтанное деление урана было обнаружено в 1939 году молодыми физиками Константином Петржаком и Георгием Флёровым, работавшим в то время под руководством Игоря Курчатова в Ленинградском физико-техническом институте. Сначала эксперименты проводились в лаборатории, затем, для исключения фона космических лучей, на станции метро «Динамо» в Москве, в 1940 году. Эксперимент дал величину периода полураспада урана относительно спонтанного деления 1016 лет! Действительно редкий процесс, но примерно в миллион раз более вероятный, чем предсказывала теория. Теперь перейдем к ядрам тяжелее урана.

Если в ядро урана-238 добавить, скажем, два протона, то масса ядра изменится всего лишь на 0,8%, в то время как кулоновские силы, растягивающие ядро, возрастут более чем на 4%. Это увеличивает вероятность деления 94-го элемента – плутония-240 по отношению к урану-238 в 100 тысяч раз! Нетрудно видеть, что столь сильное падение стабильности ядра из-за понижения высоты его барьера деления очень быстро приведет к столь малому времени жизни, что понятие атома потеряет смысл: ядро распадется раньше, чем вокруг него возникнут электронные орбиты. По теории, без барьера деления ядро поделится на два осколка за время около 10-19 секунды! По сути же, это и есть предел существования ядер, а значит, атомов и химических элементов. И этот предел наступает для элементов второй сотни.

Следует отметить, что после окончания Второй мировой войны, когда были построены ядерные реакторы, в которых нарабатывался плутоний, а также более тяжелые элементы, вплоть до 100-го – фермия-257, предсказания модели получили блестящее подтверждение. Дальнейшие работы по синтезу элементов с атомными номерами 101, 102, 103 и 104, полученные на ускорителях тяжелых ионов, еще раз подтвердили предсказания капельной теории. От урана (92-го элемента) до резерфордия (104-го элемента) период полураспада ядра относительно спонтанного деления уменьшился почти в 1026 раз!

Такая ситуация продолжалась до 1962 года. Именно тогда мы – в том числе и ваш покорный слуга – пытались продвинуться дальше, до 104-го элемента. Понимая при этом, что шансов его получить нет практически никаких – из-за его исключительно короткого времени жизни. По крайней мере, так казалось тогда.

Проведя эксперимент, мы обнаружили нечто очень похожее на то, что искали, – ядра, которые распадались за миллисекунду, тысячную долю секунды. Этот вызвало определенную радость, но затем мы сами поняли, что никакого отношения к 104-му элементу все это не имеет.

А к чему же тогда?

Оказалось, что мы имели дело с 95-м элементом, который был так же хорошо известен, как и период полураспада его спонтанного деления – 10^14 лет. Как может быть, что у одного и того же ядра деление может иметь два столь различных периода полураспада: 10^14 лет и 14 миллисекунд? Оказалось, что это не случайность. В распаде других ядер наблюдалась подобная картина. Остановились на уране, у которого, кроме измеренного ранее периода полураспада 10^16 лет, был обнаружен и короткий период спонтанного деления – 0,3 микросекунды.

Здесь стоит оговориться: если система испытывает один и тот же тип распада с разной вероятностью, то это означает, что у этой системы сам распад происходит из двух разных состояний. У урана, например, из одного – с периодом полураспада 10^16 лет, из другого – 0,3 микросекунды.
В классической капельной модели такого не может быть. Капля не может иметь два состояния по определению. Она имеет либо сферическую форму, либо в результате растяжения (деформации) делится на два осколка – тоже сферических. Не может кап­ля растянуться, потом подождать немного и продолжать растягиваться дальше.

Тогда надо думать, что ядро – это не капля или не совсем капля. Но это обстоятельство многое меняет. Считалось, что если барьер исчезнет, то ядро разделится на две части за исключительно короткое время (10 -19 секунд). А обнаружилось, что барьер двугорбый – и тогда надо рассматривать два предела, для первого и второго барьера. Оказывается, при переходе от урана к трансурановым элементам с ростом атомного номера сильно уменьшается второй горб (второй барьер), в то время как высота первого горба (или первого барьера) практически не меняется. И если мы пойдем еще дальше, то при определенном количестве протонов и нейтронов в очень тяжелом (сверхтяжелом) ядре барьер может быть даже большим, чем у урана.

И период полураспада может быть не тысячные доли секунды, а часы, дни, годы и даже миллионы лет.

Это «озарение» в теории атомных ядер пришло в конце 1960-х. Появилась микроскопическая теория, которая учитывала внутреннюю структуру ядра.
Выяснилось, что при определенном числе протонов и нейтронов в ядре появляются дополнительные силы, повышающие энергию связи всех частиц в ядре. Это так называемые магические числа. Для протонов 2 – это гелий, 8 – кислород, 20 – кальций, 28 – никель, 50 – олово и 82 – свинец. Для нейтронов те же числа и еще 126.

Поэтому если протонов 82 (свинец), а нейтронов 126, то это дважды магическое ядро. По предсказаниям новой теории, следующее магическое число – 114 протонов и 184 нейтрона. И такое ядро может обладать огромной стабильностью.

В отличие от капельной (классической) теории, исключающей возможность существования ядер с атомными номерами более 100, здесь, наоборот, у элемента 114 и его соседей ожидается громадная стабильность по отношению к более легким элементам.

Но это предсказание требовало экспериментальной проверки. Неудивительно, что многие группы исследователей из передовых ядерных центров мира в течение последующих пятнадцати лет потратили большие усилия на синтез сверхтяжелых элементов.

В условиях лаборатории синтез сверхтяжелых элементов оказался весьма сложным делом. Все попытки получить сверхтяжелые ядра в ядерных реакциях разного типа не привели к результату.

Нужно было найти новый подход к решению проблемы и значительно поднять чувствительность эксперимента. Потратив более пяти лет на подготовку, мы только к 2000 году смогли поставить новые эксперименты с чувствительностью в 500 раз большей, чем все предыдущие попытки синтеза сверхтяжелых элементов.

Как вам удалось изыскать финансирование в такие тяжелые для нашей страны времена? Получить у правительства деньги на ускоритель, открытие сверхтяжелых элементов – все это нужно было как-то обосновать.

Время было и вправду не лучшее для науки. Задерживали зарплату, ввели жесткие лимиты на электроэнергию и пр. Мы решили существенно сократить фронт исследований, выбрать одну достойную задачу и все ресурсы направить на ее решение.
В первых экспериментах, начатых в 1999 году, мы почувствовали, что находимся на новом уровне возможностей. А в 2000 году впервые наблюдали распад 116-го и 114-го элементов – три раза с совершенно одинаковыми параметрами. Со стороны это казалось невероятным, и нам тогда мало кто поверил. Да и потом долго не верили, пока в 2007 году не повторили наши эксперименты и увидели, что все получается. На самом деле мы очень сильно усложнили эксперимент. В погоне за избытком нейтронов в сталкивающихся ядрах мы должны были взять не естественные элементы, а искусственные, которые нарабатываются в ядерных реакторах методом захвата нейтронов (поэтому в них максимальный избыток нейтронов). Это изотопы плутония (94 элемент), америция (95-ый), кюрия (96-ой), берклия (97-ой), калифорния (98-ой). Из них изготавливается мишень.

А в качестве снаряда мы выбрали кальций-48. Основной изотоп кальция имеет массу 40. Он состоит из 20 протонов и 20 нейтронов. Но естественный кальций содержит в количестве 0,19% изотоп кальций-48 (20 протонов и 28 нейтронов). Выделить его из естественной смеси изотопов кальция чрезвычайно сложно. Один грамм кальция-48 стоит 250 тысяч долларов!

Но в реакции слияния нейтронно-избыточного ядра плутония с массой 244 (мишень) и ядра-снаряда кальция-48 получается новое ядро суммарной массы 292, которое содержит 114 протонов и 178 нейтронов. Это ядро попадает в акваторию, где, по предсказаниям, находится остров стабильности, и в его дальнейшей судьбе это обстоятельство будет играть большую роль. После его охлаждения, посредством испускания нескольких нейтронов, ядро 114-го элемента начнет испытывать радиоактивный распад. Если справедливы теоретические предсказания о большой стабильности сверхтяжелых ядер к спонтанному делению, то ядро 114-го элемента не поделится, а испустит альфа-частицу (ядро гелия) и перейдет в ядро 112-го элемента. История теперь повторится с дочерним ядром. После альфа-распада оно перейдет в ядро 110-го элемента и т. д. До тех пор, пока мы не выйдем за пределы острова стабильности. Ибо за его пределами нас ожидает спонтанное деление. Поэтому вся эволюция представляет собой радиоактивное семейство в виде цепочки альфа-распадов, которая берет начало у сверхтяжелого ядра и кончается спонтанным делением. В эксперименте в распаде некоторых ядер можно увидеть пять, шесть и даже семь поколений этого семейства. Таким образом, мы синтезировали шесть самых тяжелых элементов таблицы Менделеева с атомными номерами от 113-го до 118-го включительно.

Изначально, как мы помним, существовала лишь капельная модель, никаких островов не было. Потом выяснили, что в ядре есть структура, которая остается при его деформации. И могут существовать так называемые двугорбые барьеры. Так появилась теория об островах стабильности.
Не исключено, что обнаруженным островом в начале второй сотни дело и ограничится, и больше островов просто нет. Но не исключено также, что изменения свойств ядерной материи при больших массах и зарядах, нам пока не известных, могут привести к явлениям, подобным ядерным оболочкам, о которых мы ведем речь.

Ценность ваших экспериментов – поиска сверхтяжелых элементов, островов стабильности – для фундаментальной науки неоспорима. Однако можно ли сейчас что-нибудь сказать о практическом применении результатов этих исследований?

Это интересный вопрос, но тут следует кое-что прояснить. Мне кажется, что в настоящее время появление этого вопроса говорит о неправильном понимании ситуации. Мы живем в тот век, когда научно-технический прогресс очень многое определяет – нашу жизнь, приоритеты и вообще вектор развития общества. Наука должна познать природу, чтобы получить верное представление о ней и узнать, как можно использовать ее ресурсы.
Однако движение к научной цели – это не столбовая дорога. Скорее наоборот – бесконечное попадание в тупики. Это объяснимо. Вы имеете дело с неизвестным, хотите мысленно себе это представить, строите разные модели, гипотезы. На пути к этому приходится решать много практических задач, и это – самое ценное. Очень часто именно таким образом и открывается неожиданная практическая польза, о которой вы говорите.

По какому принципу называются новые химические элементы?

Я могу рассказать, как принято – другой порядок меня бы самого не устроил. Называют либо в честь планет – уран, нептуний. Либо в честь ученых, чтобы увековечить память о великих людях – кюрий, фермий, менделевий. Наш 114 элемент назван флеровием. А еще называют в честь мест, где проходила научная работа. В открытии элементов ведь задействовано огромное число людей, и не только ученых. К примеру, 105 элемент – дубний был назван в честь Дубны.

Как вы можете оценить состояние современной российской науки – сильно ли она сдала после распада СССР? Есть ли огни надежды, улучшается или ухудшается ситуация? Как вы относитесь к реформе РАН?

Наука как таковая – российская или нероссийская – была, есть и будет всегда. В ее основании лежит одна из ключевых черт человеческой натуры – любознательность, которая издавна заставляла людей разбираться, как устроен окружающий нас мир.
Поэтому наука имеет живое начало. Вспомним средние века: эпидемии, войны, инквизиция, различные катаклизмы. Но здесь же вспомним и университеты, которые донесли до нас основы знаний. Люди способны и будут заниматься наукой, несмотря ни на какие жизненные трудности.

В разные эпохи, впрочем, это происходило по-разному. Например, чем объяснить, что расцвет науки пришелся на время инквизиции, когда люди шли на костер ради своих научных идей?..

Да и в нашей стране научными исследованиями занимались даже в тюрьмах – сходите в Петропавловскую крепость, зайдите в камеры. Арестанту давали книги и пищу – и этого было достаточно, чтобы заниматься наукой. Конец Гражданской войны, вездесущий голод, холод. Но именно в это время появились блестящие научные школы – в Ленинграде, в Москве. Такой же расцвет произошел в искусстве и литературе. Даже теперь сложно представить, что тогда в России мог быть такой всплеск науки, искусства, кинематографа, но ведь это было!

Что касается современной российской науки, то она далеко не в лучшей форме. Реформа РАН оказалась неудачной. Может, она и была нужна, но не такая реформа, какую получили. Однако делать из этого трагедию тоже не стоит. В науку надо погружаться целиком, и заниматься ею надо с полной отдачей своих сил и способностей. Печально, что правительство не может осознать, что вложения в науку так же важны, как и вложения в защиту Родины, в экономику.

Каково ваше отношение к Нобелевской премии, ведь именно вас чаще всего называют наиболее вероятным кандидатом на ее получение от нашей страны в ближайшие годы?

Представьте себе: некто работает, проводит эксперименты, пишет научные работы, иногда удачные, иногда не очень. А тут вам звонят и говорят, что вам присудили премию. Приятно, конечно. Но, согласитесь, это уже постфактум. Самое главное в любой работе – результат, то, что вы ее сделали.
Поэтому никогда не стоит путать премию и работу. Истинный результат, если угодно – достижение, и как оно оценивается. Вы не найдете никогда полного соответствия между этими двумя понятиями, и было бы, вероятно, скучно, если бы оно было.

А у нас очень часто ставят оба эти понятия – достижения и премию – на один уровень. Говорят: вот вы это сделали, а где ваша премия? А может быть, что-то не так?

Я не сомневаюсь, что люди, которые получают Нобелевскую премию, действительно ее достойны. Они работали, получили замечательные результаты – каждый в своей области. Но это не значит, что каждого, кому ее не присудили, нужно спрашивать: «А почему вас забыли?» Просто к этому стоит относиться спокойно.

Эта премия постепенно стала ориентиром в мире научных достижений. Это, быть может, и неплохо, но не надо искать здесь каких-то невидимых факторов. Просто одни люди оценивают работу других людей. В этом контексте интересно вспомнить о том, как долго не давали премию Эйнштейну. В конце концов, ему дали ее за открытие фотоэффекта – явления, которое не связано с его великой теорией относительности. Из наших соотечественников мы можем вспомнить Дмитрия Ивановича Менделеева, Георгия Антоновича Гамова и многих других. Да мало ли талантливых людей на свете!

— Борис Николаевич, как присваивают названия новым элементам? Почему в новостях по нескольку раз появляются сообщения о том, что элементы названы, а потом все меняется или откладывается?

— На самом деле, это издержки работы СМИ. Процесс всегда одинаковый: сначала названия обсуждаются в институтах-открывателях, потом авторы совместно заявляют о предложенных вариантах. В данном случае это произошло в декабре прошлого года. Потом наименования рассматривает ИЮПАК (Международный союз чистой и прикладной химии, IUPAC — прим. «Чердака» ), и сейчас они как раз от своего имени их опубликовали, представили на суд общественности. Сейчас будет некий период ожидания, когда все могут высказать свои соображения или возражения: возможно, название неблагозвучно на каком-то из языков либо в науке уже присутствует аналогичный термин. Если таких возражений не поступает в течение полугода, ИЮПАК утверждает название. Мы ожидаем утверждения осенью, тогда и у нас в Дубне, и в Калифорнии, и в Японии будет большой праздник.

— Как появились названия «московий» и «оганесон»?

— С московием главная мысль была о том, чтобы увековечить в таблице Менделеева землю московскую. Это не значит Москву или Московскую область, это как бы Московия в старинном понимании этого слова. А насчет названия «оганесон» у нас в лаборатории было не то чтобы напряженное, но эмоциональное обсуждение. Мы все очень уважаем нашего научного руководителя Юрия Цолаковича Оганесяна, его вклад в синтез сверхтяжелых элементов признан во всем мире. А он, как скромный человек, сказал, что не то чтобы не поддерживает такое наименование, но не хочет участвовать в обсуждении. Поэтому во время этого совещания из зала вышел. Остальные авторы единодушно решили назвать элемент в честь Оганесяна. Этот элемент должен обязательно был оканчиваться на «‑он», потому что по правилам названия он попадает в такой период, где должно быть такое окончание. Так и получился «оганесон». Мы думали, что будут сложности с американскими коллегами, которые могли предложить и свое название, но они сразу поддержали эту инициативу. Более того, они сказали, что если бы мы не предложили это название, они сами бы это сделали.

Электронные конфигурации 118-го элемента, унуноктия и 113-го элемента, унунтрия. ИЮПАК предложил их назвать оганесоном и нихонием. Изображение: Pumbaa / Wikipedia

— А как все-таки быть со 113-м элементом?

— Это давние споры. Наши коллеги открыли 113-й элемент в прямой реакции, а мы его открывали как продукт распада 115-го элемента. Международная комиссия решила отдать первенство им.

— Как «встречают» новые название элементов?

— У нас в Москве проходит инаугурация. Как в прошлый раз, когда в 2012-м были названы официально 114-й элемент — флеровий, 116-й элемент — ливерморий. Это та же коллаборация делала, те же физики. Было большое собрание в Доме ученых, в Академии наук, в Москве. Приезжали со всего мира ведущие ученые, по этому поводу были выпущены памятные медали.

— Как происходит синтез сверхтяжелых элементов?

— Для того чтобы получить сверхтяжелые ядра, мы облучаем мишень из специально подобранного тяжелого элемента ионами кальция-48. Это очень редкий изотоп, его в природном кальции всего две десятых процента, но он стабильный, и в нем очень много «избыточных» нейтронов. Для сравнения: масса «обычного» изотопа кальция — 40. Зачем это нужно? Стабильность — понятно, сильно сложнее контролировать реакцию с радиоактивным изотопом, который распадается, дает другие элементы. Мы разгоняем кальций-48 в ускорителе и направляем на мишень, где протекает ядерная реакция. Изначально образуются «горячие» ядра, которым нужно испустить «лишние» нейтроны, для того чтобы стабилизироваться. Вот для этого нужен «избыточный» изотоп.

Цепочка синтеза выглядит следующим образом: ускоритель с кальцием-48, облучение мишени, затем сепаратор — что-то вроде сита, которое отделяет интересные нам объекты от потока частиц, образующегося при бомбардировке мишени: синтез сверхтяжелых элементов — редкое явление, в основном там протекают другие, фоновые процессы. И наконец, — детектор, который регистрирует образовавшиеся сверхтяжелые ядра.

— Как в Дубне начались эти работы?

— Инициатива исходила от первого заведующего нашей лабораторией Георгия Николаевича Флерова. В 1961 году построили и запустили первый в мире специализированный ускоритель для тяжелых ионов У-300. На нем пытались синтезировать новые элементы, и очень успешно: один из элементов был назван именем Дубны — «дубний». Он был добыт на У-300.

Циклотрон У-300 в Объединенном институте ядерных исследований, 1976 г. Фото: Юрий Туманов / ИТАР-ТАСС

— Вы как раз заведуете этим ускорительным комплексом?

— Сейчас — да. А в тот момент главным инженером лаборатории был Юрий Цолакович Оганесян. Именно он руководил строительством циклотрона У-300. Разработан ускоритель был в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова в Ленинграде (НИИ электрофизической аппаратуры). На тот момент это был единственный специализированный институт, который мог выпускать ускорители. Сам ускоритель весит 2000 тонн, привезти его из Ленинграда в Дубну была отдельная инженерная задача.

— А как появился У-400?

— Он заработал в 1978 году. Но этому предшествовала довольно длинная история. Работа У-300 признали успешной, но интенсивность, которую он давал, была по нынешним меркам совсем маленькая. Более тяжелые элементы на нем получать было нельзя. Когда это поняли, поставили задачу сделать новые, специализированные ускорители для ускорения кальция-48. Когда мы начали эти опыты, весь кальций, который был в Советском Союзе, передали к нам в лабораторию для проведения этого эксперимента. И сейчас мы используем изотоп отечественного производства. Правда, на тот момент мы использовали его без всякого обогащения. Сейчас мы используем кальций с 60% обогащения — наши ускорители сегодня позволяют получать хорошую интенсивность пучка и с таким обогащением.

Юрий Оганесян (слева), Георгий Флеров (справа) и Роберт Уилсон осматривают ускоритель У-400. Фото: Юрий Туманов / Архив ТАСС

Когда построили У-400, в нем ускорили кальций-48 и сделали первые опыты, стало ясно, что так нам новый элемент не синтезировать. Потому что интенсивность была все еще маленькая, а расход кальция-48 очень большой. То есть если бы мы даже израсходовали весь запас, то не факт, что мы получили хотя бы одно ядро сверхтяжелого элемента. Была поставлена очень радикальная задача, на тот момент непонятная. Нужно было поднять интенсивность более чем в 10 раз. И работающий ускоритель остановили и разобрали. В тот момент он был лучший в мире для этих целей. Был предложен другой подход, с дополнительным внешним источником, новой системой инжекции. И это позволило сразу, при первом же запуске, поднять интенсивность в 20 раз. Стало ясно, что эксперимент можно сделать. Потом интенсивность была повышена еще в два раза. Это произошло в 1995 году. В такой конфигурации мы работаем, получается, уже 20 лет, по 5-6 тысяч часов в год на эти частицы. Много элементов уже синтезировано, на нем как раз был открыт «остров стабильности» с центром — 114-й элемент. Вот такая история.

Роберт Уилсон и Юрий Оганесян (справа) на ускорителе У-400. Фото: Юрий Туманов / Архив ТАСС

— Сейчас мы его тоже хотим реконструировать. Чтобы начать эту работу, мы затеяли другой проект: строим совсем иной ускоритель, по новой схеме, он называется ДС-280. На нем мы хотим поднять интенсивность пучка еще в 10 раз. Потому что задача, которая стояла перед этим, — синтезировать новые элементы. А сейчас мы хотим широко изучать их свойства, в том числе и химические. А для этого одного события (рождения ядра сверхтяжелого элемента — прим. «Чердака» ) в неделю или в месяц маловато. Чтобы химию изучать, нужно, чтобы их было много. На новом ускорителе строятся установки, которые могут синтезировать и использовать пучок кальция-48. Проект называют «фабрика сверхтяжелых элементов». Этой осенью мы начинаем сборку новой машины. Уже есть план-график, утвержденный нашей дирекцией. Здание для фабрики практически достроено.

Если все пойдет благополучно, через год мы надеемся полностью собрать и запустить все системы, включая инженерные, которые обеспечивают охлаждение, вентиляцию, электричество, управление. Мы начнем запуск этой машины уже через два года. Небыстро, но все-таки работы много!

Первые 117 элементов таблицы Менделеева были нормальными. И вот появился 118-й.

Нихоний (Nh), московий (Mc), теннессин (Ts) и оганесон (Og) появились в таблице Менделеева в 2016 году. Фото: Antoine2K.

Оганесон (Og), в девичестве унуноктий, в 2016 году получил имя в честь Юрия Оганесяна , научного руководителя Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Это второй элемент, нареченный именем еще здравствующего человека, после сиборгия (Sg), названного в 1997 году в честь живого Гленна Сиборга (1912–1999).

Окончание -он свидетельствует о принадлежности оганесона к благородным газам – группе элементов, в которую также входят гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn). Да, гелий без надлежащего окончания – может, потому что, когда набираешь полные легкие гелия, голос начинает звучать не слишком благородно.

Оганесон – самый тяжелый на сегодняшний день элемент периодической таблицы, его атомная масса – больше 294 атомных единиц массы , что почти в 25 раз тяжелее типичного изотопа углерода из вашего бренного тела. В отличие от углерода искать оганесон у себя под мышкой или в жировых складочках не стоит – в природе он вообще не встречается, и за все время было искусственно синтезировано всего несколько атомов этого радиоактивного элемента, каждый из которых просуществовал меньше миллисекунды.

В связи с этим, говоря о свойствах оганесона, ученые полагаются исключительно на теоретические предсказания. И многие из этих предсказанных свойств довольно странны.

Распределение плотности электронов в трех благородных элементах без учета релятивистских эффектов (вверху) и с учетом оных (внизу). Согласно расчетам, в оганесоне электроны не ограничивают себя орбиталями, а формируют равномерное облако Ферми-газа.

Если руководствоваться вычислениями, основанными на классической физике, то электроны оганесона должны располагаться в окружающих атомное ядро оболочках, как у почти всех нормальных элементов. Однако оганесон – элемент сверхтяжелый, а значит, из-за большого заряда ядра его электроны разгоняются до таких значительных скоростей, что возникает необходимость учитывать теорию относительности Эйнштейна, и если включить ее в расчеты, то получается странная штука: вместо дискретных электронных оболочек электроны витают в более-менее равномерно размытом облаке электронного газа !

Благородные газы еще называют инертными, потому что они химически неактивны и участвуют в реакциях лишь в экстремальных условиях, как при апокалипсисе. Оганесон – исключение. Из-за необычного распределения электронов он легко отдает и принимает электроны, а значит, может быть химически реактивным. Получается, что оганесон – парадоксально неинертный благородный газ.

К тому же он вовсе и не газ в привычном понимании этого слова. В «размазанном» состоянии облака электроны оганесона легко поляризуются, а значит, атомы элемента будут связываться друг с другом прочными вандерваальсовыми взаимодействиями. Вместо того чтобы отскакивать друг от друга, словно футбольные мячики, как в типичных газах, атомы оганесона при комнатной температуре, вероятно, будут стремиться слипнуться в твердое вещество ! Это уже не благородный газ, а благородная твердь какая-то.

Протоны ядра оганесона тоже могут вести себя нестандартно. Обычно протоны отталкиваются друг от друга в силу положительного заряда, но не разлетаются благодаря так называемым ядерным силам, в основе которых лежит сильное взаимодействие – намного более сильное, чем кулоновские взаимодействия между зарядами. Однако у оганесона протонов аж 118 штук, поэтому их объединенные кулоновские усилия могут частично преодолеть ядерную силушку, в результате чего в ядре сформируется пузырь ! В центре ядра протонов окажется меньше, чем на периферии.

А вот нейтроны ядра, как и электроны вокруг ядра, смешаются в Ферми-газ , предсказывают ученые.

Юрий Оганесян – второй человек после Гленна Сиборга, именем которого еще при его жизни назвали химический элемент. Фото: ОИЯИ.

Сам Юрий Цолакович Оганесян подобные прогнозы относительно его тезки-элемента находит удивительными. Для их проверки необходимы эксперименты, говорит он, с предвкушением потирая руки.

Но куда более удивительными могут оказаться следующие, пока что неоткрытые химические элементы. Согласно недавно предложенной модели , ядра с массой выше 300 могут представлять собой совершенно иную, непривычную нам форму материи, которая будет состоять не из протонов и нейтронов, а из верхних и нижних кварков, собирающихся в какие-нибудь иные конфигурации. Подобная материя может стабильно существовать в недрах нейтронных звезд и потенциально могла бы стать намного более удобным источником энергии, чем ядерный или термоядерный синтез. Так что с нетерпением ждем, когда наши ученые в Дубне синтезируют невероятный и чудной 119-й элемент – ковылиний.

Текст: Виктор Ковылин. По материалам: Science News , Химия и жизнь
Научная статья: Physical Review Letters (Jerabek et al., 2018)