Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Академик Юрий Оганесян: познание сильного взаимодействия изменит мир

Академик Юрий Оганесян

Что происходит внутри атомного ядра, как ведут себя ядра на границах их существования и что может измениться, если физики поймут природу сильного взаимодействия?

Рассказывает академик Юрий Цолакович ОГАНЕСЯН, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций Объединённого института ядерных исследований в подмосковной Дубне. Среди его научных заслуг — фундаментальные исследования механизма взаимодействия сложных ядер, обнаружение и исследование влияния ядерной структуры на коллективное движение ядер в процессах слияния и деления, открытие нового класса ядерных реакций — холодного слияния массивных ядер, широко используемых по настоящее время в различных лабораториях мира для синтеза новых элементов. Ю. Ц. Оганесян — соавтор открытия ряда тяжёлых элементов таблицы Д. И. Менделеева, а 118-й элемент назван в его честь.

Беседу ведёт Наталия Лескова.


Юрий Цолакович Оганесян в мемориальном кабинете академика Г. Н. Флёрова в Лаборатории ядерных реакций его имени (в 2022 году ей исполняется 65 лет), у грифельной доски с надписями, сделанными Г. Н. Флёровым и Ю. Ц. Оганесяном. Её хранят под стеклом, как экспонат. Фото Андрея Афанасьева.
Фото Андрея Афанасьева.
Фото Андрея Афанасьева.
Фото Андрея Афанасьева.
Фото Андрея Афанасьева.
Создатель Лаборатории ядерных реакций Георгий Николаевич Флёров — и его ближайший ученик и соратник. Фото Андрея Афанасьева.
Элемент рутений (Ru), названный в честь России, был открыт К. К. Клаусом, профессором Казанского университета, в 1844 году. Названия и символы ещё четырёх из десяти элементов, открытых в Дубне или в соавторстве с учёными Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова, отражают вклад российских учёных в расширение Таблицы. Фото Андрея Афанасьева.
Ю. Ц. Оганесян. Фото: Музей ОИЯИ.
Перед ступенями корпуса Лаборатории ядерных реакций — Георгий Николаевич Флёров, Юрий Цолакович Оганесян, Гленн Сиборг. В честь всех троих названы химические элементы. Фото: Музей ОИЯИ.
Фото 1.
Фото 2.
Фото 3.

— Юрий Цолакович, когда началось ваше увлечение таблицей Менделеева? И почему важно её расширять?

— Меня «привязывают» к знаменитой Таблице, но я не химик, а физик. Я всю жизнь занимаюсь ядерной физикой. Ведь известно, что в атоме есть ядро и вокруг ядра вращаются электроны. Атомы — они же элементы, с различными названиями и свойствами в зависимости от заряда ядра. А вот как ведёт себя этот элемент при взаимодействии с другими элементами — это уже химия. Но меня интересовало не то, где предел Таблицы, а где предел существования ядер.

— И где этот предел?

— Это серьёзный вопрос. Между прочим, пределы существования ядер и элементов разные, потому что сама материя разная. Ядерная материя — удивительная субстанция маленького размера и огромной плотности, которая несёт весь положительный заряд и всю массу атома. А вокруг ядра на большом расстоянии вращаются электроны на своих орбитах.

Не знаю, насколько удачно моё сравнение, но всё это мне напоминает большую люстру: в середине — мощная лампа, а вокруг лампы в несколько рядов вращаются висюльки. Они светят отражённым от лампы светом. И если вы предположите, что ваше ядро размером с апельсин находится возле мавзолея на Красной площади, то первой орбитой, по которой вращаются электроны, будет Садовое кольцо. Вторая орбита будет кольцевой автодорогой. А последняя орбита окажется где-то около Стокгольма. Вот такая ажурная люстра!

— Кончается ли эта «люстра»?

— Да, кончается. Всё имеет начало и конец. Обычно это выражение относится к человеческой жизни. Но оно справедливо и для мироздания в том смысле, что любая система, большая или малая, стремится занять упорядоченное состояние с наи-меньшей потенциальной энергией. Отсутствие конца, скорее всего, объясняется отсутствием знаний об этом конце.

— Где же она кончается?

— Первый предел связан с центром, с самой «лампой». Но если можно было бы сделать «лампу» любой мощности, то второй предел наступил бы там, где кончается конструкция самой «люстры». Потому что согласно квантовой электродинамике положительный заряд ядра, а в соответствии с ним и число отрицательно заряженных электронов имеют предел. Вот эти два предела можно обсуждать.

Но мне кажется, что конец ядра придёт раньше, потому что мы сейчас, находясь в области 118-го или 120-го элементов, уже подошли к самой границе существования ядер. А предел существования «гирлянды» — атомные номера около 174. Поэтому пока тратим время, силы и деньги не на Таблицу, а на ядерную физику. Но скоро начнём серьёзно заниматься химией сверхтяжёлых элементов. От Таблицы далеко не уйдёшь!

— Как вы думаете, наступит ли момент, когда она устареет и потребует обновления подобно Стандартной модели в физике?

— Сам Менделеев считал, что Таблица будет меняться, но открытый им Периодический закон останется.

— Что вы узнали о ядре основополагающего, важного?

— Мы знаем, что это удивительная субстанция, и она физике ещё до конца не понятна. Нет строгой теории, как в электричестве, когда можно рассчитать всё от громадной электростанции до маленького чипа. Есть теоретические модели. Но как сцеплены протоны и нейтроны в ядре, мы пока не знаем. Несмотря на это, мы используем атомную энергию во многих областях нашей деятельности. Природа ядерных сил, называемых сильным взаимодействием, — огромный вопрос, который остаётся пока открытым.

В природе, как вы знаете, есть четыре типа взаимодействия — электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Сильное взаимодействие так называется потому, что оно сильнее электромагнитного в сотни раз. Если бы это злополучное сильное взаимодействие было изучено так, как это имеет место с электромагнитным или слабым взаимодействием, мне кажется, мир бы совершенно преобразился.

— Почему же оно злополучное?

— Потому что эта задача очень сложна. При этом мы понимаем: если мы овладеем сильным взаимодействием, то оно преобразует наш мир, как это было после Фарадея. Представьте себе электричество, без которого мы не мыслим сегодня свою жизнь, только сильнее в сотни раз!

— Как вы думаете, удастся в конце концов понять, как «работает» сильное взаимодействие?

— Думаю, да. Рано или поздно это будет сделано.

— Какими способами? С какой стороны нужно подходить?

— Одна сторона такова: ведь никто не сомневается, что есть ядро. Оно состоит из протонов и нейтронов — это тоже известно. Значит, когда-то оно образовалось, когда-то возникли эти протоны и нейтроны, когда-то они слепились. Есть Стандартная модель, которую, с моей точки зрения, необоснованно и часто ругают, потому что она не в состоянии всё объяснить. Но она даёт представление о том, что протоны и нейтроны состоят из кварков, а кварки «склеены» глюонами (glue — это клей по-английски). Понять бы, как это происходило в природе?

Начали исследовать. Двигаясь от конца к началу. Мы знаем, что молекула состоит из атомов, атом — из ядра и электронов, само ядро — из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны состоят из кварков и глюонов. А дальше, микросекундой ранее — Большой взрыв. Всё, конечно, развивалось в обратном направлении: сначала взрыв, потом идёт очень быстрый процесс крупномасштабных изменений материи, в которой через одну микросекунду после взрыва при огромной плотности и высокой температуре рождаются протоны и нейтроны. Иногда эту фазу называют кварк-глюонной плазмой. У физиков есть желание исследовать этот «суп» и увидеть, как рождаются протоны и нейтроны. Создаются большие ускорители, у нас строится коллайдер NICA для исследования подобной горячей материи.

Вообще, стадийность движения от беспорядка к порядку прослеживается во всей истории образования Вселенной, насчитывающей 13,7 миллиарда лет. А физики, живущие на Земле, хотят, наоборот, создать «беспорядок» из протонов и нейтронов в надежде потом увидеть и понять, как из кварк-глюонной плазмы вновь рождаются протоны и нейтроны.

— Как бы смоделировать сотворение мира?

— Именно так. Задача эта, по сути, не новая. Но, рассматривая различные сценарии сотворения мира (из них самый популярный — Большой взрыв), мы невольно двигаемся в глубь строения материи.

Сегодня экспериментаторы добрались до стадии возникновения кварков и глюонов. До субстанции, возникшей через одну микросекунду после Большого взрыва. Однако понять свойства вещества, состоящего из этих кварков и глюонов, и то, как взаимодействуют эти частицы, пока не удаётся. Отсюда неясна и сама природа ядерных сил.

Конечно, точно смоделировать сотворение мира мы никогда не сможем, потому что там участвовали огромные массы, а температуры достигали триллионов градусов. Но разгонять тяжёлые ядра, которые состоят из многих протонов и нейтронов, до огромной энергии, сталкивать их лоб в лоб в коллайдерах научились. В зоне столкновения ядерная материя уплотняется, температура в этом месте повышается до триллиона градусов — часть протонов и нейтронов «расплавится» в кварки и глюоны. Важно распознать, что это действительно произошло, а распознав, заняться этим делом основательно, чтобы понять, как образуются протоны и нейтроны.

Вопросов здесь много. Например, почему именно три кварка участвуют в создании протона и нейтрона?

— Как я понимаю, если бы стали возможны другие варианты, не три, а два или четыре, всё было бы иначе. Или ничего бы не было?

— Вот и надо понять, почему именно так всё устроено. А потом мы будем пользоваться этим, подобно тому, как мы пользуемся электричеством. Но, как мне кажется, далеко потом.

— А что было до Большого взрыва, когда ничего не было?

— Тоже интересный вопрос. Ответа на него пока нет. Почему этот взрыв произошёл? Имеются разные сценарии, концепции, но всегда обсуждается то, что было после взрыва. И был, как считают, безумно короткий промежуток, когда появились понятия времени и пространства. Как бы были вброшены эти понятия, когда всё менялось очень быстро, быстрее скорости света. Что значит «быстрее скорости света», тоже трудно представить, потому что Стандартная модель ограничивает скорость — скоростью света. А потом расширение продолжалось, но значительно медленнее, хотя и с ускорением. Расширение Вселенной идёт до сих пор. Когда появились протоны и нейтроны, они стали взаимодействовать друг с другом и комбинироваться в ядра. Так проявилось сильное взаимодействие.

Какие именно ядра появились? Протон — это уже ядро легчайшего атома водорода. Два хорошо связанных протона и два нейтрона — это гелий-4. Образуются ядра водорода (90%) и гелия (10%), а более тяжёлых ядер — очень малое количество. После этого проходит около 300 тысяч лет, и вся система протонов, гелия и электронов остывает до такого состояния, что электроны притягиваются к положительно заряженным ядрам и вращаются вокруг них за счёт противодействующей центробежной силы. Это и есть первая, ближайшая к ядру, орбита движения электрона в атоме. У атома водорода на орбите один электрон, у гелия — два. Так что первые, самые «древние» и самые распространённые атомы Вселенной — водород и гелий.

Охлаждение шло дальше, и эволюция элементов продолжалась уже в звёздах, в так называемых циклах горения: от водорода к гелию (гелиевый цикл) и далее к более тяжёлым элементам вплоть до железа. Эти реакции синтеза идут с выделением энергии. Благоприятная ситуация оканчивается, однако, на железе, после чего образование более тяжёлых элементов резко падает. Не все звёзды доживают до стадии образования железа. Проходит примерно семь миллиардов лет, и наиболее массивные звёзды, раз в 20—30 по массе больше Солнца, накапливают железо в центре, которое под действием огромных гравитационных сил приводит всю систему к коллапсу, известному как взрыв сверхновой. Всё это происходит очень быстро, за несколько секунд.

В эти секунды в гигантских потоках нейтронов происходит синтез всех элементов вплоть до урана и даже далее. Огромное количество вещества в виде новых элементов выбрасывается в открытое простран-ство — это так называемые космические лучи. Образуются удивительные космические объекты — нейтронные звёзды, которые при размерах в несколько километров имеют массу, сравнимую с массой Солнца. В нашей Галактике, по предположениям астрономов, находится около миллиарда подобных звёзд.

Именно по такому сценарию родилась и наша Солнечная система 4,5 миллиарда лет назад, спустя более чем 9 миллиардов лет после Большого взрыва. Солнце остывает медленнее своих спутников в силу своей большой массы. Считают, что оно будет светить ещё минимум пять миллиардов лет.

— У нас ещё есть время.

— Да, ещё поживём немного…

— Юрий Цолакович, как вы связываете все эти процессы с возникновением жизни на нашей планете?

— Логично было бы думать, что жизнь на планете начиналась много позднее, когда планета уже остыла, заведомо после образования элементов. Здесь есть две теории. Одна — разумное физическое предположение о том, что всё должно остыть, потом возникнут углеводородные соединения и более сложные органические образования. На горячей сковородке жизнь не начнётся. Нужна атмосфера, вода, которая не испарится моментально, и прочие условия. Можно полагать, что приемлемые для жизни условия в самом первозданном её виде возникли сотни миллионов лет назад.

— У академика Алексея Юрьевича Розанова есть гипотеза, что жизнь прилетела к нам на кометах из космоса.

— Это вторая теория. Когда я был молодым научным сотрудником, мой директор, академик Георгий Николаевич Флёров послал меня в Ленинград в Институт докембрия (Институт геологии и геохронологии докембрия. — Прим. ред.), к старшему научному сотруднику Чарльзу Ивановичу Колесникову, который у себя в лаборатории проводил интересные измерения. Он изучал древние образцы ДНК разного типа, чтобы определить их возраст. Поскольку речь шла о миллиарде лет и даже несколько более, по рекомендации Флёрова определялась концентрация и изотопный состав урана в этих образцах. Образцы были действительно древние. Мне всё это показалось странным. Земля ещё «не остыла», образовались далеко не все породы и минералы, а уже началась жизнь!

Идея у Колесникова была, я потом это слышал много раз, что код жизни вовсе не земного происхождения, а привнесённый из космоса. Каким образом привнесённый — не обсуждалось.

По этому поводу вспоминаю свои недавние контакты с очень известной американской компанией «Прометеус», работающей в области популяризации науки. Такая американская «Наука и жизнь» на TV. Они мне пишут, что хотят снять со мной фильм-интервью. Я о них ничего не знал, но знающие заохали. Сотрудники «Прометеусa» долго меня инструктировали по техниче-ским вопросам и только за день до съёмки передали мне план самого интервью из 18 вопросов, где не было ни одного слова об элементах и атомах, сплошь неопознанные летающие объекты.

— То есть передача была про НЛО?

— Я был удивлён таким отношением. Звоню своей старшей дочери, она филолог, живёт в США. Она успокаивает, говорит: «Любой вопрос можно обернуть и ответить так, как тебе удобно. А с другой стороны, их тоже пойми — все говорят про летающие тарелки. А вы же у себя в Дубне получаете элементы, которых нет в Земле. Кого ещё, как не вас, спрашивать про эти тарелки?» Подумал, что она права. Если спрашивают, надо отвечать.

— Что же вы ответили?

— Тогда я уже знал, что в нашей Галактике 10 тысяч таких планет, как Земля: с атмосферой, температурным режимом, водой и прочим. Лети и живи. Зная размер Галактики, можно оценить расстояние от одной такой планеты до другой. Оказалось, в среднем пятьдесят световых лет. То есть лететь туда надо со скоростью света в течение пятидесяти лет.

Достижения землян таковы, что американский космический аппарат «Voyager-2», который был запущен в направлении Солнца в августе 1977 года, отдалится от Земли в 2027 году, через 50 лет, всего на один световой день. Связь с ним слабая, после 2027 года он сможет работать недолго, только в режиме маячка. С такой скоростью ему лететь до планеты «Земля-2» ещё более 18 тысяч лет! Не долететь землянам — кишка тонка. Тогда остаётся только вариант, что они, инопланетяне, могут прилететь к нам.

— Может, они уже прилетели?

— Если так, то уже можно сделать, как минимум, два вывода. Первый — они умнее нас, их общество значительно более развито, а технический уровень намного выше нашего. Второй — они, скорее всего, совсем не похожи на нас, потому что двигаются с огромными скоростями и, главное, живут значительно дольше нас. Ведь им надо долететь до нас и ещё вернуться к себе...

— И всё-таки, какой точки зрения вы придерживаетесь по поводу возникновения жизни? Она зародилась здесь, в недрах Земли?

— Я тут не являюсь специалистом. Но люди, которые этим занимаются, мои знакомые, не отрицают ни того, ни другого.

— Чем вы сейчас заняты в вашей лаборатории ядерных реакций, какие решаете задачи?

— У нас есть четыре программы. Одна — это сверхтяжёлые элементы. С 2012 года мы начали свой проект создания нового экспериментального комплекса и построили его за семь лет, буквально с нуля. Возникла, по сути, новая лаборатория, которая называется Фабрика сверхтяжёлых элементов. Всё здесь новое: ускоритель, экспериментальные установки, измерительная аппаратура и пр. Сейчас уже всё работает, начаты эксперименты. А параметры были такие, что она должна быть потенциально почти в 100 раз более эффективной, чем любая другая лаборатория этого профиля в мире.

— Ничего себе задачка! Получилось?

— Почти получилось. На 75%. Но мы обязательно дойдём до 100%. Мы очень много сил тратим на это занятие. Вторая программа: исследования свойств ядер на границах их существования. Это не тяжёлые, а наоборот, очень лёгкие ядра. Например, изотопы гелия. Стабильные изотопы гелия-3 и гелия-4 состоят из двух протонов и одного и двух нейтронов соответственно. Но добавление ещё одного нейтрона делает гелий-5 нестабильным, в то время как при добавлении двух нейтронов в ядре гелия-6 вновь возникает стабильность. Его период полураспада составляет 0,8 секунды — гигантское время в ядерных масштабах.

На этом дело не кончается. Добавление к гелию-6 ещё одного нейтрона приводит опять к нестабильному гелию-7, а добавление следующего нейтрона вновь делает тяжёлый изотоп гелия-8 ядерно-стабильным. Его период полураспада составляет 0,12 секунды.

Более тяжёлые изотопы гелий-9 и гелий-10 не наблюдались. Здесь проходит граница. Ядро не принимает больше нейтронов. На примере «гелиевой аномалии» в эксперименте отражаются свойства ядерных сил. Можно оставить число нейтронов неизменным, а варьировать число протонов. Таким же образом мы быстрее придём к ситуации, когда ядро «перекормлено» протонами и следующий протон уже не удерживается в ядре.

Наш мир ядер лежит между этими двумя границами — предельно протонных и предельно нейтронных ядер. Сейчас известно более 3000 ядер между этими границами. Есть ещё «вакансии» примерно для 3500.

— Это те самые «островки стабильности», над которыми вы работаете?

— Нет. Островки — это третий предел существования ядер со стороны их предельной массы. Это граница, демонстрирующая, сколь тяжёлыми могут быть ядра. Она же даёт ответ на вопрос о том, как далеко мы можем продвинуться в таблице Менделеева. Известно, что в природе самое тяжёлое ядро у 92-го элемента — урана, его массовое число 238. А сегодня в искусственном синтезе мы дошли до массы 294. Ядра с этой массой мы в своих экспериментах по синтезу сверхтяжёлых элементов получали дважды — как изотопы 117-го и 118-го элементов.

Столь впечатляющая живучесть элементов связана со структурой ядерной материи, которая приводит к повышению связи протонов и нейтронов в ядре при определённых их числах, получивших название «магических». Вокруг магических ядер образуются зоны, или острова стабильности, которые контрастно проявляются вблизи предела существования ядер. В чём-то похоже на «гелиевую аномалию», не так ли? Только теперь в ядре не 6—8 нуклонов, а почти 300. И опять это характер действия ядерных сил.

Третье направление — это ядерные реакции, или ядерные превращения. Иногда называют их современной алхимией. Ведь алхимики первыми хотели из одного элемента получить другой. Конкретно — они хотели получить из свинца золото, чтобы обогатиться. Они понимали, что для такого изменения вещества надо затратить энергию.

— Они тёрли, били…

— Сильно нагревали, травили, сами травились. Но энергии явно не хватало. Они правильно шли, просто не понимали масштабов этой энергии. Потому что, когда ты греешь или травишь, ты действуешь на электронную оболочку. А надо менять ядро. Для этого нужны энергии в миллион раз выше. На ускорителях можно получать частицы больших энергий, сталкивать их и смотреть, как преобразуются ядра. Три ускорителя нашей лаборатории работают над этой задачей.

— Вы получили золото, обогатились?

— Нет, так обогатиться нельзя. Это очень дорогой способ. Мы тратим огромную энергию, чтобы ускорить нужные ядра. В любом случае, чтобы сделать трансформацию из одного элемента в другой, надо поменять ядро.

— И четвёртое направление?

— Прикладное. Оно возникает и неотступно сопутствует всем этапам решения чисто научной задачи: чтобы достигнуть желаемого научного результата, надо пуд соли съесть, это я вам могу сказать как экспериментатор. Иногда нужны вещи, которых нет ни в обиходе, ни в природе. Какая-нибудь новая технология, новый материал, новая конструкция резонатора. Не имея этого, дальше не пройдёшь. И ты невольно отставляешь в сторону науку и начинаешь заниматься этим до тех пор, пока не сделаешь. Иногда этот путь становится сам по себе интересным, содержит много творческого. Потом этот прикладной продукт получает путёвку в жизнь, подчас далёкую от твоих научных забот.

— Например?

— Когда я был студентом четвертого курса МИФИ, нам взялся читать курс по физике и технике ускорителей известный в то время молодой профессор МГУ Валентин Афанасьевич Петухов. Он сказал: «Ребята, будем делать проект ускорителя электронов на энергию 1000 мегаэлектронвольт для МГУ. Потом его построят. Оганесян, вы будете отвечать за общую компоновку ускорителя и за высокую частоту в частности». Кто-то отвечал за магнитное поле, кто-то за расчёт динамики пучка электронов, кто-то за вакуум. Мы весело взялись за этот проект.

Я смотрю, ребята прекрасно делают свои узлы. А Петухов говорит мне: «Вижу, вы скучаете и свои высокочастотные резонаторы уже сделали. Я вам добавлю работы. У нас в стране идея — создать рыболовецкий флот нового типа. Он будет ходить в длительные плавания на другую половину земного шара, вести лов с большой глубины».

Оказалось, проблема в том, что рыба портится, пока её довезут до порта приписки, а потом по стране: страна-то большая. Поэтому решили сделать завод по переработке рыбы прямо на корабле. Переступили традиции, что на корабле не должно быть женщин, и 52 женщины встали у конвейера на первом корабле и стали разделывать рыбу.

К каждой подъезжает банка, она туда кладёт кусок рыбы, потом заливает немного морской воды, ставит на конвейер, банка идет дальше, закатывается крышкой и поступает в высокочастотную печь. Я — её конструктор.

— Вы разработали высокочастотную печь?

— На четвёртом курсе мне исполнился 21 год. С большой гордостью смотрел в магазине на рыбные консервы, изготовленные таким способом. Ведь рыбу надо было сварить быстрым нагревом банки, но так, чтобы она не лопнула. А она поначалу часто взрывалась. Потом всё отладили. Пока металлическая тонкостенная банка проходит высокочастотное поле (токи высокой частоты текут в поверхностном слое банки), она разогревается; повышается давление до нескольких атмосфер и температура до 120 градусов Цельсия. Затем банка выходит из печи и быстро охлаждается. Когда это было отлажено, вся команда на полгода уходила в море. Говорили, что все девушки выходили замуж за моряков, рыба — в ящики, всем хорошо.

— Есть ли такой же оптимистичный пример из последних разработок?

— Это я, конечно, похвастался, а если серьёзно… Хотя рыба в собственном соку, в масштабе страны, — разве это несерьёзно?

— Более чем серьёзно.

— Занятие, о котором я сейчас расскажу, помогло нам выжить в трудный период 90-х. Это прецизионные фильтры, или трековые мембраны.

Тяжёлый ион, например ион ксенона, проходящий навылет через тонкую полимерную плёнку со скоростью 1/30 скорости света, оставляет в ней повреждённый канал — латентный трек. И если однородный материал органической плёнки устойчив, скажем, к щёлочи, то место, где она повреждена, неустойчиво. Поэтому область повреждения можно растравить в десятки и сотни раз, что приведёт к образованию одинаковых цилиндрических каналов (тоннелей) с разбросом по диаметру около 5%.

Каждый ион оставляет трек, а интенсивность пучка таких ионов на современном ускорителе — около одного триллиона в секунду. Триллион треков, распределённых равномерно на площади 1 кв. м, позволяют получить новый материал — трековую мембрану с 100 миллионами каналов одинакового диаметра на каждом квадратном сантиметре. Диаметр канала можно плавно менять концентрацией раствора и температурой травления. Такой материал реально производить со скоростью до 1 кв. м в секунду, что покрывает, даже в масштабе страны, нужды различных технологий, требующих чистых и сверхчистых условий, в биологии, медицине, электронной и пищевой промышленности и др.

Наши специалисты разработали всю технологию производства трековых мем-бран — от специализированного ускорителя до автоматизированных установок травления и контроля качества продукции различного номинала и разных назначений. Мы стали конкурентами известной американской фирмы «Millipore», поставляющей свою продукцию во всём мире. Но потом по их же инициативе стали сотрудничать и проработали вместе весьма успешно почти десять лет. Должен сказать, что идея создания подобных мембран принадлежит основателю нашей лаборатории академику Флёрову. Он много лет занимался анализом треков тяжёлых ядер в различных материалах на предмет поиска сверхтяжёлых элементов в космических лучах и метеоритах.

— Юрий Цолакович, а с ковидом вы не работали?

— Буквально на днях мы будем на эту тему совещаться. После того, как у нас был накоплен определённый опыт использования наших трековых мембран в работе с бактериями, попытаемся вместе с биологами и вирусологами подойти к вирусной проблеме, столь актуальной в настоящее время. Московские биологи, вирусологи, учёные из Армении приедут на наше совещание.

А ещё мы экспортируем ускорительные технологии. В ускоритель инжектируются ионы с высоким зарядом, поэтому мы занимаемся также ионными источниками разного типа. И, наконец, у нас есть потребитель наших ускорителей — Роскосмос. Они посылают сложные и дорогие электронные устройства в длительные космические полёты. Космические лучи облучают эту электронику, повреждают чипы. Поэтому всё, что делается для космоса, проходит наземные испытания на радиационную устойчивость.

— Вы единственный из ныне живущих учёных, в честь кого назван химический элемент. Что вы по этому поводу чувствуете? Гордость, радость?

— Опять этот вопрос! Я не помню ни одного интервью, когда меня об этом бы не спрашивали... У меня к этому несколько иное отношение и другие эмоции. Но я должен сначала пояснить процедуру названия элементов. Сейчас в Периодической таблице 26 рукотворных, искусственных элементов. Открытие каждого нового элемента рассматривает Международная комиссия экспертов, созданная двумя Международными союзами чистой и прикладной физики и химии на предмет установления факта открытия и приоритета в открытии, если в этом направлении работало несколько групп. Когда эта работа завершена и утверждена Союзами, авторам открытия предлагают дать название открытому элементу. Каких-то прямых правил присвоения названий нет.

Есть, однако, традиции. Предлагать названия планет — уран, нептуний, плутоний — или географические названия мест, где были открыты эти элементы, — берклий, дубний, дармштадтий, нихоний (японий). А также имена ушедших великих учёных. Они не занимались синтезом элементов, это произошло в память об их огромном вкладе в науку: коперниций, менделевий, кюрий, эйнштейний, фермий.

И есть за всю историю открытия элементов всего лишь два случая, когда открыватели (создатели) ещё при жизни удостоились такой чести. Первый — профессор Гленн Сиборг из США, который участвовал в синтезе 106 элемента — сиборгия, второй — ваш покорный слуга. В обоих этих случаях название элементу присвоено по имени его создателя.

— Такое ведь используется в науке. Например, постоянная Планка, излучение Вавилова—Черенкова…

— Уравнение Бернулли, распределение Пуассона, точка Кюри, кривая Пашена и т. д. Это очень принято в медицине, в самолётостроении и других областях.

— Значит, всё правильно?

— Что мне ответить? Результаты работы комиссии и предложения по названию новых элементов были опубликованы в журнале Международного союза чистой и прикладной химии (IUPAC) для широкого обсуждения мировым научным сообществом и затем утверждены на Генеральной ассамблее IUPAC. Поэтому вопрос со мной не обсуждался.

Я занимался этими новыми элементами пятьдесят лет. Полвека — немалый срок. И чувства мои немного притупились за такое долгое время. А самое главное — это ведь не моя личная заслуга, а результат работы всего коллектива. Вот это очень важно понимать.

Дубна, 25.01.2022.

***

Инструменты науки

Фабрика сверхтяжёлых элементов

Для синтеза сверхтяжёлых элементов нужен ускоритель с высокой интенсивностью пучка. Базовая установка Фабрики сверхтяжёлых элементов Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ в Дубне — ускоритель (циклотрон) ДЦ-280 (фото 1). На ускорителе получают пучок ускоренных до нужной энергии ионов; пучок бьёт в мишень, что приводит, хотя и с очень малой вероятностью, к ядерной реакции синтеза, когда ядра более лёгких элементов (ядра пучка и ядра мишени) сливаются, образуя ядро более тяжёлого элемента.

События синтеза сверхтяжёлого элемента очень редки. В большинстве случаев ядра пучка либо вообще не сливаются с мишенью, либо вызывают какие-то другие реакции, которые не ведут к синтезу сверхтяжёлых элементов. Чтобы отобрать редкие события успешного синтеза от множества фоновых событий, используют сепаратор. Его задача доставить к детектору нужные события и убрать ненужные. Далее идёт регистрация события образования сверхтяжёлого элемента и изучение его свойств.

Детектирующая аппаратура может быть самой разной и зависит от того, что требуется узнать в конкретном эксперименте. На снимке (фото 2) — новый газонаполненный сепаратор Фабрики сверхтяжёлых элементов. Основная особенность этой установки — высокая эффективность сбора синтезируемых сверхтяжёлых ядер. Она составляет 60%, что в два раза выше достигнутой на сепараторах предыдущего поколения.

На фото 3 — фрагмент сепаратора АКУЛИНА-2. Он используется для получения экзотических ядер лёгких элементов, например изотопов гелия с большим избытком нейтронов.

***

«Наука и жизнь» об исследованиях Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова ОИЯИ:

Флёров Г. Атомные ядра удивляют учёных. — 1966, № 5.

Оганесян Ю. В поисках сверхтяжёлых ядер. — 1973, № 10.

Флёров Г., Оганесян Ю. Сто шестой. — 1975, № 2.

Побожий Ю. Сто седьмой. — 1977, № 4.

Оганесян Ю. Как создавался циклотрон. — 1980, № 4.

Побожий Ю. Ещё один шаг... — 1984, № 11.

Губарев В. Поиски 118-го элемента. — 2002, № 9.

Лозовская Е. Дубна, улица Жолио-Кюри. — 2006, № 6.

Оганесян Ю. О ядрах и ускорителях. Что такое «хороший» ускоритель. — 2007, № 7.

Другие статьи из рубрики «Люди науки»

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее