Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

В поисках «островов стабильности»

В метеоритных кристаллах найдены следы сверхтяжелых ядер галактических космических лучей.

Нестабильность химического элемента определяется нестабильностью его ядра, а не электронной оболочки. Очень стабильны изотопы с четным числом протонов и нейтронов, среди них наиболее стабильны ядра, содержащие так называемое магическое число нейтронов или протонов (2, 8, 20, 50, 82, 126), когда полностью застроены нейтронные и протонные оболочки (это кальций, олово, свинец, уран). В таком случае, как предсказывает теория, за ураном также должны существовать стабильные элементы — сверхтяжелые «заурановые» элементы.

В земных условиях сверхтяжёлые ядра рождаются в столкновениях ускоренных ядер — как известно, ядра вплоть до 117 и 118 элементов таблицы Менделеева были синтезированы в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова ОИЯИ (г. Дубна). Однако любые теоретические предсказания или усилия по синтезу ядер на ускорителях должны быть подтверждены наблюдением сверхтяжелых ядер в природе.

Группа сотрудников Физического института им. П.Н. Лебедева и Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского, участвующих в проекте ОЛИМПИЯ, которым руководят доктор физ.-мат. наук Наталья Полухина (ФИАН) и кандидат физ.-мат. наук Леонид Кашкаров (ГЕОХИ РАН), исследуют зарядовый состав космических лучей в области тяжелых и сверхтяжелых ядер. Космические лучи — самое естественное место для поиска природных сверхтяжелых элементов. Но из-за слишком малой интенсивности тяжелых и сверхтяжелых ядер в общем потоке — всего несколько частиц на квадратный метр в год — сделать это не просто. «Использование метеоритов как природных детекторов космических лучей делает решение задачи более реальным: при возрасте метеоритов сотни миллионов лет просмотр всего одного кубического сантиметра метеорита может дать информацию о нескольких тысячах штук ядер тяжелых элементов галактических космических лучей», — объясняет Наталья Полухина.

Сотрудники ФИАН и ГЕОХИ изучают образцы двух палласитов (железно-никелевые метеориты с вкраплениями полупрозрачных кристаллов оливина): «Марьялахти» (его возраст 185 млн лет) и «Игл Стейшен» (300 млн лет). Благодаря полупрозрачности оливин можно исследовать с помощью оптического микроскопа и получать информацию о ядрах, прошедших через кристалл.

Треки тяжелых ядер в кристаллах оливина в виде дефектов материала метеорита, возникающих вдоль следа частиц, проявляются только после его травления — процесса, в чем-то похожего на проявку фотопленки. Для измерения характеристик протравленного канала используется установка ПАВИКОМ ( Полностью АВтоматизированный Измерительный КОМплекс), созданная в ФИАНе. С помощью этого высокоточного комплекса можно в автоматическом режиме распознавать треки частиц, определять их геометрические параметры и сшивки следов при переходе из слоя в слой протравленного оливина. Геометрические параметры треков зависят от заряда частицы, след которой изучается: чем выше у частицы заряд, тем длиннее будет ее трек до точки остановки при той же энергии.

Как правило, метеоритные кристаллы оливина небольшие, всего несколько миллиметров, а длина трека тяжелого ядра обычно гораздо больше, поэтому оценку заряда ядра выполняют с учетом дополнительной информации о скорости травления трека.

Ученые, занятые в проекте ОЛИМПИЯ, уже получили данные о зарядовом составе примерно 6000 ядер с зарядом более 55. А совсем недавно в кристаллах оливина удалось обнаружить и идентифицировать треки трех ультратяжелых ядер галактических космических лучей, заряд которых в первом приближении находится в интервале от 105 до 130. Эти результаты фактически являются экспериментальным подтверждением гипотезы о существовании «островов стабильности» для природных ядер трансфермиевых элементов (с атомным номером более 100).

На фото (вверху) — кусок палласита «Игл Стейшн».

Диаграмма по рисунку Г.Н.Флерова (внизу) — символическое изображение Периодической таблицы Д.И. Менделеева в осях «число нейтронов» и «число протонов», где цветом показано время жизни различных элементов. Предсказанные теорией стабильные «заурановые» элементы изображены отдельным островком. Синтез новых элементов и поиск доказательств существования этого «острова стабильности» всегда волновали физиков.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Источник: По материалам АНИ «ФИАН-информ»