Żeby stworzyć nowy pierwiastek trzeba połączyć dwa lżejsze. Robi się to na ogół w ten sposób, że jądrami jednego pierwiastka strzela się w tarczę innego cięższego pierwiastka. Oba pierwiastki muszą być odpowiednio dobrane bowiem warunkiem zwiększonej stabilności jąder jest właściwa proporcja liczby neutronów do liczby protonów (dla jąder najlżejszych jest to 1:1, a dla cięższych coraz więcej, np. dla ołowiu 208 wynosi 1,5). Aby uzyskać w danej reakcji jądro bardzo ciężkie o mierzalnym czasie życia (a więc podwyższonej stabilności), musimy dobrać parę [jądro-pocisk] + [jądro-tarcza] tak, aby uzyskać największą możliwą liczbę neutronów. Niektórym atomom do połączenia potrzeba ogromnej energii. Wtedy pocisk (lżejsze jądro) zanim trafi w tarczę rozpędza się wcześniej do potwornie dużych prędkości. Nie jest to dowolna prędkość, ale ściśle określona bowiem zbyt duża może roztrzaskać jądro. O tym jaką prędkość dobrać, decydują naukowcy po przeprowadzeniu wielomiesięcznych żmudnych obliczeń.
Przykładowo podczas tworzenia pierwiastka 114 zespół J. Oganessiana w Dubnej strzelał lekkim atomem wapnia 48 (ten rzadki izotop wapnia stanowi jedynie 0,187% liczby atomów naturalnego wapnia, zawiera dużą liczbę neutronów) w tarczę z ciężkiego plutonu 244 przez miesiąc. W jednym z tysięcy zderzeń doszło do zespolenia jąder i powstał nowy, cięższy pierwiastek. Detektor nie rozpoznał co prawda samego pierwiastka nr 114, ale wychwycił produkty jego rozpadu, które zdradzały jego wcześniejszą obecność. To naukowcom wystarcza dziś za dowód.


W tworzeniu nowych pierwiastków chemicznych liczą się tylko trzy laboratoria na świecie:

Schemat reakcji, w której oczekiwano w 2000 roku powstania pierwiastka 118

Zostało ufundowane przez L. Lawrence'a - człowieka, który skonstruował pierwszy cyklotron - urządzenie do rozpędzania cząstek i jąder atomowych do dużych prędkości, dzięki którym możliwe jest badanie cząstek elementarnych i tworzenie nowych jąder. Berkeley jest mekką badaczy materii. Do dziś dziewięciu pracujących tam naukowców zdobyło Nagrodę Nobla - pięciu z fizyki, czterech z chemii. W sumie w laboratorium pracują cztery tysiące osób. Stworzono tam pierwiastek nr 104, nazwany rutherford. W 2000 roku ogłoszono powstanie pierwiastka 116 i 118, ale odkrycia nie potwierdzono i w lipcu 2002 gdy w innych laboratoriach eksperymentu nie udało się potwierdzić odkrycie odwołano. Podejrzewa się również celowe naciąganie rezultatów doświadczeń co źle świadczyłoby o naukowcach.

Urządzenie do separacji otrzymanych nowych jąder w Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej

Leżące 120 km na północ od Moskwy laboratorium zaczęto potajemnie budować w 1947 roku pod kierownictwem I. Kurczatowa ojca radzieckiej bomby atomowej. W 1956 roku powołano w Dubnej Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych i zbudowano otaczające go miasto. W laboratorium postawiono wówczas największy na świecie synchrofazotron (przyrząd służący do przyspieszania cząstek). Dziś instytut w Dubnej zatrudnia sześć tysięcy osób z 18 krajów (w tym także z Polski). W skład Instytutu wchodzi 7 wielkich laboratoriów. Nowe pierwiastki otrzymuje się w Laboratorium Reakcji Jądrowych im. G. N. Florowa. W Dubnej po raz pierwszy wytworzono pierwiastki: nr 105 - dubn, 106 - seaborg, nr 114, 116 i ostatnio nr 113, 115, 118 i 117.


Najmniejsze z najsłynniejszych laboratoriów (zatrudnia tylko 700 osób) zlokalizowane jest 25 km na południe od Frankfurtu. Powstało w 1969 roku. W instytucie swoje programy badawcze prowadzi w tej chwili ponad 1000 naukowców z 25 krajów współpracujących z ośrodkiem. Światło dzienne ujrzały tam nowe pierwiastki: 107 - bohr, 108 - has, 109 - meitner, 110 - darmsztadt, 111 - roentgen i 112 - copernicium.

Schemat kolejnych rozpadów otrzymanego jądra 115

W Laboratorium Reakcji Jądrowych w Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej zespół Oganesjana we współpracy z amerykańskimi fizykami z Lawrence Livermore National Laboratory otrzymał dwa nowe pierwiastki o liczbie atomowej 113 i 115. Eksperymenty przeprowadzono latem 2003 roku wykorzystując rosyjski cyklotron U 400 w Dubnej (cyklotron pozwala rozpędzić cząstki do ogromnej prędkości w zmiennym polu elektrycznym). Jako "tarczy" użyto atomów ameryku-243, które były bombardowane wapniem-48. Badając rozpad powstałych podczas kolizji jąder wapnia i ameryku nowych atomów, zaobserwowano obecność pierwiastka 115 oraz 113, który jest produktem rozpadu 115. Ogółem powstały tylko 4 atomy pierwiastka 115 i 4 atomy 113. Dalsze rozpady z emisją cząsteczki alfa doprowadzały do powstania atomu pierwiastka 105 (dubnium), którego jądro ulegało samorzutnemu rozszczepieniu. Rosjanie mieli niezbędny do wytworzenia silnego strumienia cząsteczek wapnia, wydajny cyklotron. Ameryku-243 dostarczyli Amerykanie z Lawrence Livermore National Laboratory. To najtrwalszy z izotopów ameryku, o czasie połowicznego rozpadu 7950 lat.
Nowy pierwiastek 115 miał 173 neutronów, ale jego czas połowicznego rozpadu jest dość duży jak na tak ciężkie pierwiastki i jest nadzieja, że niedługo fizycy otrzymają jądra należące do wyspy stabilności (przewiduje się, że bardziej trwałymi jądrami będą jądra zawierające 184 neutrony).
Zespół naukowców ze Szwajcarii, USA i Rosji w 2005 roku potwierdził otrzymanie nowych pierwiastków. Badania przeprowadzono również w rosyjskim Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej. Tym razem uzyskano 15 atomów nowego pierwiastka.
Naukowcu z Dubnej i Lawrence Livermore National Laboratory w październiku 2006 roku ogłosili o kolejnym odkryciu. W wyniku bombardowania kaliformu jonami wapnia otrzymano pierwiastek 118 (Ununoctium), składający się z 118 protonów i 175 neutronów. Zarejestrowano zaledwie trzy nowe jądra, które "żyły" zaledwie 0,9 milisekundy. Po raz pierwszy otrzymano ten pierwiastek w 2002 roku, ale dopiero teraz udało się to odkrycie potwierdzić.
Pierwiastek o liczbie atomowej 117 został po raz pierwszy zsyntetyzowany w drugiej połowie 2009 roku w laboratorium w Dubnej w Rosji. Jądro berkelu wytworzone w USA bombardowano jądrami wapnia. Uzyskano w ten sposób 6 jąder dwóch izotopów pierwiastka 117 o liczbach masowych 270 i 293, które uległy dalszym przemianom. Przy okazji wytworzone zostało 11 nieznanych dotąd izotopów kilku innych pierwiastków superciężkich, bogatych w neutrony. W 2012 roku zespołowi z Dubnej udało się powtórzyć eksperyment, co jest warunkiem koniecznym dla uznania odkrycia.
Naukowcy z Livermore i z Dubnej planują obecnie wytworzenie kolejnego pierwiastka, o liczbie atomowej 120.

---

« Poprzednia  Następna »