Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 158
Текст из файла (страница 158)
Х!Н Нейтроны и деление аенолен х ядер 624 оС, азота тН, кислорода вО, неона 1оН, аргона шАг. Существенно, чтобы бомбардирующис ионы были многозарядными, так как при прочих равных условиях энергия, приобретаемая ионом в циклическом ускорителе, пропорциональна квадрату заряда иона. В середине 60-х годов лишь физики Дубны (СССР) и Беркли (СН1А) располагали ускорителями, пригодными для ускорения ионов аргона.
В дальнейшем для бомбардировки мишеней стали применять еще более массивные ионы: зеЕе, зтСо, зв%, зэСп, зоХп, взСе, зеКг, ееХе и т. д, вплоть до эвБ включительно. Короче говоря, в строй вступила «тяжелая артиллерия». Но чем больше заряд ядра иона, тем до большей кинетической энергии должен быть ускорен ион.
Действительно, чтобы ядро ускоренного иона могло слиться с ядром мишени, кинетическая энергия иона должна превышать высоту кулоновского барьера между ядрами. А последняя пропорциональна зарядам обоих сталкивающихся ядер. Например, кулоновский барьер для цинка (Л' = 30) в 15 рвз выше кулоновского барьера для ее-частицы (Я = 2). Вот почему для использования тяжелых ионов требуются ускорители на высокие энергии.
Для ускорения ионов при получении новых трансуранов в США пользовались линейными ускорителями различных типов, в том числе и перезарядными линейными ускорителями (|вндемами), принцип действия которых такой же, по которому работает соответствующий тандем-генератор Ван-де-Граафа (см. 3' 84, п.
2). Линейными ускорителями пользовались и ученые Дармштадта (ФРГ) и во многих других лабораториях мира. В СССР в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна) в Лаборатории ядерных реакций, руководимой Г.Н. Флеровым, для получения новых трансуранов и изучения их свойств применялись циклотроны. Поскольку ученым Дубны при изучении транс- уранов принадлежит ведущее место в мире, мы остановимся только на краткой характеристике этих циклотронов. При этом мы совершенно не будем касаться способов выделения полученного трансуранового изотопа из смеси или соединения его с другими элементами, а также способов идентификации заряда и массового числа соответствующего ему ядра, хотя эти вопросы не менее трудны и важны, чем и получение самого изотопа.
9. В 1901 г. в Дубне для ускорения тяжелых ионов был построен циклотрон У-300, который для того времени был самым мощным в мире и специально приспособлен для синтеза новых трансурановых элементов. (Число 300 означает, что диаметр полюсов магнита в пиклотроне сосгавляет 300 см, точнее, 310 см. Аналогично, символы У-200 и У-400 означают циклотроны с диаметрами полюсов магнитов 200 и 400 см соответственно.) Энергия, приобретаемая ионом в циклотроне, пропорциональна квадрату заряда иона й, квадрату радиуса г полюсов магнита и квадрату напряженности магнитного поля Н (см. задачу 2 к этому параграфу).
Масса магнита в циклотроне У-300 2200 т, мощность высоко- й 94) Транеууаноеые элементы 625 частотного генератора, питающего циклотрона 600 кВт, напряжение между высокочастотными электродами-дуантами 260 кВ. В 1966 г. в Дубне появился новый циклотрон У-200. Он стал одним из лучших в своем классе ускорителей (т.е. ускорителей с такими же диаметрами полюсов магнита) и оказался непревзойденным по интенсивности пучка легких ионов, а это очень важно для синтеза трансуранов. На строившихся до него циклотронах того же класса напряженность магнитного поля составляла, как правило, 14 — 16 кГс с вариацией амплитуды отгюсительно этого значения около 4 кГс. На циклотроне У- 200 удалось довести напряженность поля до 20 кГс, а амплитуду — до 6.
В результате энергия ускоряемых частиц на циклотроне увеличилась вдвое, если учесть ее зависимость от магнитного поля, отмеченную выше. На циклотроне У-200 впервые были синтезированы изотопы 106-го и 107-го элементов, о чем подробнее будет сказано ниже. С момента вступления в строй циклотрона У-200 появилась возможность дальше повышать энергию ускоряемых ионов комбинацией циклотрона У-300 с меньшим циклотроном У-200. Таким путем получался переэарядный или тандем-циклотроя, работающий по принципу, сходному с тем, по которому работает тандем-генератор Ван-дс-Граафа (см. 3 84, п.2). В тандем-циклотроне ион сначала ускорялся циклотроном У-ЗОО, затем поступал в циклотрон У-200, пройдя предварительно через угольную пленку толщиной 0,2 мкм.
В пленке частично «обдирается» электронная оболочка иона, твк что положительный заряд иона увеличивается. Благодаря этому появляется возможность дальнейшего ускорения иона в циклотроне У-200,хотя он и меньше циклотрона У- 300. Однако этот метод не получил распространения из-за своей сложности, а главным образом потому, что интенсивность ионных пучков на выходе получалась очень малой. На циклотроне У-200, как уже отмечалось выше, были произведены важные исследования по синтезу трансурановых элементов. Но циклотрон У-200 главным образом был задуман как уменьшенная вдвое модель более мощного циклотрона У-400, который вступил в строй в конце декабря 1979 г.
Циклотрон У-400 проектировался как специализированный ускоритель для получения ускоренных пучков ионов средней массы от неона лэнде до серебра ш"А8. При его сооружении был учтен опыт строительства, эксплуатации и модернизации циклотронов У-300 и У-200, а также тандем-циклотрона. В результате У-400 оказался лучшим в мире в своем классе ускорителей. В частности, при той же массе электромагнита и том же потребляемом им токе питания, что и у ускорителя У-ЗОО, интенсивность ускоренных пучков на циклотроне У-400 возросла в сотни раз. 10. Обращаемся к вопросу о синтезе трансурановых элементов после получения 101-го элемента менделевия.
В 1956 г. к работам по синтезу 102-го элемента приступили ученые Нобелевского института физики в Стокгольме, Калифорнийского инсгитута в Беркли и Института атомной энергии в Москве. Нс прошло и года, как из Нобелевского института сообщили, что на стокгольмском циклотроне при облучении мишени ич кюрия з~~~~Сш [Гл. Х!Н Нейтроны и деление атомн х. ядер ионами углерода 'ьС обнаружены атомы 102-го элемента. Авторы работы предложили называть новый элемент нобелием (шз7зо) в честь учредителя Нобелевской премии. Однако через несколько месяцев ученые в Беркли в точности воспроизвели стокгольмские опыты и не нашли активности с описанными свойствами.
Но и они сообщили данные о свойствах якобы 102-го элемента, впоследствии опровергнутые. Поэтому и их работа не может претендовать на открытие 102-го элемента. Впервые элемент 102, точнее, его изотоп све102 ') был с достоверностью синтезирован в Дубне в 1963 г. путем бомбардировки зэезаБ ионами 1~~!х!е и правильно по порядку величины был определен период полураспада синтезированного изотопа (уточненное значение этого периода 55 с). Эта работа и может претендовать на приоритет в получении 102-го элемента. Впоследствии данные, полученные в Дубне по всем изотопам 102-го элемента, были согласованы с данными, полученными в Беркли.
В 1961 г. из Беркли пришло сообщение о синтезе изотопа зег103. Элемент с 2' = 103 был назван лорренсием в честь изобретателя циклотрона Лоуренса. Однако данные, сообщенные об изотопе зш103, оказались ошибочными. Впоследствии сами авторы выразили сомнение в том, что массовое число обнаруженного ими изотопа равно 257, а не 258 или 259. В 1965 г. в Дубне с достоверностью был открыт изотоп ~~е103 путем бомбардировки америция атомами изотопа кислорода: 1зс1+ зездш е ззь103+ 51п (94. 10) При этом были получены правильные данные о вновь открьггом изотопе еьв103.
Поэтому можно считать, что элемент 103 был также впервые синтезирован в Дубне в 1965 г. Элементы 102 и 103 не получили еще общепринятых названий. Ученые социалистических стран, работающие в Обьединенном институте ядерных исследований в Дубне, где впервые с достоверностью были синтезированы указанные элементы, предложили называть элемент 102 оесолиотием (3!) в честь Фредерика Жолио-Кюри, а элемент 103— резерфордием (Щ в честь Резерфорда.
Но и эти названия до сих пор еще не получили всеобщего признания. Споры о приоритете открытия элементов 102 и 103 и их названиях продолжаются до сих пор. По этой причине мы условно и сохраняем первоначальные названия нобелий и лоуренсий. В 1964 г. в Дубне на циклотроне У-300 был синтезирован 104-й элемент (точнее, изотоп ~в~104), названный курчатовием (Кп) в честь видного советского физика и организатора науки И.В. Курчатова (1903 — 1960). При синтезе этого элемента в качестве бомбардирующих частиц применялись ионы неона 1о!зе с энергией 115 МэВ, а в качестве ) Символ км102 означает, что порядковый номер элемента равен 102, а его массовое число 254.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
