Современные методы получения новых химических элементов

Ученые получают новые химические элементы методом «горячего синтеза»: тяжелую мишень бомбардируют пучком легких, богатых нейтронами ионов на ускорителе. Так были созданы последние элементы таблицы.

Метод горячего синтеза

Новые сверхтяжелые элементы синтезируют методом «горячего синтеза» (термоядерной реакции). Процесс заключается в бомбардировке тяжелой мишени пучком легких, богатых нейтронами ионов на ускорителе (циклотроне). Этот подход применялся для получения элементов с 113-го по 118-й и используется в текущих попытках синтеза 119-го и 120-го элементов.

Для синтеза элементов 113–118 критически важную роль играл изотоп кальций-48. Он является «дважды магическим» (содержит 20 протонов и 28 нейтронов), что придает ему повышенную стабильность и позволяет привнести в новое ядро нейтроны, необходимые для его выживания.

Однако для синтеза 119-го элемента классический метод с кальцием-48 потребовал бы мишени из эйнштейния (элемент 99), который невероятно редок и сложен в получении в необходимых количествах. Поэтому ученые вынуждены искать альтернативные комбинации, например, использование пучка ванадия-51 и мишени из кюрия-248.

Последние официально признанные элементы

Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) официально утвердил и назвал четыре последних элемента периодической таблицы в 2016 году:

Роль России и гонка за 119-м элементом

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) в наукограде Дубна (Московская область) является мировым лидером в синтезе сверхтяжелых элементов. Элемент 115 носит название «московий», а элемент 118 — «оганесон» в честь научного руководителя Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Информация об этих открытиях открыто публикуется на русском языке на официальном сайте института, без каких-либо ограничений или блокировок для доступа к научным данным в России.

Текущий статус на 2026 год: Лаборатория ядерных реакций ОИЯИ ведет интенсивную подготовку и первые попытки синтеза 119-го элемента. Параллельно эксперименты проводит лаборатория RIKEN (Япония), используя пучок ионов ванадия-51 и мишень из кюрия-248.

Детекция и время жизни атомов

Синтезированные атомы сверхтяжелых элементов существуют доли миллисекунды. Их существование доказывают не напрямую, а по характерным цепочкам альфа-распада или спонтанного деления. Эти процессы фиксируют специализированные газовые сепараторы, такие как сепаратор DGFRS, установленный в ОИЯИ.

Существует теоретическая модель «острова стабильности», которая в большинстве научных представлений предсказывает, что при определенном «магическом» числе протонов и нейтронов сверхтяжелые элементы могут иметь время жизни не миллисекунды, а минуты, дни или даже годы. Однако эта область пока экспериментально не достигнута.

Частые ошибки

• Ожидание получения макроскопических количеств вещества. Новые элементы синтезируются строго по одному атому за раз, накопить их в видимом глазу количестве невозможно.
• Опасения радиационной угрозы. Из-за мгновенного распада (доли миллисекунды) синтезированные атомы не накапливаются в окружающей среде и не несут бытовой или экологической опасности.
• Уверенность в скором официальном названии 119-го элемента. Эксперименты находятся в стадии активных попыток и первичного набора статистических данных. Подтвержденных открытий, зарегистрированных IUPAC на текущий момент, еще нет.

FAQ

Почему для синтеза новых элементов используют именно кальций-48?
Кальций-48 — «дважды магический» изотоп (20 протонов, 28 нейтронов). Его повышенная стабильность и способность доставлять в новое ядро критически важные нейтроны делали его идеальным снарядом для синтеза элементов 113–118.

Что такое «остров стабильности» и достигли ли его ученые?
Это теоретическая модель, предсказывающая, что при определенных «магических» числах протонов и нейтронов сверхтяжелые ядра могут жить минуты, дни или годы. На сегодняшний день эта область экспериментально не достигнута.

Когда будет официально признан 119-й или 120-й элемент?
Точная дата неизвестна. Эксперименты по их синтезу (в том числе в ОИЯИ и RIKEN) находятся в стадии активных попыток и набора первичных статистических данных. Зарегистрированных IUPAC подтвержденных открытий пока нет.