Во времена Дмитрия Ивановича Менделеева был известен всего 71 химический элемент. Затем ученые обнаружили еще несколько — реально, пусть и в небольшом количестве, существующих в земной коре. Остальные из открытых к настоящему времени 118 элементов Периодической таблицы были получены искусственным путем. Можно сказать, что дело обнаружения новых элементов перешло от химиков к физикам, ведь почти все они были получены на ускорителях заряженных частиц высоких (и очень высоких) энергий.

От технеция до оганесона

В прижизненном издании таблицы Менделеева (1906 год) последним, 92-м элементом значился уран. Дело в том, что в таблице были пробелы — на тех местах, где расположились бы еще неизвестные во времена Менделеева элементы. Но великий ученый считал, что они должны быть, и потому специально оставил для них пустые клеточки — как после урана, так и до.

В 1937 году, через 30 лет после смерти Менделеева, произошли сразу два знаменательных события. Был обнаружен последний природный химический элемент, франций, и синтезирован первый искусственный элемент — технеций.

Франций (порядковый номер 87), очень радиоактивный элемент, оказался поистине уникальным: его суммарное содержание во всей (!) земной коре было оценено в 340 граммов.

Тогда же в лабораториях Калифорнийского университета в Беркли синтезировали элемент технеций с атомным номером 43. Менделеев в свое время предсказал открытие элемента №43 и даже дал ему предварительное название «эка-марганец».

Этот элемент никак не удавалось обнаружить в природе, так как у него вообще нет стабильных изотопов. Лишь жесткая многомесячная «бомбардировка» молибдена ядрами дейтерия дала ученым возможность получить небольшое количество нового вещества, которое они, в силу его лабораторного происхождения, назвали технецием (от греч. «технетос» — искусственный).

Интересно, что в отличие от земных условий технеций вполне может существовать как устойчивый элемент где-нибудь в космосе. В частности, его следы еще в середине прошлого века были обнаружены в спектрах некоторых звезд из созвездий Лебедя, Андромеды, Гидры и Кита. Эти звезды даже получили название «технециевых».

С тех пор в разных научных центрах мира было синтезировано несколько десятков химических элементов. Наибольшее их количество — в России (СССР) и США. Три элемента — лоуренсий (атомный номер 103), резерфордий (104) и дубний (105) — были получены независимо на русских и американских ускорителях.

Последний, 118-й химический элемент, оганесон, был синтезирован в 2005 году в России, в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, в сотрудничестве с Ливерморской национальной лабораторией (США). Свое название оганесон получил в 2016 году в честь академика РАН Юрия Цолаковича Оганесяна.

Нихоний: наши против японцев

И это не единственный случай, когда между открытием нового элемента и присуждением ему официального названия проходили многие годы. За сухими цифрами зачастую скрывались настоящие «драмы идей» и долгие яростные споры о международном приоритете.

Показательна в этом отношении история открытия элемента №113 — нихония. Российские ученые считали элемент №113 своим, полученным в 2003 году в Дубне, в лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова. Однако на первенство открытия претендовали также США и Япония, и у них были на то серьезные основания.

Нихоний был получен в результате невероятно тяжелой и трудоемкой работы: для образования одного атома нового элемента должно было произойти более 100 триллионов столкновений легких и тяжелых атомных ядер…

Потом в течение 12 лет продолжалось ожесточенное «выяснение отношений» в самых высоких международных научных инстанциях (нихоний в то время существовал под временными названиями экаталлий и унунтрий). В результате сертификат на открытие получил японский институт физико-химических исследований (сокращенное название по первым иероглифам — Riken).

Годом позже элемент № 113 стал, в честь Японии, называться Nihonium, и его символ Nh был торжественно внесен в Периодическую таблицу. Для японских ученых это было настоящим праздником, ведь это первое открытие подобного масштаба, сделанное в их стране.

Из пресловутой «японской вежливости» или по объективным причинам японцы отметили высокий уровень российской науки и признались, что российские физики являлись самыми серьезными конкурентами в «гонке» за новым элементом. Но тут же заявили, что не намерены останавливаться на достигнутом и что Япония в самом ближайшем будущем откроет еще один новый элемент.

И действительно, в последние годы соревнование за следующий, 119-й элемент таблицы Менделеева возобновилось — с еще большим напряжением научных сил, энергий и мощностей.

Как в недрах звезд

Синтез каждого следующего элемента Периодической таблицы становится на порядок более сложным, энергоемким и дорогостоящим, чем получение предыдущего.

Необходимо длительное время бомбардировать тяжелое атомное ядро-мишень более легкими и запускать тем самым ядерный синтез. То, что в недрах звезд происходит «само собой», в земных условиях требует фантастических мощностей ускорителей заряженных частиц.

Японская ежедневная газета Sankei Shimbun в январе 2021 года посетовала на сложности получения элемента №119 (который предварительно назвали Унуненний) и жесткую конкуренцию со стороны физиков Дубны, которые идут своим, отличным от японцев, путем.

Японцы планируют использовать суперускоритель, разгоняющий заряженные частицы до 1/10 скорости света. В качестве мишени будут использоваться ядра кюрия (№96 в Периодической таблице), а «бомбардировать» их предполагается ядрами ванадия (№23).

Чтобы достичь цели, мощность ускорителя должна быть по меньшей мере в пять раз выше, чем при синтезе нихония. Между тем, по имеющимся у японцев данным, такой ускоритель в Дубне уже есть.

Все же физики института Riken надеются, что их выбор «мишени и пуль» для синтеза элемента №119 скорее приведет их к цели, чем выбор русских коллег. Физики Дубны собираются сталкивать ядра титана (№22) и берклия (№97).

И у того, и у другого пути есть свои преимущества и недостатки, но подробности, по понятным причинам, держатся в секрете.

США: в любом случае в выигрыше

Однако перед обеими странами помимо прочих трудностей возникает проблема «сырья» для ускорителей. Дело в том, что и кюрий, и берклий — сами по себе трудно синтезируемые радиоактивные элементы и в достаточном для экспериментов количестве вырабатываются сейчас только в США.

Ранее США пытались создать нихоний в сотрудничестве с Россией, но теперь решили «не рисковать». Проще и надежней поставить элементы-мишени и в Россию, и в Японию. В этом случае Америке обеспечено соавторство открытия элемента №119, где бы и когда его ни синтезировали.

Sankei Shimbun сообщила также, что в гонке за 119-й элемент, возможно, примет участие Германия. Конкретно — научно-исследовательский институт тяжелых ионов им. Гельмгольца. Американцы и им готовы поставить тяжелые элементы для мишеней — разумеется, за соответствующую плату и гарантию соавторства.

Но честь открытия нового элемента, очевидно, стоит того, чтобы поделиться ею с заокеанским поставщиком. Главное — быть первым и дать новому элементу свое, национальное имя.

Кодзи Моримото, один из руководителей проекта, высказался на страницах Sankei Shimbun следующим образом: «Препятствий на нашем пути много, но я рассчитываю, что в течение нескольких лет нам все-таки удастся синтезировать атомы 119-го элемента. Мы приложим все силы, чтобы добиться успеха и в очередной раз обеспечить выход Японии на передний край мировой науки».

В отличие от японцев наши физики не делают никаких громких заявлений и не делятся своими опасениями. Им не надо никому ничего доказывать. Они и так на переднем крае мировой науки. Они просто работают.

Ольга СТРОГОВА