Из космоса на Землю

Возвратимся теперь к земным изотопам. Напомним — теоретические расчеты предсказывают для самых стабильных сверхъядер периоды полураспада, близкие к 100 млн. лет. Поэтому определим долю первозданного элемента, оставшуюся в условном «самородке» массой 1 кг, состоявшем 5 млрд. лет назад из чистого изотопа 108-го элемента, предполагая, что период полураспада изотопа этого сверхэлемента равен 100 млн. лет.

Как гласит древнее предание, великий магараджа предложил изобретателю шахмат выбрать награду себе за труды. Мудрец попросил, казалось бы, совсем немного зерна: столько, сколько придется на 64-ю клетку шахматной доски, если на первую положить два зерна (2¹), на вторую четыре (2²), на третью восемь (2³)... и так удваивать до 64-й клетки. Но после простого подсчета стало ясно, что на последнее шахматное поле придется отгрузить зерна намного больше годового урожая всей Индии!

Распад ядер подчиняется обратному закону. Природа поместила наш самородок на пятидесятую клетку доски и каждые сто миллионов лет перекладывала его на соседнюю — с меньшим номером и половинной массой сверхэлемента. Всего этот процесс занял 5 млрд. лет, а в самородке сохранилась только одна десятимиллионная доля первозданного вещества. Можно ли обнаружить такие концентрации современными методами анализа?

Сверхтяжелые ядра распадаются, как правило, на два ядра-осколка, разлетающиеся с очень большой скоростью, так что их энергия в десятки миллионов раз больше энергии, выделяющейся на один элементарный акт любой экзотермической химической реакции. Поэтому удается наблюдать единичные распады делящихся ядер. В нашем самородке за сто суток в среднем будет наблюдаться четыре распада. Конечно, обнаружить сверхъядра по этим распадам невозможно. Они будут замаскированы самопроизвольным делением атомов примесного урана, делением тяжелых элементов космическими лучами да и просто помехами, возникающими в самой измерительной аппаратуре. Практически установлено — современные методы регистрации позволяют отыскать спонтанно делящийся изотоп, если на килограмм вещества происходит один распад в сутки. Так что атомные ядра с периодом полураспада 100 млн. лет можно обнаружить, если их концентрация была бы в 25 раз выше, чем получившаяся в самородке после распада. Это условие выполняется, если теоретики ошиблись только на 10% и сверхэлемент распадается наполовину не за 100, а за 110 млн. лет. Ошибка в расчетах в ту или другую сторону значительно больше, и только эксперимент может дать окончательный ответ на вопрос, сохранились ли в Земле элементы с атомными номерами больше 100. Где искать эти элементы?

Обратимся к таблице Менделеева. По своему химическому поведению все трансурановые элементы начиная с америция близки к элементам редкоземельного ряда. Открытие в Дубне 104-го элемента — курчатовия и его изучение подтвердили предположение, что это сходство должно кончаться на 103-м элементе, а курчатовий—химический аналог гафния. Теперь очень надежно предсказываются свойства более далеких, еще не открытых элементов. Так, у 108-го элемента химические свойства должны быть близкими к свойствам осмия, у 110-го — к свойствам платины, а 114-й должен быть аналогом свинца: экасвинцом назвал бы его Менделеев. Поэтому, весьма вероятно, в процессе формирования земной коры и уже после того, как она образовалась, атомы сверхплатины должны сопутствовать атомам платины и содержаться в платиновых рудах, а атомы экасвинца — 114-го элемента — в свинцовых. Чтобы найти новые элементы с большими атомными номерами, нужно исследовать руды, которые содержат осмий, платину, золото,., свинец. Нужно попытаться обнаружить спонтанно делящиеся излучатели в этих рудах.

Но есть и другой путь. Осколки ядер оставляют в веществе, в котором происходят деления, следы. Эти следы очень невелики по размерам — всего несколько атомных диаметров. Наблюдать такие небольшие объекты можно только с помощью электронного микроскопа. Это очень и очень сложно. Главная трудность в том, что площадь, просматриваемая в электронный микроскоп за один прием, очень невелика. Поэтому, чтобы просмотреть площадь только в 1 см², требуется большое время. Однако физики нашли выход. Если поверхность слюды или стекла обработать специальными растворами, то в местах, где внедрились осколки, образуются довольно большие — в несколько микрометров — лунки, напоминающие лунные кратеры. Такие лунки можно быстро найти с помощью обычного оптического микроскопа.

Займемся теперь свинцовыми стеклами. Со свинцом в стекле может находиться и изотоп экасвин-ца — 114-го элемента. Если бы ядра экасвинца делились самопроизвольно, то осколки оставляли бы свои следы. Казалось, что после обработки поверхности стекла раствором плавиковой кислоты можно обнаружить следы сверхэлементов в свинце, когда-то добавленном в стекло. Преимущество такого способа в том, что увеличивается время эксперимента. Так, если взять стекло, сваренное 200 лет назад, то это значит, что и «опыт» по регистрации ядер экасвинца длился 200 лет. Даже ничтожные примеси за такое длительное время могли бы быть обнаружены.

К сожалению, нельзя брать более древние стекла. В них нет свинца. Технология свинцовых стекол была разработана в Англии примерно 200 лет тому назад, поэтому самый древний предмет, использованный физиками для анализа, — осколок английской вазы XVIII в., хранящийся в Ленинградском Эрмитаже.

перейти к началу страницы