T

o jest jak labirynt: tylko jedna wà-
ska Êcie˝ka prowadzi do celu.
W tym duchu rozpoczynamy eks-

peryment – tworzenie nowych, super-
ci´˝kich pierwiastków. Trzeba je produ-
kowaç wed∏ug ˝mudnej i skompliko-
wanej procedury: zderzamy jedne jàdra
atomowe z drugimi przy bardzo du˝ych
pr´dkoÊciach i oczekujemy, ˝e nastàpi
ich fuzja. Otrzymany w ten sposób pro-
dukt jest niezwykle delikatny i na ogó∏
natychmiast ulega rozpadowi.

Tylko w bardzo szczególnych warun-

kach nowy pierwiastek b´dzie mia∏ szan-
s´ przetrwaç faz´ produkcji i osiàgnàç
stabilnà konfiguracj´, którà nazywamy
stanem podstawowym. Jednak nawet
w przypadku, gdy te warunki zostanà
spe∏nione, powstaje on w mikroskopij-
nych iloÊciach. Aby wytworzyç pierwia-
stek 112, najci´˝szy spoÊród dotychczas
sztucznie uzyskanych, prowadziliÊmy
eksperyment 24 doby bez przerwy i uzy-
skaliÊmy dwa atomy 112, które ˝y∏y
zaledwie mikrosekundy. Kiedy póênà
wiosnà br. rozpocz´liÊmy polowanie na
pierwiastek 113, spodziewaliÊmy si´,
˝e cz´stoÊç jego powstawania b´dzie
ni˝sza o czynnik dwa lub trzy. Usi∏o-
waliÊmy wobec tego wytworzyç go w
eksperymencie trwajàcym 42 dni. Nie
znaleêliÊmy niczego. Wcià˝ zadajemy so-
bie pytanie, dlaczego tak si´ sta∏o. Czy

êle dobraliÊmy energi´ zderzeƒ? Czy cz´-
stoÊç powstawania jest ni˝sza, ni˝ prze-
widywaliÊmy? A mo˝e pierwiastek 113
ma jakàÊ niezwyk∏à w∏asnoÊç, która spra-
wia, ˝e trudno go zarejestrowaç za po-
mocà aparatury obecnie stosowanej?

Mimo trudnoÊci, jakie napotykamy

w produkcji nowych, tak krótko ˝yjà-
cych pierwiastków, pytania pozostajàce
bez odpowiedzi nie pozwalajà nam za-
rzuciç badaƒ. W ciàgu ostatnich 60 lat
badacze uzyskali 20 pierwiastków nie
wyst´pujàcych w przyrodzie. Ile ich
jeszcze potrafimy wytworzyç?

Sztuczne pierwiastki

W 1936 fizyk Emilio G. Segre` praco-

wa∏ przy cyklotronie w Berkeley (Kali-
fornia) w laboratorium swego przyjacie-
la Ernesta O. Lawrence’a. Segre` naÊwietli∏
próbk´ molibdenu czàstkami zwanymi
deuteronami, a nast´pnie zabra∏ jà do sie-
bie do Uniwersytetu w Palermo. Tam
odkry∏ pierwszy wytworzony przez cz∏o-
wieka pierwiastek, technet, o liczbie ato-
mowej 43. (Liczba atomowa oznacza nu-
mer pierwiastka w uk∏adzie okresowym,
równy liczbie dodatnio na∏adowanych
czàstek, czyli protonów, które znajdujà
si´ wewnàtrz jàdra atomowego.)

Do wytworzenia technetu zainspiro-

wa∏y go eksperymenty prowadzone

przez innego w∏oskiego fizyka, Enrica
Fermiego. W 1934 roku Fermi, pracujà-
cy wówczas w Université degli Studi di
Roma la Sapienza, wpad∏ na pomys∏,
˝e mo˝na by wytwarzaç nowe pier-
wiastki, bombardujàc centralnà cz´Êç
atomów, czyli ich jàdra, neutralnymi
czàstkami zwanymi neutronami. Wcho-
dzà one w sk∏ad jàder atomowych, lecz
pojedynczy neutron potrafi wniknàç
w jàdro i zostaç przez nie wychwy-
cony. Powsta∏e w ten sposób jàdro
mo˝e byç stabilne lub radioaktywne.
W tym drugim przypadku w procesie
zwanym rozpadem beta neutron prze-
chodzi w proton, elektron i antyneutri-
no (oboj´tnà elektrycznie, praktycznie
bezmasowà czàstk´, cz´sto powstajàcà
w rozpadzie jàdrowym). W wyniku pro-
cesu wychwycenia neutronu przez jà-
dro, a nast´pnie rozpadu beta wzrasta
liczba protonów w jàdrze, a zatem i licz-
ba atomowa; powstajà w ten sposób no-
we pierwiastki.

Pomys∏ naÊwietlania neutronami jà-

der ró˝nych pierwiastków podchwyci-
∏y inne grupy badawcze. W 1940 roku
Edwin M. McMillan i Philip H. Abelson,
obaj z University of California w Berke-
ley, odnieÊli du˝y sukces. Zsyntetyzo-
wali na tamtejszym cyklotronie w wyni-
ku naÊwietlaƒ neutronami pierwiastek
o liczbie atomowej 93, czyli kolejny po-

56 Â

WIAT

N

AUKI

Listopad 1998

Tworzenie

nowych pierwiastków

W ostatnich latach uzyskano trzy nowe pierwiastki

o liczbach atomowych 110, 111 i 112. W bliskim zasi´gu sà kolejne: 113 i 114.

Czy na nich skoƒczy si´ ju˝ tablica Mendelejewa?

Peter Armbruster i Fritz Peter Hessberger

a

b

CYNK

O¸ÓW

wy˝ej uranu, najci´˝-

szego znanego wów-

czas pierwiastka

wyst´pujàcego w

przyrodzie. (Sto-

sownie do tego

pierwiastek 93 zo-

sta∏ nazwany nep-

tunem, poniewa˝ Ne-

ptun jest nast´pnà pla-

netà za Uranem.) W latach

czterdziestych i pi´çdziesiàtych grupa
Amerykanów – skupiona wokó∏ Glen-
na T. Seaborga z Lawrence Berkeley Na-
tional Laboratory – kontynuujàc prac´
naukowà podj´tà w czasie wojny do-
tyczàcà badaƒ nad bronià jàdrowà, od-
kry∏a szereg nowych pierwiastków: plu-
ton (o liczbie atomowej 94), ameryk (95),
kiur (96), berkel (97), kaliforn (98), ein-
stein (99) i ferm (100).

Te osiem pierwiastków wytwarza si´

w mierzalnych iloÊciach, stosujàc zapro-
ponowane przez Fermiego po∏àczenie

wychwytu neutronu i rozpadu beta;
uzyskane iloÊci sà jednak bardzo ró˝-
ne. Obecnie Êwiatowy zapas plutonu
wynosi ponad 1000 ton (10

30

atomów),

fermu natomiast nigdy nie przekracza∏
bilionowych cz´Êci grama (10

10

ato-

mów). Niestety, przepis Fermiego koƒ-
czy si´ na fermie – poza tym punktem
nie zachodzi rozpad beta, tak wi´c na-
st´pne pierwiastki nie mogà byç wy-

twarzane tà technikà. Potrzebne by∏o za-
tem nowe podejÊcie.

Mi´dzynarodowa rywalizacja

Metoda, która sama si´ narzuca∏a, po-

lega∏a na zderzaniu przy bardzo du˝ych
pr´dkoÊciach lekkich pierwiastków, ta-
kich jak w´giel (liczba atomowa 6), azot
(7) lub tlen (8) z transuranowcami – od
plutonu (94) po einstein (99) – w nadziei,
˝e energia zderzenia spowoduje fuzj´
dwu jàder i powstanie jeszcze ci´˝szych
pierwiastków. Ogromne trudnoÊci prak-
tyczne, które pojawi∏y si´ podczas prób
zderzania ze sobà dwóch jàder, by∏y nie
lada wyzwaniem badawczym.

Aby móc przeprowadziç te ekspery-

menty, naukowcy ulepszyli istniejàcà
technologi´ (mianowicie cyklotron) i po
raz pierwszy zbudowali liniowe akcele-
ratory. Te urzàdzenia pozwalajà przy-
spieszaç wiàzki jonów o du˝ej intensyw-
noÊci do dobrze okreÊlonych energii.

Â

WIAT

N

AUKI

Listopad 1998 57

PIERWIASTEK 112 powstaje, kiedy jàdro cynku ude-
rza w jàdro o∏owiu z si∏à wystarczajàcà na pokona-
nie naturalnego odpychania dwu dodatnio na∏ado-
wanych jàder (a). Nast´puje synteza obu jàder (b)
w jedno, które jest bardzo niestabilne. Natychmiast
uwalnia ono jeden neutron, w wyniku czego powsta-
je izotop 277 pierwiastka 112 (c). Nowy pierwiastek
˝yje kilkaset mikrosekund, po czym dochodzi do je-
go radioaktywnego rozpadu z nast´pujàcymi pier-
wiastkami potomnymi w ∏aƒcuchu (d–i): pierwiastek
110, has, seaborg, rutherford, nobel i ferm.

c

d

e

f

g

h

i

NEUTRON

PIERWIASTEK 112

PIERWIASTEK 110

SEABORG

RUTHERFORD

NOBEL

FERM

HAS

CZÑSTKA ALFA

(2 NEUTRONY

ORAZ 2 PROTONY)

TOMO NARASHIMA

Stosowanie pierwiastków transurano-
wych oznacza∏o, ˝e ta technika wyma-
ga∏a dost´pu do wielkich reaktorów jà-
drowych, czyli mog∏a byç wprowadzona
tylko w krajach posiadajàcych broƒ jà-
drowà. W rezultacie w okresie zimnej
wojny dwa zaanga˝owane w badania
oÊrodki naukowe – Lawrence Berkeley
National Laboratory w Stanach Zjedno-
czonych i Zjednoczony Instytut Badaƒ
Jàdrowych (ZIBJ) w Dubnej w Rosji – ry-
walizowa∏y ze sobà nie tylko naukowo,
ale te˝ politycznie.

Do roku 1955 grupa z Berkeley wy-

produkowa∏a pierwiastek 101, mende-
lew, w wyniku fuzji helu (pierwiastek
o liczbie atomowej 2) i einsteinu (99).
W latach 1958–1974 obie grupy wytwo-
rzy∏y pierwiastki: nobel (102), lorens
(103), rutherford (104), dubn (105) i
seaborg (106). By∏ to okres tak wielkie-
go napi´cia, ˝e Stany Zjednoczone i Ro-
sja wcià˝ spierajà si´ o to, kto pierwszy
odkry∏ te pierwiastki oraz jak powinny
si´ nazywaç. Wymienione tu nazwy od-
powiadajà tym, które uznawane sà
przez Mi´dzynarodowà Uni´ Chemii
Czystej i Stosowanej (International
Union of Pure and Applied Chemistry)
[tabela na stronie 60].

Po wytworzeniu pierwiastka 106 na-

ukowcy natrafili na kolejnà przeszkod´:
standardowa technika fuzji nie nadawa-
∏a si´ do produkcji dalszych nowych
pierwiastków. W tym czasie do wyÊci-
gu w∏àczy∏y si´ Niemcy. Wraz z powsta-
niem w grudniu 1969 roku Gesellschaft
für Schwerionenforschung (GSI – Insty-
tutu Badaƒ Ci´˝kich Jonów) w Darm-

stadcie, niemieccy chemi-
cy i fizycy zacz´li ucze-
stniczyç w badaniach, któ-
re do tej pory by∏y wy-
∏àcznà domenà badaczy
amerykaƒskich i radziec-
kich. Kilka lat póêniej,
w roku 1975, w GSI za-
czà∏ dzia∏aç akcelerator
ci´˝kich jonów UNILAC
(Universal Linear Acce-
lerator), którego inicjato-
rem budowy by∏ Chri-
stoph Schmelzer z Uni-
wersytetu w Heidelber-
gu (pierwszy dyrektor
Instytutu).

Ta nowoczesna maszy-

na po raz pierwszy umo˝-
liwi∏a przyspieszanie wszy-
stkich rodzajów jonów,

w tym uranu, do okreÊlo-
nej, wymaganej energii,
pozwalajàc na du˝à swo-
bod´ w doprowadzeniu
do syntezy dwu jàder.
Jednym z g∏ównych ce-

lów stawianych badaczom pracujàcym
z akceleratorem UNILAC by∏o wytwo-
rzenie pierwiastków o liczbie atomowej
od 107 do co najmniej 114 – nazywanych
superci´˝kimi pierwiastkami. Dlaczego
naukowcom zale˝y akurat na pierwiast-
ku 114? Wed∏ug obliczeƒ teoretycznych
powinien on byç szczególnie trwa∏y, po-
niewa˝ jego jàdro, jak nazywajà to fizy-
cy, ma zamkni´tà pow∏ok´.

W 1948 roku Otto Haxel, J. Hans D.

Jensen i Hans E. Suess z Carl-Ruprecht
Universität w Heidelbergu, jak równie˝
Maria Goeppert-Mayer z Argonne Na-
tional Laboratory zauwa˝yli interesujà-
ce regularnoÊci dla liczb neutronów
i protonów znajdujàcych si´ w jàdrach
atomowych: niektóre kombinacje liczb
tych dwu subatomowych czàstek da-
wa∏y jàdra, które by∏y znacznie stabil-
niejsze ni˝ sàsiednie. Podobne regular-
noÊci zaobserwowano te˝ wczeÊniej dla
liczb elektronów w atomach – pewne
specyficzne zestawy elektronów dawa-
∏y pierwiastki chemicznie nieaktywne.
Naukowcy stwierdzili, ˝e wià˝e si´ to
ze sposobem, w jaki elektrony zape∏nia-
jà kolejne pow∏oki energetyczne otacza-
jàce jàdra atomowe. Niektóre pow∏oki
zawierajà tylko dwa elektrony, podczas
gdy inne mogà ich mieç nawet 14. Bada-
cze stwierdzili, ˝e najbardziej nieaktyw-
ne pierwiastki – nie oddzia∏ujàce chemicz-
nie gazy szlachetne – majà najbardziej
zewn´trznà pow∏ok´ ca∏kowicie zape∏-
nionà lub jak to nazwali, „zamkni´tà”.

Wykorzystujàc pomys∏ zape∏niania

pow∏ok elektronowych, Goeppert-Ma-
yer oraz niezale˝nie Jensen rozwin´li

model pow∏okowy jàdra atomowego
i pokazali, ile potrzeba neutronów i pro-
tonów, by utworzy∏y si´ zamkni´te po-
w∏oki. Za to odkrycie w 1963 roku obo-
je otrzymali Nagrod´ Nobla z fizyki.

Dla ka˝dego atomu danego pierwiast-

ka liczba protonów w jàdrze pozostaje ta
sama. Mogà jednak istnieç rozmaite od-
miany niektórych pierwiastków – izo-
topy, z których ka˝dy ma innà liczb´
neutronów w jàdrze. Izotopy rozró˝nia
si´ za pomocà tzw. liczby masowej, rów-
nej sumie liczb protonów i neutronów
w jàdrze. Do stabilnych izotopów z wy-
jàtkowo trwa∏ymi jàdrami nale˝à wapƒ
40 (20 protonów i 20 neutronów), wapƒ
48 (20 protonów i 28 neutronów) oraz
o∏ów 208 (82 protony i 126 neutronów).
Zamkni´tà pow∏ok´ powinien te˝ mieç
jeden izotop pierwiastka 114 ze 114 pro-
tonami i 184 neutronami. Pierwiastki sà-
siadujàce z tymi o zamkni´tych pow∏o-
kach fizycy nazwali pierwiastkami na
„wyspie stabilnoÊci” – w morzu innych,
niestabilnych jàder.

Gdy tylko UNILAC zaczà∏ funkcjo-

nowaç, niezwykle ekscytowa∏y nas roz-
wa˝ania, czy uda si´ osiàgnàç t´ wysp´
stabilnoÊci. Z poczàtku wszystko wy-
glàda∏o obiecujàco. Teoretycy zapew-
niali, ˝e zgodnie z obliczeniami po∏o-
wiczne czasy ˝ycia pierwiastków w
pobli˝u 114 powinny byç d∏ugie, rz´du
miliardów lat, czyli porównywalne z po-
∏owicznymi czasami ˝ycia niektórych
l˝ejszych pierwiastków, jak uran czy tor.
(Po∏owiczny czas ˝ycia izotopu to czas
potrzebny na to, aby po∏owa danej licz-
by atomów uleg∏a rozpadowi radio-
aktywnemu.) SpodziewaliÊmy si´, ˝e
wyprodukujemy znaczne iloÊci super-
ci´˝kich pierwiastków – uzyskujàc w
ten sposób nowe materia∏y do badaƒ
dla chemików oraz nowe atomy dla fi-
zyków atomowych i jàdrowych.

Na poczàtku lat osiemdziesiàtych sta-

∏o si´ jasne, ˝e produkcja superci´˝kich
pierwiastków z okolicy pierwiastka 114
nie pójdzie tak ∏atwo. Zawiod∏y wszyst-
kie próby zsyntetyzowania ich z zasto-
sowaniem rozmaitych kombinacji poci-
sków i tarcz w reakcjach jàdrowych.
Dalsze wysi∏ki znalezienia tych pier-
wiastków w przyrodzie równie˝ pro-
wadzi∏y do nikàd.

Zimna fuzja

Kiedy dowiedzieliÊmy si´ o wa˝nym

odkryciu, którego w 1974 roku doko-
nali Jurij Oganessian i jego partner Alek-
sandr Demin na urzàdzeniu w Dubnej,
pos∏u˝yliÊmy si´ ich nowà strategià
w GSI do produkcji superci´˝kich pier-
wiastków. Oganessian i Demin bombar-
dowali tarcz´ zrobionà z o∏owiu (pier-

58 Â

WIAT

N

AUKI

Listopad 1998

WYSI¸EK ZESPO¸OWY jest nieodzowny w tworzeniu no-
wych pierwiastków. Autorzy artyku∏u sfotografowani tu zo-
stali z zespo∏em, który wyprodukowa∏ pierwiastek 112, do-
tychczas najci´˝szy spoÊród sztucznie otrzymanych. Peter
Armbruster stoi trzeci od lewej w pierwszym rz´dzie. Fritz
Peter Hessberger stoi w tylnym rz´dzie najbardziej na lewo.

GSI

MAGNESY

SKUPIAJÑCE

MAGNESY

SKUPIAJÑCE

TARCZA

KO¸OWA

WIÑZKA JONÓW

POCH¸ANIACZ WIÑZKI

MAGNETYCZNE

URZÑDZENIA ODCHYLAJÑCE

MAGNES

DETEKTORY PR¢DKOÂCI

DETEKTOR KRZEMOWY

DETEKTOR

PROMIENIOWANIA GAMMA

ELEKTROSTATYCZNE

URZÑDZENIA ODCHYLAJÑCE

ELEKTROSTATYCZNE

URZÑDZENIA ODCHYLAJÑCE

wiastek 82) jonami argonu (18) i produ-
kowali pierwiastek o liczbie atomowej
100, czyli ferm. Oganessian zauwa˝y∏,
˝e w procesie tym Êwie˝o powsta∏e jà-
dra podgrzewa∏y si´ znacznie s∏abiej ni˝
podczas wy˝ej energetycznych zderzeƒ
potrzebnych przy naÊwietlaniu naj-
ci´˝szych izotopów transuranowych
bardzo lekkimi jonami, jak to zwykle
dotàd robiono. Z powodu tej ni˝szej
energii wzbudzenia – wnioskowa∏ Oga-
nessian – du˝o wi´cej jàder prze˝ywa∏o
proces syntezy i nie ulega∏o nast´pnie
rozszczepieniu i rozpadowi.

ZainteresowaliÊmy si´ w GSI tà techni-

kà; nazwaliÊmy jà „zimnà” fuzjà z uwa-
gi na ni˝szà energi´ wzbudzenia, a za-
tem i na mniejsze podgrzanie jàdra w
wyniku tej procedury. (Ta metoda nie
ma oczywiÊcie nic wspólnego z dysku-
sjà sprzed kilku lat o rzekomej fuzji ato-
mów deuteru, zachodzàcej w probówce
w temperaturze pokojowej.) Badacze
z Berkeley uznali zimnà fuzj´ za cieka-
wostk´ i nie potraktowali jej powa˝nie,
podczas gdy dla nas by∏a to jedyna szan-
sa wejÊcia w t´ dziedzin´ badaƒ. Przede
wszystkim wyjÊciowe materia∏y, o∏ów i
bizmut, sà ∏atwo dost´pne w przyrodzie
i nie trzeba ich by∏o produkowaç w re-
aktorach jàdrowych. Ponadto konstruk-
cja akceleratora UNILAC pozwala∏a na
u˝ywanie wszystkich rodzajów jonów
jako pocisków i na zmian´ ich energii ma-

∏ymi krokami, tak ˝e ∏atwo by∏o powtór-
nie uzyskaç jej dowolnà wartoÊç.

DysponowaliÊmy te˝ odpowiednim

urzàdzeniem do oddzielania i rejestro-
wania produktów pochodzàcych z re-
akcji syntezy. Poniewa˝ UNILAC by∏
budowany w GSI, Gottfried Münzen-
berg kierowa∏ zespo∏em z∏o˝onym z na-
ukowców z GSI i z II Physikalisches In-
stitut w Justus Liebig Universität Giessen
w Niemczech, który zbudowa∏ w tym
w∏aÊnie celu specjalny filtr, zwany sepa-
ratorem produktów reakcji ci´˝kich jo-
nów (SHIP). Usuwa on jony pocisków
i niechciane produkty uboczne reakcji
fuzji, ogniskujàc wydajnie po˝àdane pro-
dukty w detektorze, który pozwala je zi-
dentyfikowaç na podstawie produktów
ich radioaktywnego rozpadu.

Pierwiastek 107 i dalsze

Na poczàtku lat osiemdziesiàtych

nasza grupa zdo∏a∏a przekonywujàco
udowodniç, ˝e metoda zimnej fuzji
dzia∏a: zidentyfikowaliÊmy bohr (pier-
wiastek 107), has (108) i meitner (109).
Wkrótce potem opisaliÊmy naszà tech-
nik´ na tych ∏amach [patrz: Peter Arm-
bruster i Gottfried Münzenberg, „Cre-
ating Superheavy Elements”; Scientific
American, maj 1989].

Osiàgnàwszy sukces, stwierdziliÊmy

jednak, ˝e wytworzenie pierwiastka 110

wymagaç b´dzie ulepszenia naszych
technik doÊwiadczalnych. Aby na przy-
k∏ad otrzymaç pojedynczy atom pier-
wiastka 109 (meitner), akcelerator mu-
sia∏ pracowaç przez dwa tygodnie. Poza
tym mo˝liwoÊç wyprodukowania tych
superci´˝kich pierwiastków spada o
czynnik trzy dla ka˝dego nowego do-
datku do uk∏adu okresowego, czyniàc
ich detekcj´ coraz trudniejszà.

Mimo tych potencjalnych trudnoÊci na-

dal stosowaliÊmy metod´, która spraw-
dzi∏a si´ nam w przesz∏oÊci. Zespo∏y
z Berkeley i Dubnej wróci∏y do po-
przedniej metody „goràcej” fuzji, tak
wi´c przynajmniej nie mieliÊmy w tym
czasie konkurencji. Poprzez wprowa-
dzenie szeregu zmian w konstrukcji
akceleratora UNILAC uda∏o nam si´
potroiç intensywnoÊç wiàzki jonów.
Zwi´kszyliÊmy te˝ o czynnik trzy czu-
∏oÊç filtrujàcego urzàdzenia SHIP. Wre-
szcie nasz kolega Sigurd Hofmann zbu-
dowa∏ nowy uk∏ad detekcyjny o wi´k-
szej czu∏oÊci.

Zmieni∏ si´ te˝ troch´ nasz zespó∏.

Do pierwotnej grupy (my dwaj, Hof-
mann, Münzenberg, Helmut Folger,
Matti E. Leino, Victor Ninov i Hans-Jo-
achim Schött) do∏àczy∏a nowa ekipa:
Andriej G. Popeko, Aleksandr V. Jere-
min i Andriej N. Andriejew z Labora-
torium Florowa Reakcji Jàdrowych w
Dubnej, jak równie˝ Stefan Saro i Ru-

APARATURA FILTRUJÑCA pozwala ba-
daczom z GSI izolowaç jàdra superci´˝kich
atomów. Jak widaç na zdj´ciu, urzàdzenie
to zajmuje ca∏y pokój.

Kiedy wiàzka jonów opuÊci ko∏owà tarcz´, w której w wyni-

ku syntezy formowane sà nowe pierwiastki, przechodzi

przez szereg magnesów skupiajàcych oraz elektrosta-

tycznych i magnetycznych urzàdzeƒ odchylajàcych.

Te urzàdzenia kierujà nie spe∏-
niajàce warunków eksperymentu
jony na zewnàtrz toru wiàzki, pozo-
stawiajàc tylko po˝àdane produkty fuzji.

Wiàzka przechodzi nast´pnie przez dodatkowe urzàdzenia

odchylajàce i magnesy, które kierujà jàdra do uk∏adu

trzech detektorów. S∏u˝à one do pomiaru ró˝nych

wielkoÊci charakteryzujàcych jàdra powsta∏e na

skutek fuzji. ZnajomoÊç takich czynników, jak

pr´dkoÊç i produkty radioaktywnego roz-

padu, pozwala naukowcom zidenty-

fikowaç wytworzony pierwiastek.

GSI

IAN WORPOLE

dolf Janik z Uniwersytetu J. A. Komen-
skiego w Bratys∏awie w S∏owacji. Od
1973 roku pozostawaliÊmy w bliskim
kontakcie z zespo∏em dubieƒskim, ale
dopiero zmiany polityczne pozwoli∏y
tamtejszym naukowcom bezpoÊrednio
z nami wspó∏pracowaç.

Kiedy wznowiliÊmy dzia∏anie UNILAC

w 1993 roku, wykonaliÊmy szereg ekspe-
rymentów testowych z wiàzkami argo-
nu 40 (pierwiastek 18) i tytanu 50 (pier-
wiastek 22), które s∏u˝y∏y do produkcji
ró˝nych izotopów mendelewu i ruther-
fordu. ProwadziliÊmy te˝ testy majàce
na celu w∏aÊciwy dobór energii przy wy-
twarzaniu pierwiastka 110. Wszystkie
te próby dowiod∏y, ˝e nasze ulepszenia
by∏y trafne: zarówno intensywnoÊç wiàz-
ki, jak i czu∏oÊç detektora zdecydowa-
nie wzros∏y.

Po trwajàcej ponad 10 lat przerwie 9

listopada 1994 roku mogliÊmy w koƒcu
zidentyfikowaç produkty rozpadu nie-

znanego wczeÊniej pierwiastka: w wy-
niku syntezy o∏owiu 208 (pierwiastek 82)
i niklu 62 (pierwiastek 28) utworzone zo-
sta∏o nowe jàdro o liczbie masowej 270,
zawierajàce 110 protonów. To jàdro na-
tychmiast wystrzeli∏o jeden neutron, da-
jàc izotop 269 pierwiastka 110. Nowy izo-
top mia∏ czas po∏owicznego rozpadu
170 µs; zmierzyliÊmy go, Êledzàc rozpad
jàdra na produkty potomne. W tym przy-
padku jàdro wystrzeli∏o seri´ czterech
czàstek alfa – ka˝dà b´dàcà jàdrem helu
o dwu neutronach i dwu protonach –
tworzàc jako produkt potomny izotop
257 rutherfordu (pierwiastka 104). W ko-
lejnych eksperymentach wytworzyliÊmy
te˝ izotop 271 pierwiastka 110. Ten izo-
top okaza∏ si´ ∏atwiejszy do wyprodu-
kowania, poniewa˝ cz´stoÊç jego wy-
twarzania by∏a cztery razy wi´ksza ni˝
izotopu 257.

Mniej wi´cej miesiàc póêniej, 17 grud-

nia 1994 roku, w 25 rocznic´ powstania

GSI, odkryliÊmy pierwiastek 111 po na-
Êwietleniu bizmutu 209 niklem 64. Ten
eksperyment w sposób istotny potwier-
dzi∏ teori´ pow∏ok jàdrowych. Zgodnie
z nià dwa z produktów rozpadu pier-
wiastka 111 (izotop 268 meitneru i izo-
top 264 bohru) okaza∏y si´ bardziej sta-
bilne ni˝ wczeÊniej zaobserwowane
l˝ejsze izotopy tych pierwiastków.

W nast´pnym cyklu eksperymentów

zaplanowaliÊmy zastosowanie bogatego
w neutrony cynku 70 jako pocisku, ma-
jàc nadziej´ na wytworzenie pierwiast-
ków 112 i 113. W lutym 1996 roku uda-
∏o nam si´ wyprodukowaç pierwiastek
112, najci´˝szy, jaki kiedykolwiek zo-
sta∏ wytworzony w laboratorium.

UzyskaliÊmy jednak mniejszà jego

iloÊç, ni˝ si´ spodziewaliÊmy; jak wy˝ej
wspomniano, wytworzyliÊmy dwa ato-
my w ciàgu 24 dni. Czas po∏owicznego
rozpadu izotopu pierwiastka 112 wy-
nosi∏ 240 µs. PotrafiliÊmy zidentyfiko-

60 Â

WIAT

N

AUKI

Listopad 1998

PIERWIASTEK

ODKRYWCA LUB ODKRYWCY

NAZWA (proponowana przez)

OFICJALNA NAZWA (symbol chemiczny)

102

Pierwsze zg∏oszenie: Instytut

Joliot (Dubna)

Nobel (No); na czeÊç Alfreda Nobla,

Nobla w Sztokholmie, Szwecja

Nobel (Instytut Nobla, CNIC)

szwedzkiego wynalazcy i fundatora Nagród Nobla

Dodatkowe zg∏oszenia:
University of California,
Berkeley; ZIBJ, Dubna, Rosja

103

Sporny: zespo∏y z Dubnej

Lorens (Berkeley, CNIC)

Lorens (Lr); na czeÊç Ernesta O. Lawrence’a,

i z Berkeley zg∏aszajà pierwszeƒstwo

wynalazcy cyklotronu

104

Sporny: zespo∏y z Dubnej

Dubn (CNIC)

Rutherford (Rf); na czeÊç urodzonego na Nowej

i z Berkeley zg∏aszajà pierwszeƒstwo

Kurczatow (Dubna)

Zelandii fizyka Ernesta Rutherforda, którego

Rutherford (Berkeley)

prace mia∏y podstawowe znaczenie dla
zrozumienia budowy jàdra atomowego

105

Sporny: zespo∏y z Dubnej

Hahn (Berkeley)

Dubn (Db); na czeÊç laboratorium w Dubnej

i z Berkeley zg∏aszajà pierwszeƒstwo

Joliot (CNIC)
Nielsbohr (Dubna)

106

Berkeley (bezsporny)

Rutherford (CNIC)

Seaborg (Sb); na czeÊç Glenna T. Seaborga,

Seaborg (Berkeley)

amerykaƒskiego chemika, wspó∏odkrywcy
11 sztucznie wytworzonych pierwiastków

107

GSI, Darmstadt, Niemcy (bezsporny)

Bohr (CNIC)

Bohr (Bh); na czeÊç duƒskiego fizyka Nielsa

Nielsbohr (GSI)

Bohra, którego badania znaczàco przyczyni∏y si´
do wspó∏czesnego zrozumienia budowy atomu

108

GSI (bezsporny)

Hahn (CNIC)

Has (Hs); na czeÊç landu Hesja,

Has (GSI)

w którym le˝y Darmstadt

109

GSI (bezsporny)

Meitner (GSI, CNIC)

Meitner (Mt); na czeÊç Lise Meitner,
austriackiej fizyczki, która pierwsza wysun´∏a
koncepcj´ rozszczepienia jàdra atomowego

Polityka nazewnictwa

S

pór o to, kto stworzy∏ pierwiastki 102 do 109, wywo∏a∏ Êwiato-
wà polemik´ dotyczàcà ich nazw. W 1994 roku Mi´dzynarodo-

wa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) powo∏a∏a Komisj´
Nomenklatury Chemii Nieorganicznej (Commission on Nomenc-
lature of Inorganic Chemistry – CNIC) do ustalenia oficjalnych
nazw tych pierwiastków (wiele z nich zosta∏o nieformalnie ochrzczo-

nych przez swoich odkrywców). Lista nazw zaproponowana przez
CNIC nie za˝egna∏a sporu, ale wr´cz go zaogni∏a. W ubieg∏ym
roku IUPAC poprosi∏a chemików z ca∏ego Êwiata o komentarze
w tej sprawie i w sierpniu 1997 roku ustali∏a ostateczne nazwy
podane poni˝ej. Pierwiastki od 110 do 112 nie zosta∏y jeszcze
oficjalnie nazwane.

waç izotop 277 tego pierwiastka dzi´ki
obserwacji jego radioaktywnego rozpa-
du i nast´pujàcej po nim emisji kolejno
6 czàstek alfa, aby osiàgnàç produkt po-
tomny, którym by∏ ferm 253 [ilustracja
na stronach 56 i 57]. W tym procesie zi-
dentyfikowaliÊmy nowy izotop pier-
wiastka 110 i nowy izotop hasu. Izotop
pierwiastka 112 by∏ pierwszym wytwo-
rzonym przez nas jàdrem z ponad 162
neutronami, czyli takà ich liczbà, która
daje zdeformowanà zamkni´tà pow∏o-
k´ jàdrowà. To wp∏yn´∏o na zwi´kszo-
nà stabilnoÊç pewnych produktów w
rozpadzie pierwiastka. W szczególno-
Êci stwierdziliÊmy, ˝e has 269, powsta-
jàcy podczas rozpadu izotopu 112, mia∏
czas po∏owicznego rozpadu 9.3 s. Na-
tomiast czas po∏owicznego rozpadu ha-
su 265, który obserwowano we wcze-
Êniejszych eksperymentach, wynosi∏
tylko 1.7 ms. Te rezultaty by∏y kolejnym
potwierdzeniem przewidywaƒ teorety-
ków, ˝e powinna wyst´powaç zamkni´-
ta orbita z 162 neutronami.

Tworzenie superci´˝kich pierwiast-

ków jest efektem starannego, d∏ugofa-
lowego planowania. Od czasu do czasu
odnosi si´ sukces; ostatnie osiàgni´cia
nie sà wi´c czymÊ wyjàtkowym. Kolejny
krok, który zamierzamy zrobiç – wytwo-
rzenie pierwiastków 113 i 114 – wyglà-
da na trudny.

Jak wspomnieliÊmy, do czasu napi-

sania tego artyku∏u ani w laboratoriach
w Niemczech, ani w Stanach Zjedno-
czonych czy Rosji mimo wysi∏ków i cz´-
stych prób nie uda∏o si´ wytworzyç
pierwiastków 113 lub 114. Niemniej jed-
nak przeszliÊmy d∏ugà drog´ od chwi-
li, gdy w latach czterdziestych Niels
Bohr przewidywa∏, ˝e ferm, pierwiastek
100, b´dzie ostatnim pierwiastkiem
uk∏adu okresowego. DziÊ mo˝emy iden-
tyfikowaç nowe pierwiastki o czasach
˝ycia krótszych ni˝ 10 µs. JeÊli na 10 mld
prób raz zdarzy si´ fuzja dwóch jàder
dajàca nowy, superci´˝ki atom, to my
go na pewno znajdziemy.

Z dotychczasowych obserwacji wy-

nika jednak, ˝e ka˝dy nowy pierwiastek

w uk∏adzie okresowym b´dzie trudniej-
szy do wyprodukowania ni˝ jego po-
przednik – i nic nie wskazuje na to, by
sytuacja mia∏a si´ zmieniç. Ciàg∏e do-
skonalenie technik eksperymentalnych
mo˝e doprowadziç nas do odkrycia nie-
uchwytnego pierwiastka 114 dzi´ki sto-
sowanej dotychczas z powodzeniem
metodzie zimnej fuzji. Niemniej g∏ównà
przeszkod´ w uzyskaniu pierwiastków
o wy˝szej liczbie atomowej jest podsta-
wowe prawo fizyki: dodatnio na∏ado-
wane jàdra odpychajà si´ nawzajem i te
odpychajàce si∏y rosnà, w miar´ jak jà-
dra stajà si´ wi´ksze. Chocia˝ dotych-
czas udawa∏o nam si´ przechytrzyç te
si∏y, nie b´dziemy mogli robiç tego w
nieskoƒczonoÊç.

Obecnie wszystkie laboratoria po-

szukujàce superci´˝kich pierwiastków
ÊciÊle ze sobà wspó∏pracujà i polityczne
wspó∏zawodnictwo nie jest ju˝ g∏ównà
si∏à nap´dowà. Mamy jednak nadziej´,
˝e nawet bez politycznych nacisków
zainteresowane kraje b´dà nadal wspie-
ra∏y badania nad superci´˝kimi pier-
wiastkami. Wiemy, ˝e te wysi∏ki praw-
dopodobnie nie zaowocujà praktycz-
nymi zastosowaniami, ale intelektual-
ne i technologiczne osiàgni´cia uzy-
skane w ich wyniku z pewnoÊcià je uza-
sadniajà. Wiemy, ˝e liczba pierwiast-
ków w uk∏adzie okresowym jest skoƒ-
czona. Pytanie, które czeka na odpo-
wiedê, brzmi: jak daleko uda si´ nam
go jeszcze rozszerzyç?

T∏umaczy∏a

Agnieszka Zalewska

Przypis t∏umaczki:

Polskie odpowiedniki oficjalnych nazw superci´˝-

kich pierwiastków, których u˝y∏am w t∏umacze-

niu, zosta∏y ustalone 21 marca 1998 roku na zebra-

niu Podkomisji Nomenklatury Nieorganicznej

Polskiego Towarzystwa Chemicznego. Krótkie

sprawozdanie z zebrania tej podkomisji zosta∏o

opublikowane w Post´pach Fizyki, tom 49 (1998), ze-

szyt 3, s.175. Bardzo dzi´kuj´ profesorowi Andrze-

jowi Budzanowskiemu za informacj´ o tej publika-

cji. W przypadku nazw, które nie zosta∏y oficjalnie

wprowadzone, a wyst´pujà w tabeli na s. 60 (w ory-

ginalnym artykule Joliotium, Kurchatorium, Hah-

nium i Nielsbohrium), zastosowa∏am spolszczenia,

pos∏ugujàc si´ zasadami sformu∏owanymi przez

podkomisj´ dla nazw oficjalnych.

Â

WIAT

N

AUKI

Listopad 1998 61

LABORATORIA zaawansowanej techno-
logii w Zjednoczonym Instytucie Badaƒ
Jàdrowych w Dubnej w Rosji (u góry)
i w Lawrence Berkeley National Laborato-
ry w Stanach Zjednoczonych (na dole) by-
∏y miejscem narodzin wielu nowych pier-
wiastków.

Informacje o autorach

PETER ARMBRUSTER i FRITZ PETER HESSBERGER pra-

cujà razem w Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI)

w Darmstadcie w Niemczech. Armbruster jest w GSI od

1971 roku. Jako samodzielny pracownik naukowy Wy-

dzia∏u Chemii Jàdrowej by∏ szefem projektu badawczego,

który doprowadzi∏ do zsyntetyzowania pierwiastków od

107 do 112. Jego obecne zainteresowania obejmujà te˝ me-

tody spalania odpadów jàdrowych. Hessberger przyby∏

do GSI w 1979 roku po studiach fizyki w Technische Hoch-

schule w Darmstadcie. Pracowa∏ z Armbrusterem nad syn-

tezà pierwiastków od 107 do 112 i uzyska∏ doktorat w 1985

roku. Hessberger zajmuje si´ te˝ badaniem reakcji jàdro-

wych i spektroskopià jàdrowà.

Literatura uzupe∏niajàca

ON THE PRODUCTION OF HEAVY ELEMENTS BY COLD FUSION: THE ELEMENTS 106 TO 109

.

Peter Armbruster, Annual Review of Nuclear and Particle Science, vol. 35, ss. 135-

-194, 1985.

RECENT ADVANCES IN THE DISCOVERY OF TRANSURANIUM ELEMENTS

. Gottfried

Münzenberg, Report on Progress in Physics, vol. 51, nr 1, ss. 57-104, I/1988.

AN ELEMENT OF STABILITY

. Richard Stone, Science, vol. 278, ss. 571-572, 24 X 1997.

MEINE 40 JAHRE MIT RÜCKSTOSSSPEKTROMETERN

. Peter Armbruster, Physik Blätter, vol.

53, ss. 661-668, 1997.

NEW ELEMENTS: APPROACHING Z = 114

. Sigurd Hofmann, Reports on Progress in Phy-

sics, vol. 61, nr 6, ss. 639-689, VI/1998.

GSI ma swojà stron´ WWW w j´zyku angielskim pod adresem http://www.

gsi.de/gsi.html oraz w j´zyku niemieckim pod adresem http://www.gsi.

de/gsi.welcome.deutsch.html

JURIJ TUMANOW

LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY