При облучении америция-243 ионами неона-22 105-й элемент может образоваться только в случае полного слияния взаимодействующих ядер. Важно, что в этой и подобных ей реакциях вероятность образования искомого продукта чрезвычайно сильно зависит от энергии налетающей частицы: изменение энергии ионов всего на 10% уменьшает выход продуктов реакции более чем в 10 раз.

Другая особенность избранной реакции заключается в том, что к полному слиянию приводят лишь центральные, «лобовые», соударения взаимодействующих ядер. Поэтому ядра-продукты, в соответствии с законом сохранения импульса, летят строго вперед, по направлению пучка налетающих частиц. Если же происходит лишь касательное соударение, то налетающее ядро и ядро-мишень обмениваются несколькими нуклонами (протонами или нейтронами), или же происходит неполное слияние, или идут реакции с вылетом заряженных частиц.

После кропотливых и достаточно долгих опытов было твердо установлено, что спонтанно делящийся изотоп с периодом полураспада около двух секунд регистрируется лишь тогда, когда по условиям реакции возможно полное слияние ядер америция и неона, а продукты побочных процессов «отсеяны» специальными приспособлениями. При полном слиянии ядер элементов №10 и 95 образуются ядра 105-го элемента, но, чтобы узнать, какого из его изотопов, нужно было изучить характер одной сложной зависимости.

Физики издавна пользуются кривыми, отражающими так называемую функцию возбуждения, т.е. зависимость вероятности образования новых ядер от энергии, которую придали бомбардирующим ионам. Кривые, построенные по результатам этих экспериментов, наглядно подтверждали, что имела место реакция полного слияния ядер, после чего образовавшиеся составные ядра выбрасывали, остывая, по четыре нейтрона. Вот эта реакция:

24395Am + 2210Ne → 261105 + 410n.

Было проведено несколько контрольных опытов, каждый из которых длился 40 .50 часов. Все опыты дали однотипные результаты. Поэтому после них можно было сделать достаточно надежные выводы: образуются ядра 105-го элемента, вероятнее всего – изотопа 261105 с периодом полураспада 1,8±0,6 секунды. Эти ядра распадаются двумя путями: или спонтанно (примерно в 20% случаев), или испуская альфа-частицы. Всего в этих опытах было зарегистрировано более 400 ядер нового элемента. Первая публикация о нем в «Сообщениях Объединенного института ядерных исследований» была принята к печати 18 февраля 1970 г. Вскоре статьи об открытии 105-го элемента в Дубне появились также в журналах «Атомная энергия» и «Nuclear Physics».

Заметим, что время жизни первого изотопа элемента №105 оказалось в десятки раз больше того, что предсказывали теоретики.

А через 50 дней .

Первое сообщение об открытии элемента №105 в Лаборатории имени Лоуренса (Беркли) датировано 28 апреля того же 1970 г. Реакция синтеза была здесь другой: калифорний-249 бомбардировали ионами азота-15. Регистрировали новые ядра только по альфа-распаду и дочерним продуктам. В этих опытах были зарегистрированы ядра – альфа-излучатели (Eα = 9,06 МэВ) с периодом полураспада 1,6±0,3 секунды. По существу, американские ученые подтвердили открытие физиков Дубны и тем не менее высказали претензию на приоритет и в этом открытии .

Основы химии

Химические свойства элемента №105 определяли в Дубне по той же методике, которая была разработана для химической идентификации 104-го элемента. Суть ее – разделение продуктов, образующихся в мишени, основываясь на химических особенностях их соединений.

Ожидалось, что по химическим свойствам элемент №105 должен оказаться аналогом тантала и ниобия. А раз так, то его хлорид и, возможно, оксихлорид должны быть сравнительно летучими соединениями, и в этом случае применим метод адсорбции газообразных хлоридов по зонам.

Атомы отдачи, образованные в реакции 243Am + 22Ne, вылетали из мишени точно так же, как и в физических опытах. Но теперь их не собирали на никелевую ленту, а подхватывали потоком горячего, нагретого до 300°C азота, и этот поток уносил их в специальную термохроматографическую колонку из стекла. Одновременно в начало колонки подавали хлорирующие агенты – парообразные TiCl4 и SOCl2.

Первый участок колонки (длиной около 30 см) находился при температуре 300°C и служил для отделения твердых нелетучих хлоридов. А летучие пролетали дальше, на второй, более длинный (130 см) участок. Здесь температура равномерно понижалась до 50°C, и хлориды разных элементов выпадали в разных зонах – в зависимости от их летучести. По положению зоны неизвестного элемента можно было судить, чей он аналог. В предварительных опытах определили зону ниобия – как одного из возможных аналогов элемента №105. И еще гафния. Теперь надо было только точно определить, где адсорбируются новые ядра.

Спонтанное деление помогло и тут. Акты спонтанного деления регистрировались небольшими пластинками слюды. Если в реакции действительно образовывался элемент №105, «экатантал», то максимум осколков спонтанного деления должен быть зарегистрирован в «тантало-ниобиевой» части колонки.

Группировка и местоположение следов от осколков спонтанного деления ядер, образующихся при взаимодействии неона и америция (а их было зарегистрировано около 20), свидетельствовали о том, что спонтанно делящаяся активность принадлежит элементу, хлорид которого менее летуч, чем хлорид ниобия, но не уступает по летучести высшему хлориду гафния. Такие свойства хорошо согласуются с предсказанными для элемента №105 – экатантала.

Летом 1973 г. была испытана несколько иная методика определения химических свойств элемента №105. Работая с летучими бромидами, а не с хлоридами, пришли к тем же результатам.

Первооткрыватели элемента №105 предложили назвать его нильсборием – в честь Нильса Бора, выдающегося физика XX в., неизменно стремившегося поставить науку на службу миру и прогрессу.

Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) это название пока не утвердил, как, впрочем, и название «ганий», предложенное американскими физиками. В приоритетном конфликте наших и американских ученых по поводу открытия элементов №102 .105 до сих пор все еще нет компетентного и независимого третейского судьи. Вопрос об окончательном и справедливом наименовании самых тяжелых химических элементов пока остается нерешенным.

Международное общество чистой и прикладной химии (International Society for Pure and Applied Chemistry) после обсуждения спорных вопросов в Комитете по номенклатуре неорганических соединений, приняв во внимание приоритеты в открытиях элементов и предложения ученых различных стран, устранила в 1997 г. расхождения в названиях элементов. Отныне 104-й элемент будет называться резерфордием, 105-й – дубнием, 106-й - сиборгием.