«Ізольда» вивчила властивості самого рідкісного елемента на Землі


фотоальбом купить киевІнтернаціональна команда фізиків, яка проводить дослідження на установці, яка генерує іонні пучки радіоактивних ізотопів ISOLDE в ЦЕРНі, вперше виміряла потенціал іонізації рідкісного радіоактивного елемента — астату (At).

Назва невеликого експерименту «Ізольда», розташованого в Європейській організації з ядерних досліджень (ЦЕРН) в Женеві, офіційно не пов’язане з ім’ям героїні кельтського епосу. ISOLDE — це Isotope Separator On Line-Detector, роздільник ізотопів, який розташований на синхротроні, ускоряющем протони для їх інжекції в Великий адронний коллайдер (ВАК). Буквально тиждень тому isolde «Ізольда» вже привернула до себе увагу інформагентств повідомленням про те, що ядро ​​радію-224 за формою нагадує грушу.

Результати дослідження, опубліковані на цьому тижні в науковому журналі Nature Сommunications, допоможуть вченим розробити способи використання астату в рентгенотерапії і дозволять розрахувати хімічні та фізичні властивості надважких елементів.

Д.І. Менделєєв передбачив існування 85-го елемента періодичної таблиці хімічних елементів, який він назвав «ека-іодін», в 1898 році. З 1925 по 1940 рр.. минулого століття було опубліковано кілька наукових праць, в яких повідомлялося про виявлення нового елемента. Його пропонували назвати по-різному: Алабама, дор, Дакін. Швейцарський фізик Вальтер Міндер, що спостерігав сліди розпаду 85-го елементу таблиці Менделєєва в 1940 році, хотів назвати його «гельветіумом», на честь латинської назви Швейцарії. А двома роками пізніше у Великобританії було оголошено про виявлення «англогельветіума». Вперше елемент № 85 був отриманий штучним шляхом в 1940 році фізиками Д. Корсон, К. Р. Маккензі і Е. Сегре з Каліфорнійського університету в Берклі. Вони й запропонували назвати його астат (від грецького «астатос» — нестійкий).

Астат — найбільш рідкісний елемент з усіх, які зустрічаються на Землі. Ще в 1953 році професор біохімії Бостонського університету, більш відомий широкій публіці в якості письменника-фантаста, Айзек Азімов оцінив загальний вміст астату в природі в розмірі всього 0,07 грама. Саме тому властивості рідкісного хімічного елемента складно вивчити експериментальним шляхом.

Вченим, що працюють на експерименті ISOLDE, вдалося отримати ізотопи астату штучним шляхом і за допомогою лазерів із змінною довжиною хвилі вивчити їх атомну структуру, використовуючи лазерно-іонізаційну спектроскопію. Налаштовуючи довжину хвилі випромінювання лазерів в резонанс з вибраними певним чином електронними переходами в спектрах атомів, вчені змогли досягти селективної іонізації ізотопів певних елементів. У статті, опублікованій у вівторок в журналі Nature Сommunications, повідомляється, що енергія іонізації астату дорівнює 9,31751 електронвольт.

Це відкриття дозволило заповнити пробіл в періодичній таблиці хімічних елементів — астат був останнім з зустрічаються в природі елементів, фізичні властивості якого залишалися невідомими до сьогоднішнього дня. Один з ізотопів астату (At-211) становить значний інтерес для сучасних методів лікування раку, так як він може бути доставлений у складі спеціально синтезованого хімічної сполуки (радіо-вектора) в уражене раком орган і ефективно впливати безпосередньо на ракові клітини без руйнівного впливу на здорові клітини.

«Жоден з ізотопів з коротким терміном життя, які зараз використовуються в медицині, не існує в природі. Всі ці елементи отримують штучним шляхом за допомогою ядерних реакцій », — пояснює Брюс Марш, учасник експерименту.

Отримана експериментальним способом величина допоможе вченим обчислити хімічні та фізичні властивості надважких елементів, таких, як виявлений не так давно в Об’єднаному інституті ядерних досліджень в Дубні (ОІЯД) елемент періодичної таблиці під номером 117, названий Унунсептій.

Нам вдалося зв’язатися з керівником секції «Лазери і фотокатоди» та групи RILIS експерименту ISOLDE Валентином Федосєєвим, у минулому — співробітником троїцького Інституту спектроскопії РАН. Незважаючи на те, що вчений перебуває зараз на конференції в Польщі, він люб’язно погодився пояснити нам, в чому суть експерименту.

«Ізотопи народжуються в ядерних реакціях при взаємодії прискорених до енергії 1,4 ГеВ протонів з матеріалом мішені. Висока температура мішені забезпечує негайне виділення продуктів реакцій, які, проходячи через іонізатор, перетворюються в позитивно заражені іони і розділяються потім по масам в магнітному полі мас-сепаратора. Таким чином, користувачі ISOLDE отримують пучки ізотопів певної маси відповідно до вимог експерименту », — розповів учений.

На питання, яка роль лазерного резонансного іонного джерела RILIS в експерименті, Валентин Федосєєв відповів: «Використовуючи RILIS як спектрометр, ми провели дослідження спектру астату, в результаті якого були знайдені і виміряні довжини хвиль переходів і з великою точністю вперше виміряна енергія іонізації атомів астату. Метод лазерної резонансної спектроскопії в іонному джерелі (in-source) отримав свій розвиток в ЦЕРНі внаслідок експериментів, проведених раніше в Петербурзькому інституті ядерної фізики (ПІЯФ) і в Інституті спектроскопії РАН. Чутливість цього методу виключно висока, що дозволяє досліджувати спектри рідкісних і екзотичних атомів, які можуть бути отримані на прискорювальних установках в дуже обмежених кількостях ».

За словами вченого, проекти з дослідження спектрів ізотопів важких і надважких елементів методом лазерної спектроскопії в джерелі в даний час розробляються в дослідницьких центрах GANIL (Кан, Франція) і ОІЯД (Дубна, Росія).