Slide 1 - Объединенный институт ядерных исследований

Пятая Российская конференция
по радиохимии
НОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА.
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА
Ю. Ц. Оганесян
Лаборатория ядерных реакций им. Г. Н. Флерова
Объединенный институт ядерных исследований
23 октября, 2006 г.
ОИЯИ, Дубна, Московской области
Только 63 химических элемента были известны 136 лет
тому назад (1869 – первая публикация Д.И. Менделеева)
1
He
H
1
2
Li
Be
3
4
3 Na
11
6
7
Mg
3
12
5
4
6
8
7
9
10
11
15
14
16
17
B
C
N
O
F
Ne
Al
Si
P
S
Cl
Ar
12
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Tc
I
Xe
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
Cs
Ba
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Ti
Pb
Bi
Po
At
Rn
55
56
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Fr
Ra
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
87
88
104
105
106
107
108
109
110
112
113
114
115
116
117
118
4 K
5
13
2
72
Darmstadtium
1
18
111
Э. Резерфорд (1932)
Согласно квантовой электродинамике
Такая структура работает вплоть до
Z~170 и более
электроны
Z
ядро
…но предел существования элементов
Достигается значительно раньше
из-за нестабильности самого ядра
120
277
112 (0.0002 сек)
Трансурановые
элементы
Число протонов
100
Спонтанное
деление
α-распад
80
60
40
Стабильные
элементы
238
208
U (10 9лет)
Pb
β+-распад
или EC
β--распад
Море Нестабильности
20
Ю. Оганесян «Новые элементы» V Конференция по радиохимии, 23.10..2006
Н. Бор и Дж. Уиллер (1939 г.)
Я. В. Френкель Ленинград, 1939
10
Модель
жидкой капли
Г.Н. Флёров и К.А. Петржак
Ленинград, 1940 г.
92U
98Cf
5
16
10 лет
0
Деформация
Z=108
Захват нейтронов
U
Pu
20
Слияние
ядер
Cm
LogTSF / сек
Cf
Fm
10
102
0
104
LD
SF-изомеры
-10
mf
U
mf
mf
-20
0.80
Cm
108
Pu
0.85
0.95
0.90
Делимость ядра
Оболочечная поправка
к энергии жидкой капли
4
Более
связано
Массовый декремент (МэВ)
Энергетические уровниs
0
МэВ
Оболочечная поправка
к потенциальной энергии
жидкой капли
-4
-8
-12
40
(Струтинский
1967)
100
A
200
260
0
-20
Энергия
Ферми
-40
-60
Менее
связано
-80
-100
0
50
100
150
Массовое число
200
250
Потенциальная энергия (МэВ)
Модели:
сначала - макро-микроскопическая
а затем и чисто микроскопические модели:
Хартри-Фок-Боголюбова и
релятивистского среднего поля
10
92U
-6
.
0.3 10 с
5
16
10
0
108
Деформация ядра
Ю. Оганесян «Новые элементы» V Конференция по радиохимии, 23.10..2006
Лет
Число протонов
Карта оболочечных поправок
к жидко-капельной энергии
120
Shell
corrections
-6
-5
-4
-6
100
-1
-2
-3
-4
-5
10
Спонтанное
деление
5
-7
110
15
Z=108
0
-5
-3
114
-10
90
-2
-14
15
80
130
140
150
160
170
180
190
a - распад
10
Число нейтронов
5
108
0
Z=114
-5
-10
140
150
160
170
180
190
Число нейтронов
Сверхтяжёлые
элементы
Число протонов
120
Трансурановые
элементы
100
298
114
80
ОСТРОВ
СТАБИЛЬНОСТИ
Стабильные
элементы
208
Pb
Магический
свинец
60
40
Море Нестабильности
20
0
20
40
60
80
100
Ю. Оганесян «Сверхтяжёлые элементы» Менделеевские чтения Санкт-Петербург, 17.03.05
120
140
180
160
Число нейтронов
200
Но пока это лишь теоретическая гипотеза
Как проверить идею о существовании
«островов стабильности» в области сверхтяжёлых,
ещё неизвестных элементов?
Холодное слияние:
-6
10
Сечение (барны)
48Ca
-8
10
50Ti
54Cr
-10
10
58Fe
-12
10
Предел эксперим.
чувствительности
208 Pb, 209Bi + 48Ca, .... 70 Zn
1 pb
64Ni
62Ni
70Zn
-14
10
102 104 106 108 110 112 114 116 118 120
Атомеый номер
РЕАКЦИИ СИНТЕЗА СВЕРХТЯЖЁЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Число протонов
248
120
N=8
Cm +
48Ca
Pb + 70 Zn
208
110
100
“ОСТРОВ
СТАБИЛЬНОСТИ”
248
90
80
70
100
Cm - мишень
208
Pb - мишень
110
120
130
140
150
160
170
190
180
Число нейтронов
10
10
10
5
4
10
10
48Ca
3
2
10
10
114 116
114
115
112
1
0
-1
112
-2
150
155
160
165
170
175
180
185
Число нейтронов
8
Барьер деления (МэВ)
Выживание нагретых
сверхтяжёлых ядер
Сечение (пикобарны)
10
104102 106
104
7
108
5
4
3
2
116
114
106
6
114
112
152
162
110
115
112
184
Попытки
синтеза сверхтяжёлых
элементов в реакции
с ионами 48Ca
Дубна
-33
10
1985
сепаратор ядер отдачи
2
Сечение (см )
-34
1 пикобарн
Ливермор
Беркли
1979
Дармштадт - Беркли
Майнц - Лос-Аламос
Берн - Готинген
-32
10
10
Радиохимия
-35
10
Ожидаемый
эффект
-36
10
Предел чувствительности
эксперимента
-37
10
10
-38
10
-9
-6
-3
0
3
6
9
10
10
10
10
10
10
Период полураспада (секунды)
12
10
Природное содержание
изотопов кальция (в %):
– 96.94
x 400
42Ca – 0.647
43Ca – 0.135
1 г / $200,000
44Ca – 2.086
46Ca – 0.004
40Ca
48Ca
– 0.187
48 Са
(68%) - 0.5 мг/час
Интенсивность
пучка -
Время облучения - 4000 ч/год
И ИИзотопы мишени
U[233, 238], Pu[242, 244], Am[243], Cm[245, 247], Cf[249] +48 Ca
Технология изгот.
мишеней - 0.3 mg/cm2
12
4 - 8 .10 /с
Z = 112 - 118
Сепарация сверхтяжёлых ядер и
регистрация их распада
Обогащение - 98-99%
S2-сепаратор
(г.Саров)
Производство изотопов
на высоко-поточных реакторах
(Ок-Ридж - США, Димитровград - Россия)
Контурная карта периодов полураспада тяжёлых ядер (в секундах)
с различным числом протонов и нейтронов
124
248Cm+48Ca
-6
10
120
-3
10
116
альфа-распад
208Pb+64Ni
Дармштадт
-6
10
-3
10


150
3
10
6
9
10
10
SF

захват
0
10
10
-3
спонтанное
деление
 электронный
104


112
108

3
0
3
10
10
10
160
Ю. Оганесян «Новые элементы» V Конференция по радиохимии, 23.10..2006
170
бета-распад
180
число нейтронов
190
v (A=48) = 0.11 c
q = 16.5+
v (A=288) = 0.017 c
q = 6.2+
Dubna Gas Filled
Recoil Separator
Ю. Оганесян «Сверхтяжёлые элементы» Менделеевские чтения Санкт-Петербург, 17.03.05
Фронтальный детектор:
площадь – 50 cм2
Кремниевый
“вето” - детектор

пролёт
(l=65 мм)
Стоп
F

F
Старт

для -частиц
e=87% от 4p
Кремниевый
позиционно-чувствительный
стриповый детектор
ЯДРО
ОТДАЧИ
Canberra
Semiconductors
Многопроволочные камеры
низкого давления
ДЕТЕКТИРУЮЩАЯ СИСТЕМА
ГАЗОНАПОЛНЕННОГО СЕПАРАТОРА
R Стрип #4
1 2 3 4 5
y=+0.3mm
0.0 +0.2 +0.7 +0.3 -0.4 mm
R Стрип #3
1
off
R
str.#2
80 мксек
SF
1 2
ER, y, t
2
3 5
4
3 4
5
-0.7 mm
SF
on
SF
Спектр энергий «α-подобных» сигналов полученных со всей
поверхности фокального детектора в реакции 243Am + 48Ca
10000
EL = 248 MэВ
14 –29 июля 2004 г.
время облучения – 270 часов
доза пучка – 4.3∙1018
1000
Счёт / 20 кэВ
Пучок вкл. (1/10)
211
100
Po
217
At
216
At
10
213
Po
212
Po
Пучок
выключен
1
0.1
5
6
7
8
9
10
Энергия альфа-частиц (МэВ)
11
Odd-odd
Число протонов
120
α- распад
243
1мкс
Am+48Ca
-decay
1мс
114
209

64
Bi+ Ni
110


Bh
Db

Mt
115
1c
3
10 c
6
 113
111


Db

Mt
10 c
9
111
10 c
Bh
Rf
104
150
T1/2 =1.5 s
T1/2 1 d
Ю. Оганесян «Новые элементы» V Конференция по радиохимии, 23.10..2006
170
180
190
Число нейтронов
237Np
118/294
0.9 ms
243Am

242Pu, 245Cm
11.65
116/290
244Pu, 248Cm
7 ms

10.84
115/287 115/288
87 ms
32 ms
249Cf


10.59
10.46
114/286
0.13 s

10.19
113/282 113/283 113/284
0.1 s
0.48 s
73 ms

111/27 8 111/279
0.17 s
4.2 ms

10.69

109/274 109/275 109/276
0.72 s
0.45 s 9.7 ms

9.76
10.33

107/270 107/271 107/272
9.8 s
1 min

8.93

9.02

105/266 105/267 105/268
1.2 d
0.37 h 1.2 h
104/268
104/268
9.71

10.37

10.63

10.12
10.00
112/282

0.8 ms
111/280
3. 6 s
9.75
34 nuclides
Half-life, T (s)
102
111
110
sf
112
114
113
0
10
sf
116
115
10-2
sf
111
118
112
-4
10
10-6
155
113
112
sf
165
170
110
160
Neutron number
175
180
Энергия альфа-распада Qa (МэВ)
Энергии альфа - распада
12
Z-четн
Z-нечет
118
111
115
Mt
11
Bh
10
Db
113
109
107
111
9
Lw
8
Z=103
150
155
160 165 170
Число нейтронов
175
180
150
155
160 165 170
Число нейтронов
175
180
10 5
106
108
110
112
114
116
118
Период полураспада, T (s)
LogT (sec) = k Z Q-1/2 (MeV)
106
3
10
102
104
112
1
10
108
48Ca + Act.
114
116
10-1
Z=100
118
104
10-3
холодное
слияние
106
108
110
-5
10
7
8
9
10
11
Энергия альфа распада, Q (МэВ)
12
1
H
1
2
2
Li
Be
3
4
3 Na
11
Хим. сепарация
Химическая идентификация
атомных номеров ядер в
распаде 114→112→110
1
Mg
3
12
6
4
8
7
9
10
11
18
He
13
14
15
16
17
B
C
N
O
F
Ne
Al
Si
P
S
Cl
Ar
12
12
Ca
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
19
20
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
Cd
In
Sn
Sb
Tc
I
Xe
37
38
39
40
42
43
44
45
46
47
48
48
49
50
51
52
53
54
6 Cs
Ba
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Hg
Ti
Pb
Bi
Po
At
Rn
55
56
74
75
76
77
78
79
80
80
81
82
83
84
85
86
Fr
Ra
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Ds
Rg
87
88
104
105
106
107
108
109
110
110
112
112
113
114
114
115
116
117
118
5
7
Hf
Ta
72
Pu
94
Darmstadtium
4 K
111
Lanthanides
A ctin ide s
La
57
Ac
89
Ce
58
Th
90
Pr
Pa
91
U
92
Np
93
Pu
94
110
Pm
Sm
Eu
61
62
63
Am
95
Ю. Оганесян «Новые элементы» V Конференция по радиохимии, 23.10..2006
64
Cm
96
65
Bk
97
66
Cf
98
82
111
111
112
113
113
114
Gd
Tb
Dy
Ho
67
Es
99
Bin
83
68
Fm
100
Po
84
101
S elen iu m
Tc
Rg
69
Md
35
I
53
At
85
70
No
102
B ro m i n e
Br
S i li c o n
P h os ph or u s
S u l fu r
C h l o ri n e
Ar
18
Kr
36
Xe
54
Rn
86
115
115
116
117
118
E rn
Tm
Yb
Lu
71
Lr
103
A rgo n
B or o n
C a r bo n
N it r o g e n
O x y ge n
F lu o r i n e
N e on
10
K ry p t o n
A lu m inu m
Ne
X e n on
A r s e n ic
34
17
H e liu m
2
R a do n
G erm a n ium
Se
Cl
Io d in e
G a l l iu m
16
9
A s ta ti ne
52
T e l lu r iu m
Sb
P o lo n iu m
51
A n t imony
Z in c
33
S
17
L ut e ti um
Pb
T in
50
As
8
F
Y t t e rb iu m
81
Sn
15
B is m u t h
In d iu m
In
32
L ea d
N ic k e l
31
Ge
P
O
T h u l iu m
80
T h a ll iu m
C o b alt
30
Ga
14
7
E r b iu m
C ad m iu m
48
M e r c u ry
Ir o n
Cd
13
Si
H olm iu m
79
C op p e r
47
Zn
S ilv e r
Ag
G o ld
P a lla d iu m
M a n ga n ese
He
L aw ren ciu m
109
109
29
12
D ysp ro s i um
78
P la t in um
R ho d ium
46
11
T e r b iu m
77
Ir id iu m
R ut he n iu m
45
Pd
Cu
G a do l in i u m
76
Rh
28
Darmstadtium
Ti
44
27
Ni
E u r op iu m
Au
Pt
Hg
Сепаратор
ядер
отдачи
Ir
Os
Ru
M e i tne r iu m
Re
Osmiu m
C hr o m iu m
Al
6
N
16
N ob e l iu m
60
26
S am ar iu m
49
R he n iu m
Van ad iu m
5
C
15
Me nd elev iu m
Nd
108
Ds
H assiu m
M oly bd e nu m
43
T ec h n e tiu m
Tun gs t en
N io b i um
T it a n i u m
B
14
F e r m iu m
107
107
Hs
Mt
Mt
P ro m e thi u m
T a n ta lu m
Z i rc o n iu m
S can d iu m
B e r y ll iu m
13
E i n s te i n iu m
59
Bh
Bh
B o h r iu m
H a fn iu m
Y ttr i um
M a g ne siu m
H y d ro g en
2
C alif or n iu m
106
S e a bo r g iu m
Sg
75
Co
10
B erkel iu m
105
105
74
Tc
Fe
9
C ur ium
Db
Db
W
25
8
A m eri c iu m
104
73
42
7
P lu t o n iu m
Rf
Ta
Ta
Mo
Mn
N e pt uniu m
89
72
41
24
Ne od ym iu m
Ac
Hf
Nb
Nb
6
U ra n i u m
88
57
40
23
Cr
P r a s e od ym iu m
Ra
La
Zr
55
P r otacti ni u m
56
39
22
V
D ub n iu m
Ba
Y
Ti
C e riu m
87
38
21
4
T h or ium
Fr
Sr
Sc
R u t h e rfo r di u m
55
20
20
3
L a n th a n um
6 Cs
Ca
Ca
L a n than um
37
12
A c t in iu m
Rb
Mg
C a lc ium
3 Na
4
S tr o n ti um
19
L it h i u m
3
Be
A c t i n iu m
7
Li
S o d iu m
1
B a r iu m
5
H
R a d iu m
4 K
P o ta s siu m
11
R u b i d ium
2
C e s ium
1
F ra n ciu m
1
Химическая идентификация атомных
номеров ядер в цепочке распадов
115→113→111 →109→107 →105
18
n
125
Теория
Чётно-чётные ядра
Число протонов
120
-6 -распад


114
SF
-3
-6
104
150
3
SF
3
125
6
3
-3
-3
Спонтанное
6
деление
-9
110


-6



-3
9
Чётно-нечётные ядра
-6
-распад
120_
 -распад
-3
 
160
170
180
 
 
110
…и Эксперимент

-3

EC
104
SF
150
Ю. Оганесян «Новые элементы» V Конференция по радиохимии, 23.10..2006
 SF
-3
-6
160
3
SF
3
3
6
9
_
 -распад
170
180
Число нейтронов
190
20
Теория и эксперимент
Возраст Земли
Поиск в
космических
лучах
Log Ta (секунды)
15
Экспериментальный
предел при поисках
в природе
108 лет
105 лет
10
108
1 год
110
5
1 день
112
114
0
116
118
-5
108
-10
110 112
114 116
140
150
170
180
160
Число нейтронов
190
Поиск событий спонтанного
деления 108 элемента по
нейтронам деления
Италия
Fréjus peak
1 событие в год (T1/2=109лет)
соответствует концентрации
EkaOs/Os = 5.10-15 грамм/грамм
вход в тоннель
10-22г/г
(или
в земной коре,
-16
или 10 от содержания U)
г. МОДАН
Франция
Распространенность относительно Si=106 атомов
12
10
Поиск сверхтяжелых элементов
в космических лучах
H
10
10
8
10
O
Вне Солнечной системы
В Солнечной системе
Fe
6
10
4
10
2
10
Pb
0
Th-U
10
Be
-2
10
-4
10
сегодня
-6
10
108
0
20
40
Ю. Оганесян «Новые элементы» V Конференция по радиохимии, 23.10..2006
60
100
80
Атомный номер
120
10
Поиск долгоживущих
изотопов 108 элемента
в космических лучах
Возраст земли
5
ß- стабильное
LogT (годы)
ядро 286 Hs

0

SF
-5
SF
-10

-15
108
140
108
150
170
180
160
Число нейтронов
190
1
1
18
H
1
2
Be
3
4
11
13
2
Li
3 Na
He
Periodic Table of the Elements
Mg
3
12
5
4
6
8
7
9
10
11
15
14
16
17
B
C
N
O
F
Ne
Al
Si
P
S
Cl
Ar
12
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Tc
I
Xe
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
6 Cs
Ba
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Ti
Pb
Bi
Po
At
Rn
55
56
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Fr
Ra
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
87
88
104
105
106
107
108
109
110
112
113
114
115
116
117
118
5
7
72
73
Поиски
в75природе
74
76
Darmstadtium
Ca
4 K
111
Химические свойства
Астрофизика
Нуклеосинтез
Атомная физика
Ю. Оганесян «Новые элементы» V Конференция по радиохимии, 23.10..2006
Благодарю за внимание
1.1 Participants
STARTPAGE
HUMAN RESOURCES
AND MOBILITY (HRM)
ACTIVITY
MARIE CURIE
ACTIONS
Marie Curie Research
Training Networks
(RTN)
Call: FP6-2005-Mobility-1
PART B
STAGE 2
FULL PROPOSAL
“EUROHEAVIES”
1
LMU
Ludwig-Maximilians-Universität München.
Germany
2
DAPNIA
SPhN
Département d’Astrophysique, de la Physique des
Particules, de la Physique Nucléaire et de
l’InstrumentationAssociée,
France
3
JYFL
University of Jyväskylä,
4
PSI
Paul Scherrer Institut,
5
TUM
Technische Universität München,
6
ULIV
University of Liverpool,
7
UAAR
University of Aarhus,
8
UPMC
Laboratoire Kastler Brossel, École
Normale Supérieure and Université
Pierre et Marie Curie,
Finland
Switzerland
Germany
Great Britain
9
UNIK
Universität Kassel,
10
UHEL
University of Helsinki,
11
TAU
Tel Aviv University,
12
IABG
Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH,
Denmark
France
Germany
Finland
Israel
Germany
Germany
13
GSI
Gesellschaft für Schwerionenforschung,
14
GANIL
Grand Accélérateur National
d’Ions Lourds, CAEN
France
Joint Institute for Nuclear Research, Dubna,
Russia
15
JINR
STARTPAGE
HUMAN RESOURCES
AND MOBILITY (HRM)
ACTIVITY
MARIE CURIE
ACTIONS
Marie Curie Research
Training Networks
(RTN)
Call: FP6-2005-Mobility-1
PART B
STAGE 2
FULL PROPOSAL
“EUROHEAVIES”
1
LMU
Ludwig-Maximilians-Universität München.
Germany
1.1 Participants
2
DAPNIA
SPhN
Département d’Astrophysique, de la Physique des
Particules, de la Physique Nucléaire et de
l’InstrumentationAssociée,
France
3
JYFL
University of Jyväskylä,
4
PSI
Paul Scherrer Institut,
5
TUM
Technische Universität München,
6
ULIV
University of Liverpool,
7
UAAR
University of Aarhus,
8
UPMC
Laboratoire Kastler Brossel, École
Normale Supérieure and Université
Pierre et Marie Curie,
Finland
Switzerland
Germany
Great Britain
9
UNIK
Universität Kassel,
10
UHEL
University of Helsinki,
11
TAU
Tel Aviv University,
12
IABG
Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH,
Denmark
France
Germany
Finland
Israel
Germany
Germany
13
GSI
Gesellschaft für Schwerionenforschung,
14
GANIL
Grand Accélérateur National
d’Ions Lourds, CAEN
France
Joint Institute for Nuclear Research, Dubna,
Russia
15
JINR