Elemvadászok - National Geographic Romania Magazine
A természet összes kémiai elemét - a különféle atomokat - régóta felfedezték. Manapság ahhoz, hogy újat adhasson át a katasztrófában, és kikényszerítse az anyag határait, először létre kell hoznia.
Szöveg: Rob Dunn
Fotó: Max Aguilera-Hellweg
Tavaly, október 22-én, 9: 29-kor harangozott Jurij Oganessianus laboratóriumában, Moszkvától északra, Dubnában. Egy szűk labirintusban, könyvespolcokkal és írótáblákkal rekeszelve 12 atomfizikus ült íróasztalánál, tele papír- vagy élelmiszercsomagokkal. A szoba másik végén egy újjáépített, de tiszteletreméltó ciklotron 108 millió kilométer/órás sebességgel dobott kalciumatomokat egy fóliadarabra. A csengő bejelentette, hogy az egyik ütközés sikeres volt: új atom született. Abban az időben ez volt az egyetlen atom a Földön a 117. elem - és csak a 19. létezett. A többieket is ebben a laboratóriumban hozták létre, de mindannyian gyorsan eltűntek. A másodperc töredéke után eltűnt.
Dubna, a Volga-parti város egy erdőben alakult, mint a második világháború után a tudósok új városa. Gheorghi Flerov, aki hozzájárult a szovjet atomfegyver-program elindításához, felállította a laboratóriumot, amelyet később Oganessianus vett át. A háború elején Flerov észrevette, hogy az amerikai és német kutatók által írt radioaktív elemekről szóló cikkek hirtelen leálltak. Gyanította, hogy az atombombán dolgoznak, és 1942 áprilisában írt Joseph sztálin szovjet vezetőnek. Sztálin az orosz fizikusoknak is feladatot adott, hogy készítsen atombombát. Szerepéért Flerovot autóval, nyaralóval (dacea) és ami a legfontosabb, a Dubna Laboratóriummal jutalmazták. Ott az új vegyi anyagok vadászatára összpontosított.
Minden, amit tudsz és szeretsz a Földön, valamint minden, amit nem tudsz, kémiai elemekből - különféle atomokból - áll. Több milliárd évesek, többségük, és az űrben szétszórta őket az ősrobbanás vagy a felrobbanó csillagok, majd beépítették az újszülött Földbe, és a végtelenségig újrafeldolgozták, a sziklától a baktériumokig, az elnökig vagy az mókus. A 19. század végén egy másik orosz, Dmitri Mendelejev megpróbálta mindegyiket rendezni, periodikus táblázatának táblázata és egyéb tulajdonságai szerint csoportosítva. Később a tudósok Mendelejev által létrehozott rendet összekötöttek az atomok szerkezetével. Minden elem kapott egy számot: a protonok számát a magban.
1940-re a kutatók mindent felfedeztek a Földön, ami tartós és ősrégi volt, egészen az uránig, a 92-es elemig. Kitöltették az összes rést, amelyet Mendelejev az asztalában hagyott. De nem teljesítették küldetésüket. Az uránon túl a lehetőségek egész világa nyílik meg - túl radioaktív és instabil elemek ahhoz, hogy évmilliárdokat túléljenek. E világ felfedezéséhez először létre kell hoznia.
Ennek a kreatív folyamatnak az első lépései jobban változtak, mint a periódusos rendszer. 1941-ben, miután Glenn Seaborg és a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem munkatársai előállították a 94. elemet, a plutóniumot, a Seaborgot azonnal felvették a manhattani projektbe. Flerovnak igaza volt. Miután segített felépíteni a plutónium bombát, amelyet a japán Nagasakira dobtak a háború befejezése érdekében, Seaborg visszatért Berkeley-be. Folytatta az új elemek létrehozását, kevésbé drámai alkalmazásokkal - például füstérzékelők számára - vagy akár anélkül is. 1955-re csapata már elérte a 101. tételt. Seaborg Mendelejevnek nevezte el.
Egy ideig úgy tűnt, hogy Mendelejev asztala ezzel véget érhet, azzal az elemmel, amely a nevét viseli. Az atommagban lévő protonok mindig megpróbálják lebontani; pozitív elektromos töltésük taszítja egymást. A neutronok - a semleges protonokat meghaladó elektromosan semleges részecskék - segítenek fenntartani a mag kohézióját. De ez a kötőerő csak rendkívül rövid távolságokon működik és gyorsan gyengül, amikor a mag mérete növekszik. A periódusos rendszernek tehát lennie kell egy olyan maximális méretű záródoboznak, amelyen túl egy atom egy kicsi periódus alatt sem lenne stabil, egyfajta kémiai efemeriszként. A mendelejev, amelynek felezési ideje 51,5 nap, a kutatók a végére értek.
A Berkeley-csoport azonban folytatta erőfeszítéseit és a rivalizálást a Flerov Nukleáris Reakciók Laboratóriumával, a dubnai Közös Nukleáris Kutatási Intézet keretein belül. 1965 és 1974 között Berkeley állítása szerint 102., 103., 104., 105. és 106. cikket gyártott - mint a Dubna csapata. Mindezek a efemerek alig néhány óra alatt elhaltak. A vita arról, hogy ki hozta létre elsőként, rosszul alakult, valószínűleg a hidegháború súlyosbította. Végül kompromisszum született: a 105 elemet dubniumnak, a 106 elemet pedig seaborgiumnak hívták. Így elkerülhető volt az atomháború.
Eközben a teoretikusok új célt találtak ezeknek az erőfeszítéseknek. Egy nagyon nagy mag meglepően stabil lehet - úgy döntöttek -, ha protonok és neutronok "varázslatos száma" van - éppen elég ahhoz, hogy kitöltsék azokat a különálló rétegeket, amelyeket ezek a részecskék elfoglalnak. Ez az ötlet, ha bebizonyosodik, hogy mindent megváltoztatna. Ez azt jelentette, hogy talán csak a stabilitás szigete volt a láthatáron, ahol borzasztóan nehéz elemek, 114, 120 vagy 126 protonnal, percekig, hetekig vagy akár több ezer évig is eltartottak. Ez a ködös álom egy lehetséges új világról hirtelen sokkal vonzóbbá tette az egész keresést. Ekkor csatlakozott Oganessian Flerov laboratóriumi csapatához.
Tavaly ősszel egy este Dubnában fordítómmal bekopogtunk Oganessianus szerény házának ajtaján a Flerov utcában. Súlyos hófelhők lógtak a fejünk felett. Varjak ugráltak az utcai lámpák körül. Oganessianus papucsot adott nekünk, majd a nappalijába vezetett, ahol teát öntött. Tea után kávét ittam, majd Örményországból házi bort. Beszéltünk az amerikai népzenéről, gyermekeinkről és azokról a helyekről, ahol utaztunk. Egy idő után visszatértem Oganessian erőfeszítéseihez, hogy megtalálják a stabilitás szigetét.
Fiatal korában, amikor ez a sziget először meghódította képzeletét, lehetetlen álomnak tűnt. A berkeley-i és dubnai laboratóriumok elérték a 106-os elemet azzal, hogy könnyű magokat vetettek nehéz magokra olyan nagy erőkkel, hogy egyetlen szupernehéz maggá olvadtak össze. De 106 után az ütközések annyi energiát termeltek, hogy szétverték a magot, mielőtt az kialakulhatott volna. 1974-ben Oganessian azzal az ötlettel állt elő, hogy kissé nehezebb lövedékek és kissé könnyebb célpontok enyhébb és ezért hatékonyabb ütközéshez vezethetnek. A németországi Darmstadtban található laboratórium átvette az ötletet, és 107-től 112-ig létrehozta az elemeket. Újabb negyed évszázadra lenne szükség az Oganessian nagy napjáig.
A dubnai laboratórium nehéz időket élt át. Flerov 1990-ben halt meg. A Szovjetunió 1991-ben összeomlott. A laboratórium hónapokig működött, anélkül, hogy fizetni tudott volna a kutatóknak, akik az erdőből gombaszedéssel és a Volga-parti halászattal éltek. Abban az időben Oganessian lett a művelet vezetője. Úgy dönthetett volna, hogy a laboratórium praktikusabb kérdésekkel foglalkozik. De úgy döntött, hogy az egész csapatának arra kell összpontosítania, hogy megszerezze a 114. elemet - a stabilitási szigetéhez legközelebb eső partot.
A 114. elem létrehozásához Oganessianus kalciumatomokat (20 protonnal) vetítene a plutónium atomokra (94-gyel). Ciklotronja képes megbirkózni ezzel a folyamattal. De ritka kalcium- és plutónium-izotópokra volt szüksége, amelyekben elegendő extra neutron volt ahhoz, hogy 114 protonnal kötődjenek. Oganessianus meggyőzte a kaliforniai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium amerikai fizikusait - akik csak néhány évvel ezelőtt voltak riválisai -, hogy adjanak neki 20 milligramm plutóniumot. Az volt a terve, hogy a kalciumatom sugarát, a fénysebesség tizedét vetítse egy ciklotronra egy értékes plutóniummal borított fólián. A fólia másik oldalára permetezett atomok milliárdjai között - amely vékonyabb volt, mint a haj - Oganessian arra számított, hogy legfeljebb egy 114-es atomot kap. Csapata és Livermore együtt találtak ki egy új detektort a megtalálja.
1998 novemberében állították üzembe a ciklotront. A repülőgépeket éjjel-nappal figyelemmel kellett kísérni. "Ha ember lenne, akkor ez a ciklotron nagyon régi lett volna" - mondta nekem egy laboratóriumi technikus. November végén a ciklotron egyetlen atomot termelt a 114. elemből. Csak néhány másodpercig tartott - de ez még mindig a vártnál ezerszer hosszabb volt, ha nem volt a stabilitás szigete, ráadásul bebizonyította, hogy a kalcium módszer bevált. Azóta Dubna és más laboratóriumok megszerezték a 115., 116., 117. és 118. elemet, valamint más neutronszámú izotópokat. Még nem jutottak túl közel a sziget csúcsához, ahol egy elem kibírta az éveket. De partra kerültek, amikor Oganessianus először megszerezte a 114-es elemet, amelyről évtizedek óta álmodott.
Tavaly tavasszal hivatalosan felvették a periódusos rendszerbe, fleroviu néven (a 116. elemet livermoriumnak hívták). Néhány hónappal később, a Flerov utcában, az asztal fölé hajoltam, és feltettem magamnak egy kérdést: Oganessianus 80 évesen nem akart nyugdíjba menni, és csendes és kifizetődő életet élvezni.?
- Felfedeztem a szigetet - válaszolta. Itt az ideje felfedezni, sétálni a nyugati partján. ”Meg kell érteni, hogy az új elemek hogyan viselkednek - függetlenül és másokra reagálva. Valakinek meg kell találnia a módját a neutronok mágikus számának, vagyis 184-nek a kiszivattyúzására, hogy elérje a sziget tetejét. Meg kell találni, hogy vannak-e más csúcsok a 120-as vagy a 126. elem számára. Jelenleg ezek a célok szinte lehetetlennek tűnnek. De Oganessian még nem tervezi a nyugdíjazást.
Ez a cikk a National Geographic Romania magazin 2013. májusi számában jelent meg.