Alchemicy marzyli o tym, by za pomocą transmutacji poślednich metali - najczęściej ołowiu czy rtęci - wyprodukować
złoto. Współcześni fizycy już dawno tego dokonali, ale w poszukiwaniach swojego kamienia filozoficznego chcą pójść o krok dalej - stworzyć nowy, sztuczny pierwiastek, który żyłby na tyle długo, by można go było w praktyce wykorzystać.
Fuzja Kiedy w 1869 r. rosyjski chemik Dymitr Mendelejew (po proroczym śnie) ogłosił tzw. układ okresowy, w którym uszeregował znane mu pierwiastki według ich wzrastających mas atomowych, pozostawił w nim kilka pustych miejsc. Czekały na pierwiastki, których jeszcze nie odkryto. Braki w tablicy Mendelejewa były szybko uzupełniane pośród wielkich nadziei, że te nowe, rzadkie pierwiastki dadzą nam cudowne substancje, materiały, paliwa, bronie. Echa tych oczekiwań brzmią w "Lalce" Bolesława Prusa, gdzie zwariowany profesor Geist łudzi Wokulskiego odkryciem metalu lżejszego od powietrza. Z kolei w drukowanej dziesięć lat później "Wojnie światów" Herberta Wellsa nieznany toksyczny pierwiastek posłuży Marsjanom do eksterminacji Ziemian.
Ostatni występujący w przyrodzie pierwiastek - ren - odkryto w 1925 r. W układzie okresowym pozostały wtedy jedynie cztery wolne miejsca - dla pierwiastków 43., 61., 85. i 87. Naukowcy nie mogli nigdzie ich znaleźć, choć poświęcili temu wiele czasu i badań. Nic dziwnego, bo jak się okazało, nie istnieją ich trwałe odmiany (tj. izotopy), więc jeśli nawet kiedyś były one na Ziemi, to do dziś musiały się rozpaść.
Ale człowiek mógł już wtedy sam zabawić się w Stwórcę. Raczkowała fizyka jądrowa, dzięki której zrozumiano, jak zbudowane są atomy, i zaczęto ingerować w ich wewnętrzną strukturę. Stało się możliwe to, o czym marzyli alchemicy - przemiana jednego pierwiastka w inny. W ten sposób w 1937 r. w laboratorium Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley w Kalifornii wyprodukowano pierwszy sztuczny pierwiastek. Nazwano go technet (od greckiego technetos, czyli sztuczny) - to on uzupełnił puste pole nr 43. Technet powstał z molibdenu (pierwiastka o pole wyżej w tablicy Mendelejewa pod nr. 42) - w wyniku połączenia go z deuterem (cięższym bratem wodoru).
Kilka lat potem naukowcy z Uniwersytetu Harvarda podobnie przemienili rtęć... w złoto. Nie zatrzęsło to jednak giełdami, bo metoda jest niesłychanie kosztowna.
Magia Jądra atomów przypominają krople zbudowane z nukleonów - czyli dodatnio naładowanych protonów i pozbawionych ładunku elektrycznego neutronów. Jako całość mają więc zawsze ładunek dodatni. Dlatego dwa jądra - jak na przykład molibdenu i deuteru - będą się mocno elektrycznie odpychać. Jeśli chcemy, by się połączyły (co można sobie wyobrazić jako zlanie się dwóch kropel) i utworzyły jądro cięższego pierwiastka, to trzeba je zetknąć na siłę.
Amerykańscy fizycy zrobili to tak, że rozpędzili jony deuteru w cyklotronie, wtedy prototypowym urządzeniu, a potem bombardowali nimi kawałek molibdenu. Większość deuterowych pocisków przelatywała przez tarczę jak przez powietrze, niektóre rykoszetem się odbijały od jąder molibdenu, ale od czasu do czasu dochodziło do fuzji.
Podobnie powstawały kolejne sztuczne pierwiastki. Zmieniały się tylko pociski i tarcze. Z początku przodował w tym zespół laboratorium z Berkeley kierowany przez Glenna Seaborga. Tam po raz pierwszy stworzono neptun i pluton - pierwiastki cięższe niż uran, który zajmował ostatnie miejsce w układzie okresowym.
Okazało się, że człowiek nie tylko jest w stanie wyręczyć naturę w uzupełnianiu pustych pól w tablicy Mendelejewa, ale może ją też sztucznie rozszerzyć. Jak daleko?
Kiedy w 1940 r. zespół Seaborga stworzył pluton - mający aż 94 protonów, fizycy nie wyobrażali sobie, że mogą istnieć jądra jeszcze cięższe. Dlatego z początku chcieli go nazwać ekstremium lub ultimium. Ale szybko się okazało, że za plutonem znajdują się kolejne pierwiastki - ameryk, kiur, berkel itd. Wszystkie promieniotwórcze, niestabilne, o dość krótkim życiu.
Powstała w tym czasie teoria sugerowała, że jądra atomowe powinno się wyobrażać raczej jako cebulki (a nie krople) złożone z kolejnych powłok protonów i neutronów. Najtrwalsze są te, których powłoki są zapełnione całkowicie. Jak mówią fizycy, mają one magiczną liczbę nukleonów - to m.in.: hel, tlen, wapń, cyna i ołów. Ten ostatni jest najcięższym ze znanych pierwiastków, który oprócz magicznej liczby protonów ma także magiczną liczbę neutronów. Z modelu powłokowego (można go też żartobliwie nazwać cebulkowym) wynikało, że następnym podwójnie magicznym pierwiastkiem powinien być nr 114.
Czy taki istnieje? Czy przypomina ołów? Czy ma trwałych towarzyszy? Pytania, które zaczęli sobie zadawać fizycy w latach 60. ubiegłego wieku, pobudzały wyobraźnię i język. To wtedy narodziła się terminologia jak z baśni - magiczne wzgórza, magiczny ląd, wyspa stabilności, które wyłaniają się z morza radioaktywnych pierwiastków na krańcu tablicy Mendelejewa. To tam na współczesnych alchemików miały czekać nowe superciężkie pierwiastki, które raz stworzone, trwałyby całe lata.
Wyspa Sztucznych pierwiastków przybywało, ale im były cięższe, tym żyły krócej. Kiedy wreszcie w 1998 r. w Dubnej pod Moskwą uzyskano pierwszy atom pierwiastka 114. - ten rozpadł się po upływie pół minuty. Potem stworzono tam cięższe jądra 115., 116., 118. Też bardzo nietrwałe. Dwa tygodnie temu międzynarodowy zespół, kierowany przez prof. Jurija Oganesjana poinformował, że w układzie okresowym zapełniono też miejsce nr 117. Wytworzono tylko pięć atomów tego pierwiastka - nie istniały nawet sekundę.
Jednak fizycy nie są rozczarowani, wręcz przeciwnie. Po pierwsze, dziś już nie jesteśmy przekonani, że to liczba 114 jest magiczna (być może 120 lub 126). Poza tym czasy życia tych nowych pierwiastków są zgodne z modelem teoretycznym. A on mówi, że do większej trwałości brakuje im po prostu większej liczby neutronów.
Problem w tym, że nie wiadomo, jak to osiągnąć - dzisiejsze sposoby syntezy pierwiastków zawodzą. - Ale mamy nowe pomysły i projekty eksperymentów - mówi prof. Witold Nazarewicz z Uniwersytetu Warszawskiego pracujący w Narodowym Laboratorium w Oak Ridge (
USA), które brało udział w stworzeniu pierwiastka 117. To w tym laboratorium wyprodukowano kilkadziesiąt miligramów radioaktywnego berkelu, którego nie ma w przyrodzie, a który w Dubnej służył za tarczę dla jonów wapnia.
- Jeszcze 20 lat temu taka współpraca między laboratoriami, które wykonują sporo zleceń dla wojska, nie tylko była niemożliwa, ona wyglądała jak całkowite science-fiction - mówi prof. Nazarewicz.
Superciężkie pierwiastki mogą mieć nieoczekiwane własności chemiczne, które nie muszą odpowiadać ich położeniu w tablicy Mendelejewa, bo elektrony poruszają się w nich z prędkością bliską świetlnej. W tej magicznej krainie jednak nic nie jest pewne - np. oczekiwano, że Kopernik (nr 112) będzie miał cechy gazu szlachetnego, a okazało się, że bliżej mu do swej grupy, a więc metali lotnych.
- Niektórzy liczą, że uzyskamy cudowny materiał rozszczepialny, czyli nowe źródło energii - mówi prof. Nazarewicz. - To spekulacje, my, naukowcy, na tym etapie badań nie traktujemy ich zbyt poważnie. Nas napędza przede wszystkim ciekawość. Chcemy wiedzieć, jak wyglądają superciężkie jądra atomowe. Czy, jak wynika z obliczeń, zamiast kształtu kuli czy elipsy przyjmują one strukturę baniek mydlanych albo bajgla? I jak ciężkie jądro atomowe - na przekór dużej liczbie odpychających się protonów - da się w ogóle stworzyć?
Więcej:
http://blogs.physicstoday.org/newspicks/2010/04/element-117-discovered.html https://publicaffairs.llnl.gov/news/news_releases/2010/NR-10-04-02.html http://www.ornl.gov/info/press_releases/get_press_release.cfm?ReleaseNumber=mr20100407-00
