Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1983. július-december (16. évfolyam, 26-52. szám)
1983-11-11 / 45. szám
II. A transzuran elemek nyomában A részecskegyorsítókkal végzett magfizikai kutatások egyik legérdekesebb területét az újabb transzurán elemek keresése, illetve ezek mesterséges létrehozása, bizonyítása és tulajdonságaik tanulmányozása képezi. Ezek a radioaktív elemek a periódusos rendszerben a 92. számú urán után következnek, ezért nevezik őket transzurán elemeknek. A dubnai Egyesített Atommagkutató Intézetben a magreakciók laboratóriumának munkatársai foglalkoznak ezzel a kutatási irányzattal. A laboratórium vezetőjét, az „atomépítészként“ emlegetett Georgij Nyikolajevics Florovot közvetlen munkatársaival, Sz. M. Polikanowal és Ivó Zvara csehszlovák kutatóval együtt Le- nin-díjjal tünették ki a transzurán elemek kutatásában és tanulmányozásában végzett eredményes munkáért. A dubnai intézetben ók állították elő a 102. elem, a nobélium legnehezebb, 256-os számú izotópját 1963 májusában, s ugyancsak az ő nevükhöz fűződik a 104. elem 1964- ben történt felfedezése, amelyet a nagy szovjet fizikus, Igor Vasziljevics Kurcsa- tov tiszteletére kurcsatóviumnak neveztek el. A továbbiak során 1968-ban fedezték fel a 105. elemet, majd pedig 1974-ben a 106. elemet is létrehozták. Mint ismeretes, Dimitrij Ivanovics Men- gyelejev több mint százhúsz évvel ezelőtt dolgozta ki az elemek periódusos rendszerét, s fokozatosan el is helyezte benne az akkor ismert elemeket. Mivel ezek az ismeretek akkori szintjén még nem töltötték ki a periódusos rendszer valamennyi mezőjét, a nagy orosz kémikus ebből arra következtetett, hogy további ismeretlen elemek is léteznek a természetben, s a periódusos törvény alapján előre kimutatta ezek feltételezett tulajdonságait. Mengyelejev feltevései alapján a világ kémikusai még a múlt évszázad végén valóságos hajszát indítottak az ismeretlen elemek felkutatására. Mengyelejev például már az 1869-1871-es években megjósolta a 43-as, a 75-ös, a 85-ös, 86- os és 87-es elemek létezését, de ezeket csak évtizedekkel később, a magfizikai kutatásokban elért eredmények alapján sikerült megtalálni. A 43. elemet például hiába is keresték a kutatók, mert kiderült róla, hogy csak radioaktív izotóp formájában létezhet, s létezett is valamikor a Föld keletkezése idején, de azóta a radioaktív bomlás következtében „kifogyott", vagyis már nem fordul elő a természetben. A 43. elemet 1937-ben mesterséges úton hozta létre Lawrence amerikai fizikus Berke- leyben, a Kaliforniai Egyetem ciklotronjával, amelyben molibdénlemezt bombázott nehézhidrogénmagokkal. A „kihalt“ elem tehát a tudományos kutatás jóvoltából újjászületett, s mivel mesterségesen állították elő, ezért a technécium nevet kapta. A technécium felfedezésének azonban fontos előzményei is voltak. Miután a Curie házaspár a századforduló éveiben az uránvegyületek tanulmányozása közben felfedezte a 84. számú polóniumot, majd pedig a 88. számú rádiumot s kimutatták ezek intenzív radioaktiv sugárzását, a további magfizikai kutatások meglepő eredményekhez vezettek. Az angol Rutherford például 1919-ben nitrogénatomokat bombázott rádium által kibocsátott alfasugarakkal, s így mesterséges oxigént hozott létre. Ez volt az első műszakilag végrehajtott magreakció, melynek tapasztalatait a harmincas évek folyamán a részecskegyorsítók kifejlesztésénél hasznosították, s így további mesterséges elemeket állítottak elő. Mengyelejev periódusos rendszerének végén több elem is van, amelyek radioaktív bomlásuk következtében teljesen „kifogytak“, alacsonyabb rendszámú stabil elemekké alakultak át, vagy csak elenyésző mennyiségben vannak jelen a földkéreg valamely rejtett zugában. Az SZÚ atomreaktorok üzemeltetésekor és a kísérleti atomrobbantásokkor kiderült, hogy a magreakciók során az uránból különböző transzurán elemek is keletkeznek, amelyek kivétel nélkül radioaktívak, XI. 11. s több izotópjuk is létezik. Ez azt jelenti, A Lenin-díjas dr. Ivó Zvara, a Csehszlovák Tudományos Akadémia levelező tagja a magfizikai kutatások gyakorlati jelentőségét ismerteti hogy a transzurán elemek egyaránt előállíthatok sugárnyalábokkal történő bombázás útján részecskegyorsítókban, valamint a láncreakciót megvalósító atomreaktorokban. A 93. számú neptúniumot például 1940-ben állították elő neutronnal való bombázás útján, habár Olden Koblik cseh mérnök, a jáchymovi uránbányák kutatólaboratóriumának vezetője tapasztalatai alapján már 1934-ben is utalt a létezésére. A 94. számú plutóniumot szintén 1940-ben állították elő először, de rövidesen ipari jellegű gyártását is kifejlesztették az Egyesült Államokban, mivel a plutónium megfelelő hasadóanyagnak bizonyult atombombák készítéséhez. A plutónium felhasználásával lehetővé vált további mesterséges elemek létrehozása. Ezek többségét a negyvenes évek folyamán elsőként amerikai fizikusok állították elő. G. Seaborg és A. Ghiorso vezetésével. Fokozatosan kialakult az aktinidák közé tartozó transzurán alele- mek teljes csoportja, melynek további tagjai a 95. americium, a 96. kűrium, a 97. berkélium, a 98. kalifornium, a 99. einsteinium, a 100. fermium, a 101. men- delévium, a 102. nobélium, valamint a 103. laurencium. Egyesek úgy vélték, hogy a 103. elem felfedezésével tulajdonképpen be is fejeződött a periódusos rendszer hiányzó részeinek a betöltése. Amikor azonban G. N. Florov csoportja a dubnai laboratóriumban a 104. elemet is előállította, bebizonyosodott, hogy a transzurán elemeknek további tagjai is vannak, amelyek már nem tartoznak az aktinidák közé. Ezek mesterséges előállítása és kimutatása azonban sokkal körülményesebb, főleg azért, mert csekély mennyiségük és rendkívül rövid élettartamuk miatt nem lehet náluk alkalmazni a hagyományos kromatografikus elválasztási módszert. A transzurán elemekkel folytatott eddigi vizsgálatok egyértelműen kimutatták, hogy a spontán hasadás felezési ideje, vagyis az újabb elemek élettartama a rendszám növekedésével együtt törvényszerűen csökken. Ennek ellenére a fizikusok további szupernehéz transzurán elemek létezését is feltételezik. így ma még nem lehet tudni, hogy hol van az új transzurán elemek szintézisének, s egyúttal a Mengyelejev-féle periódusos rendszer kiegészítésének a végső határa. Rendkívüli eljárással Amikor a dubnai intézet magreakciós laboratóriumának nehézionokat gyorsító ciklotronjában - a plutónium gyorsított neon izotópokkal történő bombázásával - hozzáláttak a 104. elem szintéziséhez, a kutatók bonyolult feladat elé kerültek. A legnagyobb problémát az új elem minimális mennyisége és rendkívül rövid felezési ideje jelentette. Néhány nap alatt ugyanis mindössze 150 atomot sikerült belőle előállítani, s csupán 0,3 másodperc volt az új elem felezési ideje. Ez azt jelentette, hogy csak néhány atom és a másodpercnek csak egy töredéke állt a kutatók rendelkezésére az új elem létének bizonyításához. Ehhez G. N. Florov munkatársa, Ivó Zvara csehszlovák vegyész olyan expreszmódszert dolgozott ki, amely új fejezetet jelentett a magfizika fejlődésének a történetében. Zvara a klór többértékű vegyületeinek eltérő illékonyságából indult ki, s azt akarta megvizsgálni, hogy a többihez viszonyítva miként viselkedik a 104-es elem többértékű kloridja. Ehhez egy különleges berendezésre volt szükség, amely speciális szúróból, hevített csővezetékből és csillámlemezes detektorból állt. Zvara és munkatársai hosszadalmas kísérletek után többszörösen bebizonyították, hogy a 104-es elem a Mengyelejev-féle periódusos rendszer 4. csoportjához tartozik. Ugyanezt az eljárást alkalmazták a 105-ös és a 106-os elem kiválasztásánál és tanulmányozásánál is. A gyakorlati alkalmazás . , __,.__.77. A magfizikai kutatás említett eredményeivel kapcsolatban szükségszerűen felmerül a kérdés, hogy milyen gyakorlati jelentőségük van az ilyen jellegű kutatásoknak. Ezt a kérdést a dubnai intézet magreakciós laboratóriumában a Lenin- díjas dr. Ivó Zvarának, a Csehszlovák Tudományos Akadémia levelező tagjának, valamint munkatársának, Szergej Nyikolajevics Dmitrijevnek, a kémiai tudományok kandidátusának is feltettük. Amint azt kifejtették, erre a kérdésre nem lehet egyértelmű választ adni. Az ilyen jellegű - elsősorban tudományos feltevéseket igazoló - kutatási eredmények gyakorlati hasznosításának a köre elsősorban a további tudományos-műszaki fejlődés eredményeitől és követelményeitől függ, ám ugyanakkor arra is figyelmeztettek, hogy a magfizikai kutatás eredményei ma már tömegesen kínálják a gyakorlati alkalmazás lehetőségeit. Elég meggyőzően bizonyítja ezt a mesterséges riadioizotópok gyorsan terjedő alkalmazása az orvostudományban, a diagnosztikában és a gyógykezelésben, az iparban, a mezőgazdaságban, főleg a növénynemesítésben, a növény- védelemben, az élelmiszerek tartósításánál, továbbá a magfizikai tudományos ismeretek kihasználása a geológiai és a régészeti kutatás, a kriminalisztika, valamint a tudományos kutatás és a termelés egyéb területein. A nagy érzékenységű színképelemző műszerek, valamint a hozzájuk kapcsolt számítóegységek elterjedésével most egy teljesen új szakasz kezdődik ezen a területen, amelynek beláthatatlan jelentősége van az anyag- és az energiatakarékos technológiai eljárások kifejlesztésében. Lehetővé vált például a különböző ásványok, ércek, ipari nyersanyagok, tüzelőanyagok vegyi összetételének pontos meghatározása a vizsgált anyagok mechanikai és vegyi felbontása, elemzése nélkül, csupán a spektrometrikus vizsgálat alapján. Ilyen eljárás alkamazására nyílik lehetőség például a széntüzelésű erőműveknél is, ahol a szén minőségét, vagyis hamuanyag-tartalmának összetételét és mennyiségét közvetlenül a kazánhoz vezető futószalagon lehet megállapítani, s az adatok gyors számítástechnikai feldolgozása alapján automatikusan lehet szabályozni a tüzelés technikáját. Ezáltal mintegy 10-20 százalékkal növelhető a hőerőművek energetikai hatásfoka, ami jelentős energiamegtakarítást eredményez. Amint azt dr. Zvara kifejtette, a magfizikai kutatásban elért eredmények gyakorlati hasznosításának további perspek- tív területei is vannak, amelyek között különösen figyelmet érdemel a tudományos kutatásban és az ipari termelésben alkalmazható speciális szűröanyagok készítése. Ezeken a területeken is érvényes azonban az a megállapítás, hogy a gyakorlati alkalmazás elsősorban a termelő szervezetek érdeklődésétől és az újdonságok bevezetéséhez való viszonyulásától függ. Atomkutató természetjárók A magreakciós laboratórium dolgozói a transzurán elemek mesterséges létrehozásán és tanulmányozásán kívül ezek természeti előfordulását is kutatják. Főleg a 110-es számútól a 116-os számúig terjedő szupernehéz transzurán elemeket keresik. A feltételezések szerint ezek Naprendszerünk kialakulása során keletkeztek, s ha igen kis mennyiségben is, de valahol még jelen vannak a Föld kérgében. A legvalószínűbb előfordulási helyeknek tartják azokat a fermálvízforráso- kat, amelyek mélyebb rétegekből, a magma közeléből törnek elő. Ilyen feltételek vannak például a Kaspi-tenger melletti Cseleken félszigeten, továbbá a Bajkál- tó környékén. A kutatók nagy reményeket fűznek a Pamir hegységben a földkéreg alatt évezredek óta égő szénréteg vidékéhez is, amit azonban a feltörő gázok és a magas hőmérséklet miatt csak a téli hónapokban lehet megközelíteni. A szupernehéz transzurán elemek további előfordulási helyei lehetnek a meteoritok és a mélyművelésű ércbányák. A magreakciós laboratórium dolgozói rendszeresen szerveznek kutatóexpedíciókat az említett helyekre, amelyek előkészítését és végrehajtását Szergej Nyikolajevics Dmitrijev, a kémiai tudományok 29 éves kandidátusa irányítja. Mint mondotta, ha sikerülne ilyen elemeket találni a természetben, az nemcsak az elméleti feltevéseket és a számításokat igazolná, hanem újabb alapanyagokat is biztosítana a részecskegyorsítókkal végzett magfizikai kutatásokhoz, s további mesterséges elemek létrehozásához. Különösen a 110-es rendszámú elem jelenlétében bíznak, melynek feltételezett felezési ideje elég hosszú ahhoz, hogy még mindig jelen legyen a természetet alkotó elemek között. MAKRAI MIKLÓS Szergej Nyikolajevics Dmitrijev, a kémiai tudományok kandidátusa a Mengyelejev- féle periódusos rendszer táblázata előtt a magreakciók törvényszerűségeiről beszél (A szerző felvételei)
