az Atomörökség Alapítvány nemrégiben kapott egy történelmi videót, amelyen néhány híres tudós látható, akik az új kémiai elemek felfedezésének versenyét vezették. A videó a mendelevium vagy a 101. elem felfedezését ábrázolja. Claude Lyneis, a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium nyugalmazott fizikusa készítette és narrálta a videót, amely kiemeli azokat az eszközöket és technikákat, amelyeket a tudósok izgalmas felfedezésük során használtak. Kattintson ide, vagy görgessen lefelé a videó megtekintéséhez.
a transzurán elemek keresése
a tudósok több száz éve keresnek új elemeket. Amikor Dmitrij Mendelejev az 1860-as években periodikus vagy ismétlődő rendszer szerint szervezte az ismert elemeket, voltak hiányosságok, elemek, amelyek még nem ismertek, de olyan tulajdonságokkal rendelkeztek, amelyeket a közeli kémiai szomszédokkal való kapcsolatuk megjósolhat. Mendelejev táblázata azóta kibővült, hogy új elemeket is beépítsen a Mendelejev által feltételezetteken túl. Ilyen elemek Az urán, a plutónium és a mendelevium.
Az urán atomszáma az egyik legmagasabb, 92 a földön előforduló természetes elemek közül. Az uránon túli elemek, a transzurán elemek, kialakulása után léteztek a földön, de rövidebb felezési idejük idővel eltűnéshez vezetett. A transzurán elemek felfedezése tehát a laboratóriumban történt. Bár nyomokban két transzurán elemet—a neptúniumot és a plutóniumot—fedeztek fel a természetben, mindkettőt szintetizálták, mielőtt a természetben előfordultak volna.
Dmitrij Mengyelejev
a transzurán elemek előállításának első kísérletei Enrico Fermivel, Emilio Segr-vel és Római kollégáikkal kezdődtek. 1934-ben, röviddel azután, hogy James Chadwick felfedezte a neutront, Fermi és kollégái neutronokat használtak az urán bombázására, majd új radioaktív termékeket figyeltek meg. Először azt hitték, hogy ezek új elemek. Azonban Otto Hahn és Fritz Strassmann kísérletei azt mutatták, hogy kisebb, korábban ismert elemek izotópjai voltak, amelyek az uránmag hasadásából származnak. Ezek a kísérletek az atomkorszak kezdetét jelentették, és egy ideig a fizikusok középpontjában az újonnan felfedezett hasadási jelenség tanulmányozása állt.
a transzurán elemeket az 1930-as évek elején végzett kísérleteikben alkalmazott Fermi és Segr szerinti általános módszerrel szintetizálták. Amikor egy kisebb részecske ütközik egy nehéz maggal, a mag kisebb darabokra szakadhat, ezt a folyamatot hasadásnak nevezik, vagy a két test összeolvadhat, hogy nehezebb elemet képezzen. A részecskék nagy sebességgel történő ütközése számos nehéz elem felfedezéséhez vezetett. Ez azonban nem egyszerű feladat. Új technikák és anyagok és sok szerencse kellett ahhoz, hogy ezeket az elemeket először szintetizálják.
a Mendelevium felfedezése
az új kémia számára írt fejezetükben, Glenn T. Seaborg és Walter D. Loveland a mendelevium felfedezését “az egyik legdrámaibbnak minősítette a transzurán elemek szintézisének sorrendjében.”Különösen “ez volt az első eset, amikor egy új elemet állítottak elő, és egyszerre egy atomot azonosítottak.”
Mendelevium felfedezése robbanással, pontosabban robbanással kezdődött a Csendes-óceán déli részén. 1952-ben az első termonukleáris eszköz, Ivy Mike, az Eniwetok Atollra dobták, egy tíz megatonnás robbanás, amely 130 000 láb feletti radioaktív felhőt küldött a levegőbe. Ennek a felhőnek a mintáit az Egyesült Államok laboratóriumaiba vitték, ahol két új elemet fedeztek fel a törmelék között—a 99-es és a 100-as elemeket, később einsteiniumnak, illetve fermiumnak hívták.
ezek a felfedezések a huszadik század közepén kibontakozó újabb nukleáris faj közepén történtek, új elemek felfedezésére. Az Egyesült Államokban a vezető kutatók a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem sugárzási laboratóriumában koncentrálódtak Ernest Lawrence irányítása alatt. Lawrence 60 hüvelykes ciklotronjának felhasználásával a kutatók arra törekedtek, hogy bizonyítékot találjanak az új elemekre. Reményeik szerint ezek az új elemek feltárják az atom titkait, és új kutatási területeket nyitnak meg, ahogyan azt a plutónium felfedezése tette 1940-ben.
egy idahói reaktorban a plutónium neutronokkal történő besugárzásával keletkezett egymilliárd einsteinium-253 Atom felhasználásával a tudósok csapata—köztük Albert Ghiorso, Stanley G. Thompson, Bernard G. Harvey, Gregory R. Choppin és Seaborg—tervet dolgozott ki egy új elem, a 101.elem előállítására. Először az einsteinium atomjait vékony aranyfóliára terítették. Mivel az einsteinium felezési ideje körülbelül három hét, a tudósoknak csak körülbelül egy hete volt az elem befogadása után, hogy elvégezzék kísérleteiket.
gyűjtsük össze az arany fóliát, amely nyomokban mendeleviumot tartalmaz.
amikor Ghiorso kiszámította a 101 elem atomjainak hozzávetőleges számát, amely akkor jön létre, amikor az aranyfóliát alfa-részecskékkel bombázzák, a számot sokkal kisebbnek találta, mint remélte. Ghiorso számításai szerint az új 101 elemnek csak körülbelül egy atomja jön létre három óránként, amikor az aranyfóliát alfa-részecskék bombázzák.
annak érdekében, hogy elkülönítsék a kísérletben előállított új elem elképzelhetetlenül kis mennyiségét, a tudósok egy második aranyfóliát állítottak fel az első mögött, hogy elkapják azokat az atomokat, amelyeket az alfa-részecskék hatása meglazít. Ezt a darab fóliát a ciklotronról a Rad laborba vitték, ahol feloldották és elemezték. A 101-es elem felezési ideje órák sorrendjében volt, tehát verseny volt az új elem felfedezésére, mielőtt újra eltűnt.
a kora reggeli órákban a február 19, 1955, a tudósok látták öt hasadási számít, a termék felosztása felvette az egyik a sok detektorok, jellemző elem 101, nyolc elem 100, fermium. Ez volt a szükséges meggyőző bizonyíték; a 101. elem már nem volt ismeretlen. Az akkor ismert legnehezebb atom felfedezését 1955. április végén jelentették be. Az egyetem által kiadott sajtóközleményben kiemelték a felfedezés izgalmas jellegét: “Az új elem atomjai az anyag legritkább egységei lehetnek, amelyek közel 5 milliárd éve léteznek a földön…az új elem 17 atomja természetesen mind lebomlott, és az” új ” elem a jelen számára ismét kihalt. A tudósok felfedezésüket a Physical Review Letters 1955 júniusi számában tették közzé, elemüket “mendelevium” – nak nevezték el Dmitrij Mendelejev és a periódusos rendszer tiszteletére.
1967-ben felfedezték a mendelevium új izotópját, amely akkoriban a tudósok által ismert legnehezebb atom volt. Ami azonban még izgalmasabb volt, az az izotóp felezési ideje: a Mendelevium – 258 hónapokig tartott a laboratóriumban, ami jelentősen megnövelte a nehéz elemek és tulajdonságaik további tanulmányozásának lehetőségeit. Más, hosszú felezési idejű nehéz elemek potenciáljáról Seaborg azt mondta: “mérhetetlenül hozzá fognak járulni a nukleáris szerkezet alapvető megértéséhez. Még nem tudom, mit jelent a gyakorlatban, de nem tudtuk, mire jó a plutónium, amikor évekkel ezelőtt felfedezték, és most hajókat táplál.”A mendeleviumnak tizenhat ismert izotópja van.
a videó
Ghiorso feltöltött VW bogara viszi a mintát a Rad laborba.
a KQED által készített 18 perces felvétel része, egy nyilvános műsorszóró állomás Észak-Kaliforniában, a videó a mendelevium felfedezését ábrázolja, amelyet ugyanazok a tudósok hajtottak végre, akik a kísérleteket elvégezték. A videó drámai módon bemutatja az új elem szintetizálásához szükséges készséget és sebességet, valamint a drámai utazást a ciklotrontól A Rad Laborig Ghiorso feltöltött VW Bogarában.
ezek a technikák a Berkeley csapatot az elemi felfedezés élvonalába helyezték. Seaborg és Ghiorso munkája több mint egy tucat új elem felfedezéséhez vezetett, és segített kibővíteni és megváltoztatni a periódusos rendszer alakját, hozzáadva és kitöltve a mai aktinidák sorozatát. Bár a felvételeket eredetileg a Rad Lab kísérleti technikáiról szóló dokumentumfilmhez készítették, nem ismert, hogy a felvételeket valaha is kiadták-e Mr.Lyneis felfedezése előtt.
a videót Lyneis, a Berkeley lab korábbi műveleti és fejlesztési igazgatója találta meg, ahol a kísérleteket végezték, egy filmdobozban, amely a szemétbe tartott. Lyneis szerkesztette a videót, hogy hanghatásokat és narrációt adjon hozzá, elmagyarázva azokat a technikákat, amelyeket Ghiorso és kollégái több mint hatvan évvel ezelőtt használtak. A doboz tartalmazta a hanfordi 25. évforduló megünneplésének felvételét is, amelyet Lyneis az Atomic Heritage Foundation-nak is adományozott, és itt látható.
2016-tól a periódusos rendszer első hét sorában már nincsenek hiányosságok. A jövőbeli terjeszkedés továbbra is bizonytalan, de az új elemek keresése a mai napig folytatódik. Az Atomic Heritage Foundation hálás Dr. Lyneisnek munkájáért és a forradalmi felfedezés magyarázataiért.