原子遺産財団は最近、新しい化学元素を発見するためにレースを導いた有名な科学者のいくつかを示す歴史的なビデオを受 このビデオは、メンデレビウム、または要素101の発見を描いています。 ローレンス-バークレー国立研究所で引退した物理学者であるクロード-リネイスによってプロデュースされ、ナレーションされたこのビデオは、科学者がエキサイティングな発見で使用したツールとテクニックを強調しています。 ここをクリックするか、下にスクロールしてビデオを表示します。
超ウラン元素の探索
科学者たちは何百年もの間、新しい元素を探してきました。 Dmitri Mendeleevが1860年代に周期的または反復的なシステムに従って既知の元素を編成したとき、まだ知られていないが、化学的な隣人との関係によって予測できる特性を持つギャップがあった。 MendeleevのテーブルはMendeleevによって仮定されるそれらを越える新しい要素を組み込むためにそれ以来拡大された。 そのような元素には、ウラン、プルトニウム、メンデレビウムが含まれる。
ウランは、地球上の天然に存在する元素の中で最も高い原子番号の1つである92を持っています。 ウランを超えた元素、超ウラン元素は、その形成後に地球上に存在していたが、その短い半減期は、時間をかけて彼らの消失につながっています。 このように、超ウラン元素の発見は実験室で起こった。 微量の2つの超ウラン元素—ネプツニウムとプルトニウム—が自然界で発見されていますが、どちらも自然界に存在することが判明する前に合成されました。
ドミトリー-メンデレーエフ
これらの超ウラン元素を製造する最初の試みは、ローマのEnrico Fermi、Emilio Segrè、および彼らの同僚から始まりました。 1934年、james Chadwickによって中性子が発見された直後に、Fermiと彼の同僚は中性子を使用してウランを砲撃し、その後新しい放射性生成物を観察しました。 最初は、彼らはこれらが新しい要素であると信じていました。 しかし、Otto HahnとFritz Strassmannによる実験は、それらがウラン核の分裂に起因する、以前に知られていたより小さな元素の同位体であることを示した。 これらの実験は原子時代を迎え、しばらくの間、物理学者の焦点はこの新たに発見された核分裂現象の研究に移った。
超ウラン元素は、1930年代初頭の実験で使用されたのと同じ一般的な方法FermiとSegrèを使用して合成されました。 より小さな粒子が重い核と衝突すると、核はより小さな断片、核分裂と呼ばれるプロセスに分解することができ、または2つの体はより重い要素を形 高速での粒子の衝突は、多数の重元素の発見につながっている。 しかし、これは簡単な作業ではありません。 最初にこれらの要素を合成するには、新しい技術と材料、そして多くの運が必要でした。
メンデレビウム
の発見は、新しい化学、Glenn T.SeaborgとWalter Dのために書かれた彼らの章で書かれました。 ラブランドはメンデレビウムの発見を「超ウラン元素の合成の中で最も劇的なものの1つである」と説明した。”特に、”新しい元素が生成され、一度に一つの原子を同定した最初のケースでした。”
メンデレビウムの発見は、強打、より具体的には南太平洋での爆発から始まりました。 1952年、最初の熱核装置アイビー・マイクがエニウェトク環礁に投下され、130,000フィート以上の放射性雲を大気中に送り込んだ10メガトンの爆風であった。 その雲のサンプルは米国の研究室に運ばれ、破片の中から二つの新しい元素が発見されました—元素99と100、後にそれぞれeinsteiniumとfermiumと呼ばれます。
これらの発見は、20世紀半ばに展開された別の核競争の真っ只中に行われたものであり、新しい元素を発見するためのものである。 米国では、主要な研究者は、アーネスト-ローレンスの指揮の下、カリフォルニア大学バークレー校の放射線研究所に集中していました。 ローレンスの60インチサイクロトロンを使用して、研究者は新しい要素の証拠を見つけるために競争しました。 これらの新しい元素は、1940年にプルトニウムが発見されたように、原子の秘密のロックを解除し、研究の新しい分野を開くことを望んでいました。
アイダホ州の原子炉でプルトニウムに中性子を照射することによって形成されたアインスタイニウム-253の一億原子を用いて、Albert Ghiorso、Stanley G.Thompson、Bernard G.Harvey、Gregory R.Choppin、Seaborgを含む科学者チームは、新しい元素である元素101を製造する計画を考案した。 まず、アインスタイニウムの原子を薄い金箔の上に広げた。 アインスタイニウムは約3週間の半減期を持っているので、科学者たちは実験を行うために元素を受け取ってから約1週間しか持っていませんでした。
微量のメンデレビウムを含む金箔を収集する。
Ghiorsoは、金箔がアルファ粒子で衝撃されたときに作成される元素101の原子のおおよその数を計算したとき、彼はその数が彼が望んでいたよりもはるかに小さいことを発見した。 Ghiorsoの計算によると、金箔がアルファ粒子によって砲撃された3時間ごとに、新しい元素101の約1つの原子のみが作成されます。
実験で生成されるであろう想像を絶する少量の新しい元素を分離するために、科学者たちは、アルファ粒子の衝撃によって緩んだ原子を捕らえるために、最初のものの後ろに第二の金箔を設置した。 箔のこの部分は、サイクロトロンからRadラボに丘を急いで、それが溶解し、分析されました。 元素101の半減期は時間のオーダーであったので、それが再び消える前に新しい元素を発見するためのレースでした。
1955年2月19日の早朝、科学者たちは、101元素の特徴である多くの検出器の1つによって拾われた分裂の積である5つの核分裂数と、100元素であるフェルミウムからの8つの核分裂数を見た。 これは彼らが必要としていた決定的な証拠であり、要素101はもはや不明ではなかった。 当時知られていた最も重い原子の発見は1955年の終わりに発表された。 大学が発行したプレスリリースでは、発見の刺激的な性質が強調されました: 「新しい元素の原子は、ほぼ50億年にわたって地球上に存在していた物質の最も希少な単位であったかもしれません…新しい元素の17個の原子はすべて腐敗し、そして「新しい」元素は再び絶滅した現在のものです。「科学者たちは、1955年6月号のPhysical Review Lettersにその発見を発表し、その元素をDmitri Mendeleevと彼の周期表に敬意を表して「mendelevium」と命名しました。
1967年、メンデレビウムの新しい同位体が発見され、当時は科学者に知られている最も重い原子として引き継がれました。 しかし、よりエキサイティングだったのは同位体の半減期でした：メンデレビウム-258は数ヶ月間実験室で持続し、重元素とその特性のさらなる研究の機会を劇的に増加させました。 長い半減期を持つ他の重元素の可能性のうち、シーボーグは言った、”彼らは核構造の私たちの基本的な理解に計り知れないほど追加されます。 私はそれが実用的な言葉で何を意味するのかまだ分かりませんが、数年前に発見されたときにプルトニウムが何のために良いのか分かりませんでしたが、今は船に電力を供給しています。「メンデレビウムには16種類の同位体が知られています。
ビデオ
ジオルソのスーパーチャージャー付きVWバグがRadラボにサンプルを運転しています。
Kqed、北カリフォルニアの公共放送局によって撮影された映像の18分の一部は、ビデオは実験を行った同じ科学者の何人かによって再現されたようにメンデレビウムの発見を描いています。 このビデオでは、新しい要素を合成するために必要なスキルとスピード、そしてジオルソのスーパーチャージャー付きVWバグのサイクロトロンからRad Labへのドラマティックな旅が劇的に紹介されています。
これらの技術は、バークレーチームを元素発見の最前線に置いた。 SeaborgとGhiorsoの仕事は、ダース以上の新しい元素の発見につながった、と追加し、現在のアクチニドシリーズであるものを充填し、周期表の形状を拡大し、変更する この映像はもともとRadラボの実験技術に関するドキュメンタリーのために撮影された可能性がありますが、Lyneis氏の発見の前に映像が公開されたかどうかは知られていません。
このビデオは、実験が行われたバークレー研究所の運用-開発担当の元ディレクターであるLyneisによって、ゴミ箱に向かった映画の箱の中で発見されました。 Lyneisは効果音とナレーションを追加するためにビデオを編集し、60年以上前にGhiorsoと彼の同僚によって使用された技術を説明しました。 箱には、ハンフォードでの25周年記念祝賀会の記録も含まれていましたが、これはLyneisもAtomic Heritage Foundationに寄付したもので、ここで見ることができます。
2016年現在、周期表の最初の7行にはギャップがなくなりました。 将来の拡大は不確実なままですが、新しい要素の検索はまだ今日まで続いています。 原子遺産財団は、この革命的な発見の彼の仕事と説明のための博士リネイスに感謝しています。