원자 헤리티지 재단은 최근 새로운 화학 원소를 발견하기 위해 경주를 주도 유명한 과학자의 일부를 보여주는 역사적인 비디오를 받았다. 비디오는 멘델레비움 또는 요소 101 의 발견을 묘사합니다. 제작 및 클로드 라이니스,로렌스 버클리 국립 연구소에서 은퇴 한 물리학에 의해 서술,비디오는 흥미로운 발견에 과학자들에 의해 사용되는 도구와 기술을 강조한다. 여기를 클릭하거나 아래로 스크롤하여 비디오를 봅니다.
초우라닉 원소에 대한 탐색
과학자들은 수백 년 동안 새로운 원소를 찾고 있다. 드미트리 멘델레예프가 1860 년대에 주기적 또는 반복적체계에 따라 알려진 원소를 구성했을 때,아직 알려지지 않았지만 화학적 이웃과의 관계에 의해 예측 될 수있는 특성을 가진 간격이 있었다. 멘델레예프의 테이블은 이후 멘델레예프가 가정 한 것 이상의 새로운 요소를 통합하도록 확장되었습니다. 이러한 요소에는 우라늄,플루토늄 및 멘델레비움이 포함됩니다.
우라늄은 지구상에서 자연적으로 발생하는 원소 중 가장 높은 원자 번호 중 하나 인 92 를 가지고 있습니다. 우라늄을 넘어 요소,초우라닉 요소,그 형성 후 지구에 존재,그러나 그들의 짧은 반감기는 시간이 지남에 따라 자신의 실종을 주도. 따라서 초우라닉 원소의 발견은 실험실에서 일어났다. 넵투늄과 플루토늄과 같은 두 초우라닉 원소의 미량이 자연에서 발견되었지만,둘 다 자연적으로 발생하기 전에 합성되었다.
드미트리 멘델레예프
이 초우라닉 원소들을 생산하려는 첫 시도는 엔리코 페르미,에밀리오 세그르,그리고 로마에 있는 그들의 동료들과 함께 시작되었다. 1934 년 제임스 채드윅에 의해 중성자가 발견 된 직후 페르미와 그의 동료들은 중성자를 사용하여 우라늄을 폭격하고 새로운 방사성 제품을 관찰했습니다. 처음에 그들은 이것들이 새로운 요소라고 믿었다. 그러나 오토 한과 프리츠 슈트라스만의 실험은 우라늄 핵의 분열로 인해 이전에 알려진 더 작은 원소의 동위 원소임을 나타냈다. 이 실험은 원자 시대에 시작되었고,잠시 동안 물리학 자의 초점은 새로 발견 된 핵분열 현상을 연구하는 것으로 옮겨졌습니다.
초우라닉 원소는 1930 년대 초 실험에서 사용된 페르미와 세그르와 동일한 일반적인 방법을 사용하여 합성되었다. 더 작은 입자가 무거운 핵과 충돌 할 때,핵은 더 작은 조각,핵분열이라고 불리는 과정으로 분열 될 수 있으며,또는 두 몸체가 융합되어 더 무거운 원소를 형성 할 수 있습니다. 빠른 속도로 입자의 충돌은 무거운 원소의 많은 수의 발견을 주도하고있다. 그러나 이것은 간단한 작업이 아닙니다. 먼저 이러한 요소를 합성하는 데 새로운 기술과 재료,그리고 많은 행운이 필요했습니다.
멘델레비움의 발견
그들의 장에서 새로운 화학,글렌 티.시보그 과 월터 디. 러브 랜드는 멘델레비움의 발견을”초우라늄 원소의 합성 순서에서 가장 극적인 것 중 하나”라고 묘사했습니다.”특히”새로운 원소가 생성되어 한 번에 하나의 원자가 확인 된 첫 번째 사례였습니다.”
멘델레비움의 발견은 강타,또는 더 구체적으로 남태평양에서 폭발로 시작되었습니다. 1952 년,최초의 열핵 장치,아이비 마이크,에니 웨톡 환초,공기 130,000 피트 이상 방사성 구름을 전송 10 메가톤 폭발에 떨어졌다. 그 구름의 샘플은 두 개의 새로운 요소가 파편 중 발견 된 미국의 실험실로 찍은—요소 99 과 100,나중에 각각 아인슈타인 및 페르뮴이라고.
이러한 발견은 20 세기 중반에 펼쳐지는 또 다른 핵 경쟁의 한가운데서 새로운 요소를 발견하기위한 것이었다. 미국의 주요 연구자들은 어니스트 로렌스의 지시에 따라 버클리 캘리포니아 대학의 방사선 연구소에 집중되었습니다. 로렌스의 60 인치 사이클로트론을 사용하여 연구자들은 새로운 요소에 대한 증거를 찾기 위해 경쟁했습니다. 이 새로운 요소들은 1940 년에 플루토늄이 발견 된 것처럼 원자의 비밀을 풀고 새로운 연구 영역을 열어 줄 것으로 기대했습니다.
플루토늄과 중성자를 조사하여 아이다호에 있는 원자로에 형성된 아인슈타인-253 의 10 억 원자를 사용하여,알버트 기오르소,스탠리 지 톰슨,버나드 지 하비,그레고리 알 쵸핀,시보그를 포함한 과학자 팀은 새로운 원소 101 원소를 생산할 계획을 고안했다. 첫째,아인슈타인 원자는 얇은 금박 위에 퍼졌습니다. 아인슈타이늄의 반감기는 약 3 주 정도였기 때문에,과학자들은 실험을 수행할 요소를 받은 후 약 일주일 정도밖에 걸리지 않았다.
미량의 멘델레비움을 함유 한 금박 수집.
기오르소가 알파 입자로 금박에 폭격을 가했을 때 생성되는 원소 101 의 원자의 대략적인 수를 계산했을 때,그는 그 수가 그가 기대했던 것보다 훨씬 작다는 것을 발견했다. 기오르소의 계산에 따르면,새로운 원소(101)의 약 1 개의 원자만이 알파 입자에 의해 금박이 포격된 3 시간마다 생성될 것이다.
실험에서 생성 될 새로운 원소의 상상할 수 없을 정도로 작은 양을 분리하기 위해,과학자들은 알파 입자의 충격에 의해 느슨한 노크 될 원자를 잡기 위해 첫 번째 뒤에 금박의 두 번째 조각을 설정합니다. 이 호일 조각은 사이클로트론에서 방사선 실험실로 언덕 위로 돌진하여 용해되고 분석되었습니다. 요소 101 의 반감기는 시간의 순서에 있었다,그래서 다시 사라지기 전에 새로운 요소를 발견하는 경쟁이었다.
1955 년 2 월 19 일 이른 아침,과학자들은 원소 101 의 특징 인 많은 검출기 중 하나와 원소 100 의 페르미움에서 8 개가 분리 된 산물 인 5 개의 핵분열 수를 보았다. 이것이 그들이 필요로 하는 결정적인 증거였다;요소 101 은 더 이상 알려지지 않았다. 당시 알려진 가장 무거운 원자의 발견은 1955 년 4 월 말에 발표되었다. 대학에서 발행 한 보도 자료에서 발견의 흥미로운 성격을 강조 했다: “새로운 원소의 원자는 거의 50 억 년 동안 지구에 존재했던 물질의 가장 희귀 한 단위 였을 것입니다…물론 새로운 원소의 17 개의 원자는 모두 부패했으며,’새로운’원소는 현재 다시 한 번 멸종되었습니다.”과학자들은 드미트리 멘델레예프와 그의 주기율표를 기리기 위해 그들의 요소”멘델레비움”을 명명하면서 물리적 검토 편지의 1955 년 6 월호에 그들의 발견을 발표했습니다.
1967 년 멘델레비움의 새로운 동위 원소가 발견되었는데,이 원소는 당시 과학자들에게 알려진 가장 무거운 원자로 대체되었다. 그러나 더 흥미로운 것은 동위 원소의 반감기였습니다:멘델레비움-258 은 실험실에서 몇 달 동안 지속되어 무거운 원소와 그 특성에 대한 추가 연구 기회를 극적으로 증가 시켰습니다. 긴 반감기를 가진 다른 무거운 원소의 잠재력에 대해 시보그는”핵 구조에 대한 우리의 기본적인 이해에 헤아릴 수 없을 정도로 추가 될 것”이라고 말했다. 나는 그것이 실용적인 측면에서 무엇을 의미할지 아직 모르지만,우리는 플루토늄이 몇 년 전에 발견되었을 때 어떤 것이 좋을지 몰랐고 지금은 선박에 동력을 공급하고 있습니다.”멘델레비움의 16 개의 알려진 동위 원소가 있습니다.
비디오
기오르소의 슈퍼차저 폭스바겐 벌레가 샘플을 방사능 실험실로 몰아넣었습니다.
북부 캘리포니아의 공영 방송국인 케드가 촬영한 영상 18 분 중 일부인 이 영상은 실험을 수행한 몇몇 과학자들에 의해 재현된 멘델레비움의 발견을 묘사한다. 이 비디오는 새로운 요소를 합성하는 데 필요한 기술과 속도,그리고 사이클로트론에서 기 오르소의 수퍼 차저 폭스 바겐 버그의 방사선 실험실까지의 극적인 여행을 극적으로 보여줍니다.
이러한 기술은 버클리 팀을 원소 발견의 최전선에 놓았습니다. 시보그와 기오르소의 연구는 12 개가 넘는 새로운 원소의 발견으로 이어졌고,주기율표의 모양을 확장하고 변화시키는데 도움을 주었고,현재 악티나이드 계열을 추가하고 채웠다. 이 영상은 원래 방사선 연구소의 실험 기술에 대한 다큐멘터리로 촬영되었을 수도 있지만,라이니스 씨의 발견 이전에 그 영상이 공개되었는지 여부는 알려져 있지 않습니다.
이 비디오는 실험이 수행 된 버클리 연구소의 전 운영 및 개발 책임자 인 라이니스가 휴지통으로 향하는 영화 상자에서 발견했습니다. 라인 니스는 60 년 전에 기 오르소와 그의 동료들이 사용한 기술을 설명하면서 음향 효과와 내레이션을 추가하기 위해 비디오를 편집했습니다. 이 상자에는 핸 포드에서 25 주년 기념 행사가 기록되어 있었는데,라이니스는 원자 헤리티지 재단에 기부했으며 여기에서 볼 수 있습니다.
2016 년 현재 주기율표의 처음 7 행에는 더 이상 간격이 없습니다. 미래의 확장은 불확실하지만 새로운 요소에 대한 검색은 여전히 오늘날까지 계속됩니다. 원자 헤리티지 재단은 이 혁신적인 발견에 대한 그의 연구와 설명에 대해 라이니스 박사에게 감사한다.