Микробиологический способ получения химических элементов и их изотопов, в том числе сверхтяжелых заурановых элементов

Микробиологический способ получения химических элементов и их изотопов, в том числе сверхтяжелых заурановых элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области трансмутации, синтеза и распада химических элементов и превращения изотопов, то есть к искусственному получению одних химических элементов и изотопов из других химических элементов и изотопов (в том числе получения заурановых сверхтяжелых элементов) с помощью микроорганизмов.

Микробиологический способ получения химических элементов путем синтеза и распада с получением в том числе сверхтяжелых химических элементов позволяет в неограниченных количествах получать ценные и дефицитные элементы, которые пользуются повышенным спросом на рынке, в технике, промышленности и научных исследованиях. Данные элементы и изотопы заключают в себе колоссальные запасы энергии, имеют чрезвычайно высокую ценность и продажную цену на рынке.

Способ позволяет получать практически все элементы периодической системы химических элементов и их изотопы, в том числе особо ценные и редкие химические элементы, например: искусственные изотопы марганца, железа, кобальта, никеля, цинка, германия; весь ряд лантанидов и их изотопы; серебро и его изотопы; платина и металлы платиновой группы, и их изотопы; золото и его изотопы; а также ценные и редкие химические элементы, отсутствующие в земной природе или присутствующие в ней в ничтожно малых, исчезающих, количествах: технеций, прометий, полоний, франций, радий, актиний, торий, протактиний, уран и их изотопы, а также все известные заурановые сверхтяжелые элементы: нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий, резерфордий, дубний, сиборгий, борий, хассий, мейтнерий, дармштадтий, рентгений, коперниций, нихоний, флеровий, московий, ливерморий, теннессин, оганесон и все более тяжелые элементы и их изотопы.

Известны превращения химических элементов, образование новых изотопов элементов и новых химических элементов при ядерных распадах и синтезах химических элементов, применяемые в традиционных атомных ректорах, на атомных электростанциях (АЭС), в научных ядерных реакторах, например, при облучении химических элементов нейтронами, или протонами, или альфа-частицами.

Известен также способ трансмутации элементов - долгоживущих радиоактивных нуклидов, в том числе возникающих в облученном ядерном топливе (RU 2415486, 2011). Способ заключается в облучении нейтронным потоком трансмутируемого материала, причем облучение проводят нейтронами, полученными в реакциях ядерного синтеза в сформированной предварительно плазме нейтронного источника, при определенном размещении рассеивающей нейтроны среды. Данный способ основан на реакциях ядерного синтеза в токомаке, также является сложным и требует специального оборудования. Выход продукта и набор получаемых по данному способу элементов и изотопов ограничен, при этом не могут быть получены искусственные заурановые сверхтяжелые элементы и их изотопы.

Известен способ получения радионуклидов Th-228 и Ra-224, который также реализуется в условиях реакторной технологии. Технология является достаточно сложной и имеет ограничения по безопасности (RU 2317607, 2008), кроме того, имеет очень ограниченный набор получаемых элементов.

Известны способы получения искусственных, в том числе сверхтяжелых, элементов на циклотронах и атомных реакторах. (Химическая энциклопедия под ред. Н.С. Зефирова. - М.: Большая российская энциклопедия, 1998. Т. 5. С. 84. - 783 с. - ISBN 5-85270-310-9).

Ниже описано современное традиционное получение следующих искусственных элементов и изотопов, к которым относятся:

- искусственные изотопы урана: уран-232, уран-233.

- элементы - продукты распада урана и тория, которые присутствуют в земной природе в исчезающе малых, следовых, количествах: технеций, прометий, полоний, франций.

- элементы, отсутствующие в земной природе: все заурановые (трансурановые) элементы.

Из перечисленных ниже (и получаемых заявленным способом) многочисленных элементов, в земной природе присутствуют только торий и уран: торий (в виде единственного природного изотопа тория - торий-232) и уран в виде его трех, наиболее долгоживущих, изотопов (уран-234, уран-235 и уран-238).

Относительно тория и урана, заявленным способом получаются также более разнообразные продукты, чем природные: как данные вышеуказанные долгоживущие изотопы, имеющиеся в природе, так и короткоживущие изотопы урана и тория, не обнаруженные в природе.

Многие элементы, получаемые по заявляемому способу, и их любые изотопы, могут быть получены и получались только искусственно, так как они являются заурановыми элементами, имеют короткий период полураспада и поэтому отсутствуют в земной коре, или же находятся в ней в исчезающее-малых, ничтожных количествах (технеций, прометий, полоний, франций).

Возможности современной атомной промышленности:

В ощутимых для промышленности весовых количествах (килограммы в год) в настоящее время современной атомной промышленностью могут быть искусственно получены технеций и его изотопы, уран-232, уран-233, изотопы плутония, в том числе плутоний-238, плутоний-239, америций-241 и некоторые изотопы кюрия.

Другие искусственные элементы и их изотопы, отсутствующие в природе и получаемые по заявляемому способу, современная атомная промышленность имеет возможность получать лишь в малых весовых количествах, т.е. в миллиграммах и граммах в год: прометий (миллиграммы и граммы), полоний-208 и полоний-209 (миллиграммы), полоний-210 (граммы), америций-242m (миллиграммы), берклий (миллиграммы и граммы) и калифорний (миллиграммы и граммы), эйнштейний (микрограммы до миллиграмма).

Таким образом, эйнштейний (порядковый номер 99) был получен в микровесовых количествах.

Все элементы, находящиеся в периодической таблице химических элементов за эйнштейнием и имеющие более высокие порядковые номера, чем эйнштейний, т.е. фермий (атомный номер 100) и все элементы тяжелее фермия, современной атомной промышленностью и наукой в весовых и даже в микровесовых количествах до сих пор получены не были. Они были получены экспериментально в нескольких мировых ядерных научных центрах лишь в атомных количествах (в количестве нескольких атомов или ядер).

Для их получения даже в ничтожных весовых количествах современная атомная промышленность и экспериментальная наука технических возможностей не имеют.

Данные элементы были получены в ведущих ядерных институтах мира в количествах лишь нескольких ядер (атомов) каждого элемента, то есть получены не в весовых и не в промышленных объемах, а в атомных.

Характеристика современного традиционного получения элементов.

Технеций

Технеций встречается на Земле в следовых количествах в урановых рудах, 5⋅10^-10 г на 1 кг урана. Методами спектроскопии выявлено содержание технеция в спектрах некоторых звезд созвездий Андромеды и Кита (технециевые звезды). Технеций получают из радиоактивных отходов химическим способом. Кроме того, технеций образуется при делении нуклидов ²³²Th, ²³³U, ²³⁸U, ²³⁹Pu и может накапливаться в реакторах килограммами за год.

Прометий

Самый долгоживущий изотоп прометия - прометий-145 имеет период полураспада 18 лет. Прометий как короткоживущий радиоактивный элемент находится в природе в исчезающемалых количествах (по оценкам, его содержание в земной коре составляет несколько сот граммов) и он не мог быть открыт аналитическим способом, несмотря на усилия многих исследователей.

Металлический прометий получают металлотермией из PmF₃. Выделяется ¹⁴⁷Pm из смеси радиоактивных изотопов различных элементов, образующихся в ядерных реакторах.

Полоний

На практике в граммовых количествах нуклид полония ²¹⁰Ро синтезируют искусственно, облучая металлический ²⁰⁹Bi тепловыми нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся ²¹⁰Bi за счет бета-распада превращается в ²¹⁰Ро. При облучении того же изотопа висмута протонами по реакции ²⁰⁹Bi+р→²⁰⁹Ро+n образуется самый долгоживущий изотоп полония ²⁰⁹Ро.

Франций

Франций - один из редчайших элементов в земной природе. Весь природный франций является радиогенным, его радиоактивный распад компенсируется одновременным возникновением новых атомов франция в качестве промежуточных продуктов распада урана-235 и тория-232. Общее содержание франция в земной коре оценивается в 340 граммов.

Микроскопические количества франция-223 и франция-224 могут быть химически выделены из минералов урана и тория. Другие изотопы франция получают искусственным путем с помощью ядерных реакций.

Наиболее распространенный способ получения франция путем ядерной реакции:

С помощью этой реакции могут быть синтезированы изотопы франция с массовыми числами 209, 210 и 211. Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада ²¹⁰Fr и ²¹¹Fr - три минуты, a ²⁰⁹Fr - 50 секунд).

Уран

Уран-232 образуется в качестве побочного продукта при наработке урана-233 путем бомбардировки нейтронами тория-232.

Ввиду того, что эффективное сечение реакций (n, 2n) для тепловых нейтронов мало, выход урана-232 зависит от наличия значительного количества быстрых нейтронов (с энергией не менее 6 МэВ). Таким образом, налицо сложность и дороговизна традиционного процесса получения урана-232: необходимость получения и использования быстрых нейтронов и других факторов.

Так как наличие урана-232 в облученном топливе затрудняет безопасность работы с ним (см. раздел «Применение»), для снижения образования урана-232 необходимо использовать ториевое топливо с минимальной концентрацией тория-230. (Carey Sublette. Nuclear Weapons Frequently Asked Questions (англ.). nuclearweaponarchive.org. Проверено 25 мая 2010. Архивировано из первоисточника 26 апреля 2012.).

Таким образом, получение урана-232 традиционными методами небезопасно и требует особых условий проведения процесса и организации труда.

Уран-233

Уран-233 получают путем облучения нейтронами тория-232.

Нептуний.

В настоящее время нептуний извлекается из продуктов длительного облучения урана в ядерных реакторах как побочный продукт при извлечении плутония. Таким образом, способ требует ядерного сырья (урана), ядерных реакций и традиционных реакторов.

Реакция синтеза: ²³⁸U(n, γ)²³⁹U(β^-)²³⁹Np.

Плутоний (атомный номер 94)

Плутоний-238 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащенном уране, содержащем в основном изотоп уран-238. Весовые количества изотопно чистого плутония-238 получают путем облучения нейтронами нептуния-237, который в свою очередь добывают из отработанного ядерного топлива (Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. Т. 3. С. 580-582. 639 с. ISBN5-85270-039-8.). Плутоний-239 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащенном уране, содержащем в основном изотоп уран-238, при захвате им избыточных нейтронов. Для промышленного выделения плутония-239 из облученного ядерного топлива используют пьюрекс-процесс.

Плутоний-244 получается в ядерных реакторах из америция, то есть требует наличия элемента америция - искусственного и дорогого самого по себе. В ядерном реакторе облучали элемент америций-243. Захватив нейтрон, этот изотоп путем бета-распада переходил в америций-244, а данный америций-244 в одном из 10 тыс. случаев переходил в плутоний-244.

Америций (атомный номер 95)

Америций получается при облучении плутония нейтронами в ядерном реакторе. Его изотопы образуются также в результате последующих ядерных реакций и распадов. ²⁴¹Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде ²⁴¹Pu: Pu-241 -> (13,2 года, бета-распад) -> Am-241.

Получение наиболее ценного изотопа америция - америций-242m в граммовых количествах пока только обсуждается (предполагается получать его из ²⁴¹Am, который содержится в отработанном ядерном топливе в количестве порядка килограмма на тонну).

Америций-243 (²⁴³Am) был синтезирован при облучении нейтронами ²⁴²Pu. Америций-244 образуется при облучении нейтронами америция-243.

Кюрий (атомный номер 96)

Изотопы кюрия образуются при облучении плутония и америция в ядерных реакторах. Путем последовательного захвата нейтронов ядрами элементов-мишени происходит накопление атомов кюрия. (Википедия. Лит. Ст. Актиноиды. Б.Ф. Мясоедов. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2248.html)

Берклий (атомный номер 97)

Изотоп ²⁴⁹Bk образуется в ядерных реакторах при длительном интенсивном облучении нейтронами плутониевых или кюриевых мишеней в результате многократного захвата нейтронов. Этим путем в США получают около 20 мг ²⁴⁹Bk в год. Изотоп ²⁴⁷Bk образуется при бомбардировке кюриевых мишеней альфа-частицами, ускоренными на циклотроне. Изотопы берклия с массовыми числами до 248 получают из соответствующих изотопов америция или кюрия по реакции (α, n) или (α, р, n). ²⁴⁹Вк образуется в ядерном реакторе при облучении нейтронами ²³⁸U или ²³⁹Pu. ²⁵⁰Вк получают облучением ²⁴⁹Вк по реакции (γ, n). (Лит. ст. Актиноиды. Б.В. Громов, http://www.xumuk.ru/encyklopedia/552.html)

Калифорний (атомный номер 98)

Для производства одного грамма калифорния плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе, от 8 месяцев до 1,5 лет. Затем из получившихся продуктов облучения химическим путем выделяют калифорний. На сегодняшний день в мире накоплено всего 8 грамм калифорния-252, а ежегодно производится не более 40 миллиграмм.

Эйнштейний (атомный номер 99)

Нуклиды эйнштейния получают при облучении U, Bk или Cf на циклотроне ускоренными ионами соответственно N, Не и D.

Нуклиды ²⁵³Es и ²⁵⁴Es образуются в ядерных реакторах при длительном облучении тяжелых нуклидов Pu, Cm или Cf.

В США производят около 2 мг ²⁵³Es в год. (Лит.: Hulet Е., "Radiochimica Acta", 1983, v. 32, №1, p. 7-23; Chemistry of actmide elements, 2 ed., v. 2, L. - N.Y., 1986. http://www.medpulse.ru/encyclopedia/8287.html)

Фермий (атомный номер 100)

Фермий получают в ходе облучения на циклотроне мишеней из тория, урана или плутония ионами неона, кислорода или углерода. Другим способом получения фермия является облучение в ядерном реакторе нейтронами смеси изотопов плутония, кюрия или калифорния. В наибольших количествах, около 10⁹ атомов в год, получают изотоп ²⁵⁷Fm. (Химическая энциклопедия. Под ред. Н.С. Зефирова. М.: Большая российская энциклопедия, 1998. Т. 5. С. 84. 783 с. ISBN 5-85270-310-9).

В весовых количествах фермий не был получен.

Менделевий (атомный номер 101)

Менделевий получают при бомбардировке в циклотроне атомов эйнштейния ядрами гелия (альфа-частицами. (Менделевий. Книги. Наука и техника.).

Исследование свойств элемента затруднялось до последнего времени отсутствием достаточного количества атомов. В лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных проблем группа ученых (Ван Тун-сен, Малы, Таубе, Гаврилов) получила сравнительно большие количества атомов менделевия путем облучения урана ионами неона (http://alhimikov.net/element/Md.html).

Нобелий (атомный номер 102)

Различные изотопы нобелия были получены на циклотронах в результате бомбардировки мишеней из тяжелых элементов легкими элементами. В качестве мишеней используются изотопы урана, ряда трансурановых элементов (плутоний, америций, кюрий, калифорний, эйнштейний) или свинца. Для бомбардировки берут ионы неона-22, кислорода-18, углерода-12, кальция-48 и некоторые другие. Ниже дан пример ядерной реакции получения изотопа ²⁵⁷No:

Примечательно, что каждый изотоп может быть получен несколькими комбинациями пар мишень - частица.

Лоуренсий (атомный номер 103)

Первые опыты по синтезу 103-го элемента были проведены в 1961 г. в Беркли (США). В 1961 г. сотрудники Калифорнийского университета (Гиорсо и др.), бомбардируя калифорний быстрыми ионами бора, установили, что при этом образуется новый трансурановый элемент, принадлежащий к семейству актиноидов, которому присвоили название лоуренсий (http://www.chem.msu.su/rus/history/element/Lr.html).

В 1965 г. в ОИЯИ (Дубна) при облучении америция-243 ионами кислорода-18 получили изотоп ²⁵⁶Lr₁₀₃ с периодом полураспада 35±10 секунд.

В «Радиохимическом словаре элементов», составленном известными французскими радиохимиками М. Гайсинским и Ж. Адловым (1965 г.), приведено уравнение ядерной реакции, по которой получали новый элемент лоуренсий:

(N-T.ru // Электронная библиотека Наука и техника, http://n-t.ru/ri/ps/pb103.htm)

Резерфордий (атомный номер 104)

Резерфордий никогда не был получен в макроскопических количествах. Впервые сто четвертый элемент (резерфордий) периодической системы с массовым числом 261 был синтезирован в 1964 году в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне под руководством Г.Н. Флерова, путем обстреливания мишени из плутония-242 ядрами неона-22 энергией около 115 МэВ.

В 1969 году элемент был получен группой ученых в университете Беркли, Калифорния. Они использовали мишень из калифорния-249, которую облучали ионами углерода-12. (A. Ghiorso, М. Nurmia, J. Harris, K. Eskola, P. Eskola Positive Identification of Two Alpha-Particle-Emitting Isotopes of Element 104 // Physical Review Letters. 1969. T. 22, №24. C. 1317-1320. DOI: 10.1 103/PhysRevLett.22.1317.)

В 1974 году в ОИЯИ получили резерфордий в реакции холодного слияния атомов свинца-208 и титана-50: (Yu. Ts. Oganessian Experiments on the synthesis of neutron-deficient kurchatovium isotopes in reactions induced by ⁵⁰Ti Ions // Nuclear Physics A. 1975. T. 38, №6. C. 492-501. DOI: 10.1016/0375-9474(75)91140-9.)

В 1970 исследователи из Калифорнийского университета под руководством Альберта Гиорсо получила резерфордий-261 в реакции слияния ядер кюрия-248 и кислорода-18.

(A. Ghiorso, М. Nurmia, K. Eskola, P. Eskola ²⁶¹Rf; new isotope of element 104 // Physics Letters B. 1970. T. 32, №2. C. 95-98. DOI: 10.1016/0370-2693(70)90595-2.) В 1996 году в Беркли был получен изотоп резерфордия-262 при облучении плутония-244 ионами неона-22. (М.R. Lane, et al. Spontaneous fission properties of 104262Rf // Physics Letters C. 1996. T. 53, №6. C. 2893-2899. DOI: 10.1103/PhysRevC. 53.2893.) В 1999 году был открыт изотоп резерфордий-263 при электронном захвате дубния-263. (J.V. Kratz Critical evaluation of the chemical properties of the transactinide elements (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. 2003. T. 75, №1. C. 103. DOI:10.1351/pac200375010103.)

В 2000 году физикам из Дубны удалось получить резерфордий при облучении мишени из урана-238 ионами магния-26. (Yu. Lazarev, et al. Decay properties of 257No, 261Rf, and 262Rf // Physical Review C. 2000. T. 62, №6. DOI: 10.1103/PhysRevC.62.064307.)

Дубний (атомный номер 105)

Элемент 105 (дубний) впервые получен на ускорителе в Дубне в 1970 году группой Г.Н. Флёрова путем бомбардировки ядер ²⁴³Am ионами ²²Ne и независимо в Беркли (США) в реакции: ²⁴⁹Cf+¹⁵N→²⁶⁰Db+4n.

(G.N. Flerov et al. On the synthesis of element 105 // Nuclear Physics A. 1970. T. 160, №1. C. 181-192.

Albert Ghiorso et al. New Element Hahnium, Atomic Number 105 // Physical Review Letters. 1970. T. 24, №26. C. 1498-1503.)

Сиборгий (атомный номер 106)

Сиборгий синтезирован в 1974 г. в Лаборатории имени Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли. (A. Ghiorso et al. Element 106 // Physical Review Letters. 1974. T. 33, №25. C. 1490-1493.)

Для получения нового элемента была использована реакция:

²⁴⁹Cf+¹⁸O→²⁶³106+4n.

Нуклид был идентифицирован по α-распаду в ²⁵⁹Rf и далее в ²⁵⁵No.

Одновременно и независимо работавшая в Дубне группа Г. Флерова и Ю. Оганесяна опубликовала данные о синтезе 106-го элемента в реакциях слияния ядер свинца и хрома (Ю.Ц. Оганесян и др. Синтез нейтронодефицитных изотопов фермия, курчатовия и элемента с атомным номером 106 // Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 20, №8. С. 580-585.). Ученые приписали наблюдавшееся ими спонтанное деление продукта реакции ядру ²⁵⁹106 с периодом полураспада в несколько миллисекунд. (В обзорной работе Хофманна (S. Hofmann New elements - approaching Z=114 // Reports on Progress in Physics. 1998. T. 61, №6. C. 639-689.) на основе современных данных об изотопах сиборгия высказано предположение о том, что на самом деле ученые из Дубны наблюдали спонтанное деление ²⁶⁰Sg и ²⁵⁶Rf.).

Это достижение было признано как научное открытие и занесено в Государственный реестр открытий СССР под №194 с приоритетом от 11 июля 1974 г. в следующей формулировке: «Установлено неизвестное ранее явление образования радиоактивного изотопа элемента с атомным номером 106, заключающееся в том, что при облучении изотопов свинца ускоренными ионами хрома происходит слияние ядер свинца и ядер хрома с образованием изотопа элемента с атомным номером 106 и периодом полураспада около 0,01 с». (Научные открытия России. Открытие трансурановых элементов. http://web.archive.org/web/20120117173430/http://ross-nauka.narod.ru/04-fizika.html/)

Борий (атомный номер 107)

О синтезе 107-го элемента впервые сообщила в 1976 г. группа Юрия Оганесяна из Объединенного института ядерных исследований в Дубне. (Yu. Ts. Oganessian et al. On spontaneous fission of neutron-deficient isotopes of elements 103, 105 and 107 // Nuclear Physics A. 1976. T. 273, №2. C. 505-522.)

Методика этой работы заключалась в исследовании спонтанного деления продуктов реакции слияния ядер висмута-209 и хрома-54.

В 1981 году группа немецких ученых из Института тяжелых ионов (нем. Gesellschaft Schwerionenforschung, GSI) в Дармштадте исследовала продукты той же реакции ²⁰⁹Bi+⁵⁴Cr, используя усовершенствованную методику, позволяющую обнаруживать α-распад нуклидов и определять его параметры. В своем эксперименте ученые из GSI идентифицировали 5 событий α-распада ядра ²⁶²107, оценив его время жизни в 4,7+2,3-1,6 с. (G. et al. Identification of element 107 by α correlation chains// Zeitschrift Physik A. 1981. T. 300, №1. C. 107-108.)

Как показали дальнейшие исследования изотопов элементов 107, 105 и 104, в реакции ²⁰⁹Bi+⁵⁴Cr действительно рождаются ядра ²⁶¹107 и ²⁶²107. (G. et al. Element 107 // Zeitschrift Physik A. 1989 T. 333, №2. C. 163-175.)

Хассий (атомный номер 108)

Достоверно элемент 108 был открыт в 1984 в Центре исследования тяжелых ионов (нем. Gesellschaft Schwerionenforschung, GSI), Дармштадт, Германия в результате бомбардировки свинцовой (²⁰⁸Pb) мишени пучком ионов железа-58 из ускорителя UNILAC. В результате эксперимента были синтезированы 3 ядра ²⁶⁵Hs, которые были надежно идентифицированы по параметрам цепочки α-распадов. (G. et al. The identification of element 108 // Zeitschrift Physik A. 1984. T. 317, №2. C. 235-236.)

Таким образом, Hs был создан бомбардировкой атома свинца 208Pb ядрами железа 58Fe по реакции:

208Pb+58Fe=265Hs+1n.

Одновременно и независимо эта же реакция исследовалась в ОИЯИ (Дубна, Россия), где по наблюдению трех событий α-распада ядра ²⁵³Es также был сделан вывод о синтезе в этой реакции ядра ²⁶⁵Hs, подверженного α-распаду. (Yu. Ts. Oganessian et al. On the stability of the nuclei of element 108 with A=263-265 // Zeitschrift Physik A. 1984. T. 319, №2. C. 215-217.)

Мейтнерий (атомный номер 109)

Впервые мейтнерий (его а-радиоактивный нуклид ²⁶⁶Mt с периодом полураспада Т_1/2 3,5 мс) был получен в 1982 г. в Центре исследования тяжелых ионов (Gesellschaft Schwerionenforschung, GSI), Дармштадт, Германия, Петером Армбрустером (Peter Armbruster), Готфридом Мюнценбером (Gottfried Munzenber) и др. при облучении мишени из ²⁰⁹₈₃Bi ускоренными до больших скоростей ионами железа-58 в результате реакции:

²⁰⁹Bi+⁵⁸Fe→²⁶⁶Mt+n

(G. et al. Observation of one correlated α-decay in the reaction ⁵⁸Fe on ²⁰⁹Bi→²⁶⁷109 // Zeitschrift Physik A. 1982. T. 309, №1. C. 89-90.

G. et al. Evidence for element 109 from one correlated decay sequence following the fusion of ⁵⁸Fe with ²⁰⁹Bi // Zeitschrift Physik A. 1984. T. 315, №2. C. 145-158).

Дармштадтий (атомный номер 110)

Впервые был синтезирован 9 ноября 1994 в Центре исследований тяжелых ионов (нем. Gesellschaft Schwerionenforschung, GSI), Дармштадт, С. Хофманном, В. Ниновым, Ф.П. Хессбергером, П. Армбрустером, X. Фолгером, Г. Мюнценбергом, X. Шоттом и другими. Обнаруженный изотоп имел атомную массу 269. (S. Hofmann et al. Production and decay of ²⁶⁹110 // Zeitschrift Physik A. 1995. T. 350, №4. C. 277-280.)

Новый элемент был получен в реакции слияния атомов никеля и свинца в результате бомбардировки свинцовой мишени ионами никеля, ускоренными в ускорителе ионов UNILAC в GSI.

Дармшадтий был также получен в результате α-распада изотопов коперниция ²⁸³Cn и ²⁸⁵Cn. (Yu. Ts. Oganessian Heaviest nuclei from ⁴⁸Ca-induced reactions // Journal of Physics G. 2007. T. 34, №4. C. R165-R242.)

Рентгений (атомный номер 111)

Элемент 111 (рентгений) был впервые синтезирован 8 декабря 1994 года в немецком городе Дармштадте. (S.Hofmann et al. The new element 111 (англ.) // Zeitschrift fur Physik A. 1995. Vol. 350, no. 4. P. 281-282.)

Три атома изотопа ²⁷²Rg были получены в реакции между ²⁰⁹Bi (мишень) и ⁶⁴Ni (снаряд). Для этого атомы никеля разгоняли до высоких энергий в акселераторе частиц (ионов) UNILAC в GSI и направляли их на атомы висмута. Лишь несколько атомов элемента 111 были когда-либо получены в результате ядерной реакции слияния изотопа висмута, ²⁰⁹Bi, с изотопом никеля, ⁶⁴Ni:

²⁰⁹Bi+⁶⁴Ni→²⁷²Rg+¹n

Данная реакция привела к образованию изотопа, период полураспада которого был оценен всего в 1,5 мс. Позднее открытие было подтверждено как в Дармштадте, так и в других исследовательских центрах; в других ядерных реакциях были получены изотопы ²⁷⁹Rg (период полураспада 170 мс) и ²⁸⁰Rg (3,6 с).

²⁸¹Rg, продукт распада ²⁹³Uus, распадается путем спонтанного деления (90%) или испускания α-частицы (10%); все остальные изотопы рентгения распадаются с испусканием α-частицы. (S. Hofmann et al. New results on elements 111 and 112 (англ.)// The European Physical Journal A. 2002. Vol. 14, no. 2. P. 147-157.)

Коперниций (атомный номер 112)

Коперниций впервые синтезирован 9 февраля 1996 года в Институте тяжелых ионов (нем. Gesellschaft Schwerionenforschung, GSI) в Дармштадте, Германия С. Хоффманном (S. Hofmann), В. Ниновым (V. Ninov), Ф.П. Хессбергером (F.P. Hessberger), П. Армбрустером (P. Armbruster), X. Фолгером (H. Folger), Г. Мюнценбергом (G. ) и другими.

Два ядра ²⁷⁷Cn были получены путем реакций ускоренных атомных ядер цинка-70 на мишени из свинца-208 в ускорителе тяжелых ионов. (S. Hofmann et al. The new element 112 (англ.) // Zeitschrift Physik A. 1996. Vol. 354, no. 3. P. 229-230.)

Более тяжелые изотопы коперниция были получены позднее (в 2000 и 2004 гг.) в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна, Россия) в качестве продуктов распада изотопов флеровия. (Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of Superheavy Nuclei in the ⁴⁸Ca+²⁴⁴Pu Reaction. Physical Review Letters. 1999. Vol. 83, no. 16. P. 3154-3157.).

Yu. Ts. Oganessian et al. Measurements of cross sections and decay properties of the isotopes of elements 112, 114, and 116 produced in the fusion reactions ²³³, ²³⁸U, ²⁴²Pu, and ²⁴⁸Cm+⁴⁸Ca. Physical_Review_C. 2004. Vol. 70. P. 064609.

Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the ²⁴⁹Cf and ²⁴⁵Cm+⁴⁸Ca fusion reactions (англ.) // Physical Review C. 2006. Vol. 74. P. 044602.)

В 2006 году в том же Объединенном институте ядерных исследований синтез изотопов элемента был подтвержден его химической идентификацией по конечному продукту распада. Мишень из плутония-242 облучалась ионами кальция-48.

В реакции образовывался изотоп элемента 114 (²⁸⁷Fl) и проникал в камеру со смесью гелия и аргона при атмосферном давлении. После альфа-распада примерно через полсекунды ²⁸⁷Fl превращался в изотоп элемента 112 (²⁸³Cn), который газовой струей переносился в криогенную камеру с золотыми детекторами. На детекторах были зарегистрированы распады ядер элемента 112.

(R. Eichler et al. Confirmation of the Decay of ²⁸³112 and First Indication for Hg-like Behavior of Element 112 (англ.) // Nuclear Physics A. 2007. Vol. 787, no. 1-4. P. 373-380.

Михаил Молчанов Открытие подтверждено // В мире науки. 2006. №7 (июль). Архивировано из первоисточника 28 сентября 2007.)

Нихоний (атомный номер 113)

В феврале 2004 года были опубликованы результаты экспериментов, проводившихся с 14 июля по 10 августа 2003 года, в результате которых был получен 113-й элемент.

(Yu. Ts. Oganessian et al. Experiments on the synthesis of element 115 in the reaction ²⁴³Am(⁴⁸Ca, xn)^291-x115 // Physical Review C. 2004. Vol. 69. P. 021601.

Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of elements 115 and 113 in the reaction ²⁴³Am+⁴⁸Ca // Physical Review C. 2005. Vol. 72. P. 034611.).

Исследования проводились в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна, Россия) на циклотроне У-400 с использованием дубненского газонаполненного сепаратора ядер отдачи (DGFRS) совместно с Ливерморской национальной лабораторией (США).

В этих экспериментах в результате бомбардировки мишени из америция ионами кальция были синтезированы изотопы элемента 115 (позднее получившего название «московий», Мс): три ядра ²⁸⁸Мс и одно ядро ²⁸⁷Мс.

Все четыре ядра московия в результате альфа-распада превратились в изотопы элемента 113 (²⁸⁴Nh и ²⁸³Nh).

Ядра элемента 113 претерпели дальнейший альфа-распад, превратившись в изотопы элемента 111 (рентгений). Цепочка последовательных альфа-распадов привела в результате к спонтанно делящимся ядрам элемента 105 (дубний).

В 2004 и 2005 гг. в ОИЯИ (в коллаборации с Ливерморской национальной лабораторией) были проведены эксперименты по химической идентификации конечного продукта распада цепочки: ²⁸⁸115→²⁸⁴113→²⁸⁰111→²⁷⁶109→²⁷²107→²⁶⁸105, долгоживущего (около 28 часов) изотопа ²⁶⁸Db.

Эксперименты, в которых было исследовано еще 20 событий, подтвердили синтез 115-го и 113-го элементов. (N.J. Stoyer et al. Chemical Identification of a Long-Lived Isotope of Dubnium, a Descendant of Element 115 // Nuclear Physics A. 2007. Vol. 787, №1-4. P. 388-395.).

В сентябре 2004 года о синтезе изотопа 113-го элемента ²⁷⁸Nh в количестве одного атома объявила группа из института RIKEN, Япония^[16]. (Kosuke Morita et al. Experiment on the Synthesis of Element 113 in the Reaction ²⁰⁹Bi (⁷⁰Zn, n)²⁷⁸113 // Journal of the Physical Society of Japan. 2004. Vol. 73, no. 10. P. 2593-2596.)

Они использовали реакцию слияния ядер цинка и висмута. В итоге за 8 лет японским ученым удалось зарегистрировать 3 события рождения атомов нихония: 23 июля 2004, 2 апреля 2005 и 12 августа 2012. (Kosuke Morital et al. New Result in the Production and Decay of an Isotope, ²⁷⁸113, of the 113th Element//Journal of the Physical Society of Japan. 2012. Vol. 81, no. 103201. P. 1-4.).

Два атома еще одного изотопа - ²⁸²Nh - были синтезированы в ОИЯИ в 2007 г. в реакции: ²³⁷Np+⁴⁸Са→²⁸²Nh+3¹n.

(Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of the isotope ²⁸²113 in the ²³⁷Np+⁴⁸Ca fusion reaction // Physical Review C. 2007. Vol. 76. P. 011601.)

Еще два изотопа - ²⁸⁵Nh и ²⁸⁶Nh были синтезированы в ОИЯИ в 2010 году как продукты двух последовательных альфа-распадов теннессина.

Флеровий (атомный номер 114)

Впервые элемент был получен группой физиков под руководством Ю.Ц. Оганесяна в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна, Россия) с участием ученых из Ливерморской национальной лаборатории (Ливермор, США; коллаборацией Дубна-Ливермор) в декабре 1998 года путем синтеза изотопов через реакцию слияния ядер кальция с ядрами плутония: (Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of Superheavy Nuclei in the ⁴⁸Ca+²⁴⁴Pu Reaction// Physical Review Letters. 1999. Vol. 83, №16. P. 3154-3157. P. Weiss New element leaves lightweights behind // Science News. 1999. Vol. 155, №6. P. 85.)

Получение элемента было подтверждено в 2004 и в 2006 годах коллаборацией Дубна-Ливермор в Дубне, а также в 2009 году в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США). (L. Stavsetra, K.Е. Gregorich, J. Dvorak, P.A. Ellison, I. M.A. Garcia, and H. Nitsche. Independent Verification of Element 114 Production in the ⁴⁸Ca+²⁴²Pu Reaction Phys. Rev. Lett. 103, 132502 (2009))

В 2014-2015 годах в Дубне получили атомы ²⁸⁴Fl и ²⁸⁵Fl путем реакций ²³⁹Pu и ²⁴⁰Pu с ⁴⁸Ca. (http://ribf.riken.jp/FARIS2014/slide/files/Jun6/Par4C06Rykaczewski-final.pptx http://cyclotron.tamu.edu/she2015/assets/pdfs/presentations/Utyonkov_SHE_2015_TAMU.pdf)

Московии (атомный номер 115)

В феврале 2004 года были опубликованы результаты экспериментов, проводившихся с 14 июля по 10 августа 2003 года, в результате которых был получен 115-й элемент. (Yu. Ts. Oganessian et al. Experiments on the synthesis of element 115 in the reaction ²⁴³Am(⁴⁸Ca,xn)^291-x115 // Physical Review C. 2004. T. 69. C. 021601.

Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of elements 115 and 113 in the reaction ²⁴³Am+⁴⁸Ca // Physical Review C. 2005. T. 72. C. 034611.)

Исследования проводились в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна, Россия) на циклотроне У-400 с использованием дубненского газонаполненного разделителя ядер отдачи (ДГРЯО) совместно с Ливерморской национальной лабораторией (США).

В этих экспериментах в результате бомбардировки мишени из америция-243 ионами кальция-48 были синтезированы изотопы элемента 115: три ядра ²⁸⁸Мс и одно ядро ²⁸⁷Мс. Все четыре ядра в результате альфа-распада превратились в изотопы элемента 113. Цепочка последовательных альфа-распадов привела в результате к спонтанно делящимся ядрам элемента 105 (дубний).

Ливерморий (атомный номер 116)

Ливерморий открыт путем синтеза его изотопов в 2000 году в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна, Россия) в сотрудничестве с Ливерморской национальной лабораторией (США), Научно-исследовательским институтом атомных реакторов (Димитровград, Россия) и «Электрохимприбором» (Лесной, Россия). 19 июля 2000 г. впервые наблюдался альфа-распад ядра 116-го элемента, полученного в результате бомбардировки мишени из кюрия ионами кальция. Результаты эксперимента были впервые опубликованы 6 декабря 2000 года. (Yu. Ts. Oganessian et al. Observation of the decay of ²⁹²116 // Physical Review C. 2000. Vol. 63, №1. P. 011301.)

Позднее в том же ОИЯИ синтез изотопов элемента был подтвержден химической идентификацией конечного продукта его распада. (R. Eichler et al. Confirmation of the Decay of ²⁸³112 and First Indication for Hg-like Behavior of Element 112 // Nuclear Physics A. 2007. Vol. 787, №1-4. P. 373-380.

Михаил Молчанов Открытие подтверждено // В мире науки. 2006. №7 (июль). Архивировано из первоисточника 28 сентября 2007.).

Теннессин (атомный номер 117)

Теннессин (унунсептийт) был впервые получен ОИЯИ в Дубне (Россия) в 2009 году. Для синтеза 117-го элемента мишень из изотопа 97-го элемента, берклия-249, полученного в Окриджской национальной лаборатории (США), обстреливали ионами кальция-48 на ускорителе У-400 Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. (Российские и американские физики впервые синтезировали 117-й элемент. РИА Новости)

В июне 2012 года эксперимент был повторен. Было зафиксировано пять ядер ²⁹³Uus. (Физики из Дубны воспроизвели синтез сверхтяжелого 117-го элемента. Dubna.org (2011). Проверено 1 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 17 октября 2012.) Образование нового элемента теннессина доказано анализом процессов распада сверхтяжелых ядер, образующихся при взаимодействии берклиевой мишени с пучком ядер атомов кальция-48:

⁴⁸Са₂₀+²⁴⁹Bk₉₇=>²⁹³Ts₁₁₇+4n

В дальнейшем ядра унунсептия претерпевают альфа-распад, при котором зафиксировано образование других новых элементов с номерами 115 и 113:

²⁹³Ts₁₁₇=>²⁸⁹Мс₁₁₅+⁴Не; ²⁸⁹Мс₁₁₅=>²⁸⁵Nh₁₁₃+⁴Не; ²⁸⁵Nh₁₁₃=>²⁸¹Rg₁₁₁+⁴Не

В 2014 г. открытие элемента подтверждено группой Кристофа Дюльманна из Дармштадта (Центр по изучению тяжелых ионов имени Гельмгольца). В их эксперименте удалось синтезировать 4 атома элемента №117 и проследить цепочку их радиоактивного распада. В этой цепочке был зафиксирован также неизвестный ранее изотоп 103-го элемента, лоуренсия. (Phys.Rev.Lett. 112, 172501 (2014). Подтвержден синтез 117-го элемента таблицы Менделеева // Наука и жизнь).

Оганесон (атомный номер 118)

Первое событие распада 118-го элемента наблюдалось в эксперименте, проведенном в ОИЯИ в феврале-июне 2002 года. (Yu. Ts. Oganessian et al. Results from the first ²⁴⁹Cf+⁴⁸Ca experiment // JINR Communication: Препринт D7-2002-287. ОИЯИ, Дубна, 2002.) 17 октября 2006 года российские и американские физики-ядерщики официально сообщили о получении 118-го элемента. Повторные эксперименты по синтезу проводились на дубнинском ускорителе в феврале-июне 2007 года.

В результате бомбардировки мишени из калифорния-249 ионами изотопа кальция-48 образовались еще два ядра атома 118-го элемента (²⁹⁴Og). (Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the ²⁴⁹Cf and ²⁴⁵Cm+⁴⁸Ca fusion reactions // Physical Review C. 2006. T. 74, №4. C. 044602.).

Таким образом, при получении химических элементов и их изотопов, в основном, традиционно используют ядерные реакции с применением ядерных реакторов и другого сложного оборудования при высоких энергетических затратах, при этом имеются различные ограничения по выходу продукта - по его объему и количеству, по разнообразию элементов и изотопов.

Все перечисленные химические элементы, их изотопы и побочные продукты доныне получаются сложными и небезопасными традиционными методами путем традиционных ядерных реакций в малых (иногда - в микро) количествах, явно недостаточных для обеспечения энергетических, технических, промышленных, технических и научных нужд человечества.

Известны попытки решить проблему получения радиоактивных изотопов в процессе ядерной трансмутации элемен