Objev prvku 117, syntetického prvku, který se v přírodě nevyskytuje, vyžadoval mnoho let společného výzkumu desítek vědců z několika mezinárodních institucí.
Experiment, který přinesl první důkazy o prvku 117, by se nemohl uskutečnit bez několika vědeckých zařízení světové úrovně, včetně unikátního komplexu urychlovačů v Rusku a výzkumného jaderného reaktoru a zpracovatelských zařízení v Oak Ridge National Laboratory Ministerstva energetiky.
ORNL je jediným místem na světě, které dokáže vyrobit dostatečné množství radioaktivního prvku berkelium, syntetického prvku, který je pro vznik prvku 117 nezbytný. Berkelium je vedlejším produktem výroby kalifornia v reaktoru ORNL s vysokým tokem izotopů (HFIR).
Profesor Joe Hamilton z Vanderbiltovy univerzity si všiml, když byla v roce 2008 v ORNL obnovena výroba kalifornia, a seznámil Jima Roberta z ORNL s Jurijem Oganesjanem, který se stal úspěšným průkopníkem přístupu „horké fúze“ k syntéze supertěžkých prvků bombardováním aktinidových terčů těžkými ionty urychlenými v cyklotronu ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v ruské Dubně. Toto setkání se stalo základem pokračující spolupráce mezi těmito třemi institucemi. Oganessianova dřívější práce vedla k objevu prvků 114, 116 a 118 v letech 2000-2004 ve spolupráci s Lawrence Livermore National Laboratory. Cílové materiály aktinidů pro všechny tyto objevy pocházely z ORNL a Dimitrovgradu v Rusku. Identifikace prvku 117 však nebyla možná bez berkelia.
ORNL a JINR se v prosinci 2008 formálně dohodly na spolupráci při výzkumu supertěžkých prvků, včetně výroby berkeliového terčového materiálu v ORNL a účasti na experimentech na urychlovači v JINR. Lawrence Livermore National Laboratory, která s JINR spolupracovala na předchozím výzkumu supertěžkých prvků, se koncem roku 2008 rovněž připojila k týmu a doplnila jej o možnosti analýzy jaderných dat.
Berkelium bylo vyrobeno 250 dny ozařování v HFIR v ORNL a 90 dny zpracování v přilehlém Radiochemickém inženýrském a vývojovém centru (REDC) za účelem oddělení a vyčištění materiálu berkelium.
Dne 15. června 2009 odeslalo ORNL do JINR 22 miligramů berkelia-249, jehož poločas rozpadu činí 327 dní. Tento materiál byl předán Ruskému výzkumnému ústavu atomových reaktorů v Dimitrovgradu, který vyrobil terč nanesením radioizotopu berkelium na tenkou vrstvu titanu.
Terč byl z RIAR odeslán do JINR v Dubně, kde byl experiment zahájen 28. července 2009.
Terč 249Bk byl 150 dní bombardován intenzivním svazkem 7 bilionů iontů vápníku-48 za sekundu na jednom z nejvýkonnějších urychlovačů těžkých iontů na světě. Za velmi vzácných podmínek interagovala jádra vápníku (obsahující 20 protonů) s jádry berkelií (obsahujícími 97 protonů) a vytvořila několik složených jader s atomovým číslem 117. Při interakci s jádry berkelií vzniklo několik sloučenin. Tato složená jádra byla od svazku vápníku oddělena soustavou silných magnetů v Dubnenském separátoru s plynovou náplní. Jádra prvku 117 byla implantována do křemíkových detektorů, kde byly měřeny charakteristické radioaktivní rozpady.
Detektory nakonec odhalily šest krátce žijících, ale historicky významných atomů prvku 117, které se následně rozpadly na prvky 115, 113, 111, 109, 107 a 105.
Mezinárodní výzkumný tým oznámil svůj objev prvku 117 v dubnu 2010 v publikaci Physical Review Letters. Na objevné práci se podílelo 33 autorů ze šesti institucí: JINR (15), ORNL (7), LLNL (6), Vanderbilt (2), RIAR (1) a University of Nevada Las Vegas (2).
Skupina 72 vědců z 16 institucí v Austrálii, Finsku, Německu, Indii, Japonsku, Norsku, Polsku, Švédsku, Švýcarsku, Velké Británii a Spojených státech amerických provedla potvrzovací experimenty, aby nezávisle ověřila objev prvku 117. V rámci těchto experimentů bylo zjištěno, že prvek 117 byl objeven na území USA. Tento výzkum zahrnoval výrobu berkelia v ORNL a bombardování vysoce výkonnými svazky vápenatých iontů v urychlovači v GSI Helmholtzově centru pro výzkum těžkých iontů v německém Darmstadtu. Toto nezávislé pozorování prvku 117 bylo prezentováno ve studii Physical Review Letters publikované v květnu 2014.
Další potvrzující studie provedly JINR, ORNL, LLNL, Vanderbilt a University of Tennessee, Knoxville (UTK) v JINR v roce 2012 s použitím berkelia z ORNL (Phys. Rev. Lett. 109, 162501 (2012)). Krzysztof Rykaczewski z ORNL a Robert Grzywacz z UTK vedli vývoj nového detektoru a systému digitálního sběru dat, který byl použit při následných experimentech se supertěžkými jádry v JINR.
Společný výbor Mezinárodní unie čisté a aplikované fyziky a Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie vyhodnotil důkazy a 30. prosince 2015 oznámil, že kritéria pro objev prvku 117 byla splněna. V tomto oznámení IUPAC rovněž potvrdila objev prvku 115, rozpadového produktu prvku 117. Výbor poté vyzval objevitelský tým z JINR, LLNL, ORNL a Vanderbilt, aby navrhl trvalé názvy a symboly pro prvky 117 a 115.
Dne 8. června 2015 zveřejnila Divize anorganické chemie Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii (IUPAC) prozatímní doporučení pro název tennessine a symbol Ts pro prvek 117 jako uznání přínosu Oak Ridge National Laboratory, Vanderbilt University a University of Tennessee at Knoxville k výzkumu supertěžkých prvků, včetně výroby a chemické separace unikátních cílových materiálů aktinidů pro syntézu supertěžkých prvků v zařízení HFIR-REDC v ORNL. Uznání Tennessee v pojmenování prvku 117 bylo předmětem diskuse již od původního návrhu Hamiltona. Název tennessin byl formálně navržen objevitelským týmem během videokonference 23. března 2016, přičemž koncovka „ine“ byla zvolena tak, aby byla v souladu s požadovanou konvencí pro prvky v 17. skupině periodické tabulky. Pro prvek 115 byl navržen prozatímní název moskovium na počest ruského regionu, který je domovem JINR.
Význam prvku 117
V současné periodické tabulce jsou prvky za uranem (atomové číslo 92) stále nestabilnější a rychle se rozpadají na jiné prvky.
Jaderní fyzikové teoreticky předpokládají, že za současnou periodickou tabulkou existuje „ostrov stability“, kde by nové supertěžké prvky vykazovaly delší životnost. Takový ostrov by rozšířil periodickou tabulku o ještě těžší prvky a prodloužená doba života by umožnila chemické experimenty a potenciální aplikace těchto prvků.
Prvek 117 byl jediným chybějícím prvkem v sedmém řádku periodické tabulky. Na cestě k ostrovu stability vědci zpočátku prvek 117 vynechali kvůli obtížím se získáním cílového materiálu berkelium. Prvek 117 a vzniklé nové izotopy z radioaktivního rozpadu prvku 117 přibližují vědce k ostrovu stability a podporují obecný trend zvyšování stability supertěžkých prvků s rostoucím počtem neutronů v jádře. Objev dvou izotopů prvku 117 a jejich 11 produktů rozpadu poskytuje pádný důkaz existence ostrova stability.
Doprovodná dokumentace
- Dne 9. dubna 2010 – objev prvku 117 oznámen v časopise Physical Review Letters http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.104.142502
- Dne 19. října 2012 – 2. experiment v JINR potvrdil prvek 117 – http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.109.162501
- Květen 1. května, 2014 – Experiment v GSI nezávisle potvrzuje prvek 117 – http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.172501
- 30. prosince 2015 – IUPAC oznamuje ověření čtyř nových prvků – http://iupac.org/discovery-and-assignment-of-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118/
- 8. června 2016 – IUPAC vydává předběžné doporučení k navrhovaným názvům – http://iupac.org/recommendation/names-and-symbols-of-the-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118/
.