Descoperirea elementului 117, un element sintetic care nu există în natură, a necesitat mulți ani de cercetare în colaborare cu zeci de oameni de știință din mai multe instituții internaționale.
Experimentul care a produs prima dovadă a elementului 117 nu ar fi putut avea loc fără mai multe instalații științifice de talie mondială, inclusiv un complex de acceleratoare unic în Rusia și reactorul de cercetare nucleară și instalațiile de procesare de la Oak Ridge National Laboratory din cadrul Departamentului de Energie.
ORNL este singurul loc din lume care poate produce cantități suficiente din elementul radioactiv berkelium, un element sintetic care este esențial pentru crearea elementului 117. Berkeliul este un produs secundar al producției de californiu la reactorul de izotopi cu flux ridicat (HFIR) al ORNL.
Profesorul Joe Hamilton, de la Universitatea Vanderbilt, a remarcat momentul în care producția de californiu a fost reluată la ORNL în 2008 și l-a prezentat pe Jim Roberto de la ORNL lui Yuri Oganessian, care a fost pionierul cu succes al abordării „fuziunii la cald” pentru sintetizarea elementelor supergreutăți prin bombardarea țintelor de actinide cu ioni grei accelerați într-un ciclotron la Institutul Comun pentru Cercetare Nucleară din Dubna, Rusia. Această întâlnire a stat la baza colaborării actuale dintre cele trei instituții. Munca anterioară a lui Oganessian a dus la descoperirea elementelor 114, 116 și 118 în perioada 2000-2004, în colaborare cu Lawrence Livermore National Laboratory. Materialele țintă de actinide pentru toate aceste descoperiri au provenit de la ORNL și de la Dimitrovgrad din Rusia. Dar identificarea elementului 117 nu a fost posibilă fără berkeliu.
În decembrie 2008, ORNL și JINR au convenit în mod oficial să colaboreze în domeniul cercetării elementelor supergreave, inclusiv producerea de material țintă de berkeliu la ORNL și participarea la experimentele cu accelerator la JINR. Lawrence Livermore National Laboratory, care a colaborat cu JINR la cercetări anterioare privind elementele supergrei, s-a alăturat, de asemenea, echipei la sfârșitul anului 2008, adăugând capacități de analiză a datelor nucleare.
Berkeliul a fost produs prin 250 de zile de iradiere la HFIR de la ORNL și 90 de zile de procesare la Centrul de inginerie și dezvoltare radiochimică (REDC) adiacent, pentru a separa și purifica materialul de berkeliu.
La 15 iunie 2009, ORNL a trimis la JINR 22 de miligrame de berkeliu-249, cu timpul de înjumătățire de 327 de zile, cu ceasul ticăind. Acest material a fost transmis Institutului rus de Cercetare a Reactoarelor Atomice din Dimitrovgrad, care a fabricat o țintă prin aplicarea radioizotopului berkeliu pe o peliculă subțire de titan.
Tinta a fost trimisă de la RIAR la JINR la Dubna, unde experimentul a început la 28 iulie 2009.
Tinta 249Bk a fost bombardată timp de 150 de zile cu un fascicul intens de 7 trilioane de ioni de calciu-48 pe secundă la unul dintre cele mai puternice acceleratoare de ioni grei din lume. În condiții foarte rare, nucleele de calciu (care conțin 20 de protoni) au interacționat cu nucleele de berkeliu (care conțin 97 de protoni) pentru a crea câteva nuclee compuse cu numărul atomic 117. Aceste nuclee compuse au fost separate de fasciculul de calciu printr-un set de magneți puternici în cadrul separatorului Dubna Gas Filled Recoil Separator. Nucleii elementului 117 au fost implantați în detectoare de siliciu, unde au fost măsurate dezintegrările radioactive distinctive.
În cele din urmă, detectoarele au scos la iveală șase atomi de scurtă durată, dar care au făcut istorie, ai elementului 117, care apoi s-au dezintegrat în elementele 115, 113, 111, 109, 107 și 105.
Echipa internațională de cercetători a anunțat descoperirea elementului 117 în aprilie 2010, într-o publicație Physical Review Letters. Lucrarea de descoperire a inclus 33 de autori de la șase instituții: JINR (15), ORNL (7), LLNL (6), Vanderbilt (2), RIAR (1) și University of Nevada Las Vegas (2).
Un grup de 72 de oameni de știință din 16 instituții din Australia, Finlanda, Germania, India, Japonia, Norvegia, Polonia, Suedia, Elveția, Regatul Unit și Statele Unite au efectuat experimente de confirmare pentru a verifica în mod independent descoperirea elementului 117. Aceste cercetări au implicat producerea de berkeliu la ORNL și bombardarea cu fascicule de ioni de calciu de mare putere într-un accelerator de la GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research din Darmstadt, Germania. Această observație independentă a elementului 117 a fost prezentată într-un studiu Physical Review Letters publicat în mai 2014.
Studii suplimentare de confirmare au fost efectuate de JINR, ORNL, LLNL, Vanderbilt și Universitatea din Tennessee, Knoxville (UTK) la JINR în 2012 folosind berkeliu de la ORNL (Phys. Rev. Lett. 109, 162501 (2012)). Krzysztof Rykaczewski de la ORNL și Robert Grzywacz de la UTK au condus dezvoltarea unui nou detector și a unui sistem digital de achiziție de date care a fost utilizat în experimentele de urmărire a nucleelor super grele la JINR.
Un comitet comun al Uniunii Internaționale de Fizică Pură și Aplicată și al Uniunii Internaționale de Chimie Pură și Aplicată a evaluat dovezile și a anunțat, la 30 decembrie 2015, că au fost îndeplinite criteriile pentru descoperirea elementului 117. În acest anunț, IUPAC a confirmat, de asemenea, descoperirea elementului 115, un produs de dezintegrare al elementului 117. Comitetul a invitat apoi echipa de descoperire de la JINR, LLNL, ORNL și Vanderbilt să propună nume și simboluri permanente pentru elementele 117 și 115.
La 8 iunie 2015, Divizia de chimie anorganică a Uniunii Internaționale de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) a publicat o recomandare provizorie pentru numele tennessine și simbolul Ts pentru elementul 117, în semn de recunoaștere a contribuțiilor Laboratorului Național Oak Ridge, ale Universității Vanderbilt și ale Universității Tennessee din Knoxville la cercetarea în domeniul elementelor superprețioase, inclusiv producția și separarea chimică a materialelor țintă unice de actinide pentru sinteza elementelor superprețioase la instalațiile HFIR-REDC ale ORNL. Recunoașterea Tennessee în denumirea elementului 117 a fost un subiect de discuție încă de la sugestia inițială a lui Hamilton. Numele tennessine a fost propus în mod oficial de echipa de descoperire în timpul unei videoconferințe la 23 martie 2016, cu terminația „ine” aleasă pentru a fi în concordanță cu convenția necesară pentru elementele din grupa 17 a tabelului periodic. Numele provizoriu moscovium a fost propus pentru elementul 115, în onoarea regiunii rusești care găzduiește JINR.
Semnificația elementului 117
În tabelul periodic actual, elementele de dincolo de uraniu (număr atomic de 92) sunt din ce în ce mai instabile și se dezintegrează rapid în alte elemente.
Fizicienii nucleari teoretizează că există o „insulă de stabilitate” dincolo de tabelul periodic actual, unde noile elemente supraponderale ar prezenta durate de viață mai lungi. O astfel de insulă ar extinde tabelul periodic la elemente și mai grele, iar duratele de viață mai mari ar permite experimente chimice și potențiale aplicații pentru aceste elemente.
Elementul 117 a fost singurul element lipsă din rândul șapte al tabelului periodic. Pe drumul spre insula de stabilitate, cercetătorii au sărit inițial peste elementul 117 din cauza dificultății de a obține materialul țintă berkelium. Elementul 117 și noii izotopi rezultați în urma dezintegrării radioactive a elementului 117 îi apropie pe oamenii de știință de insula de stabilitate și susțin o tendință generală de creștere a stabilității elementelor supraponderale cu un număr din ce în ce mai mare de neutroni în nucleu. Descoperirea a doi izotopi ai elementului 117 și a celor 11 produși de dezintegrare ai acestora reprezintă o dovadă puternică a existenței insulei de stabilitate.
Documentație justificativă
- 9 aprilie 2010 – Descoperirea elementului 117 anunțată în Physical Review Letters http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.104.142502
- 19 octombrie 2012 – Al doilea experiment la JINR confirmă elementul 117 – http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.109.162501
- 1 mai, 2014 – Experimentul de la GSI confirmă în mod independent elementul 117 – http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.172501
- 30 decembrie 2015 – IUPAC anunță verificarea a patru elemente noi – http://iupac.org/discovery-and-assignment-of-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118/
- 8 iunie 2016 – IUPAC emite o recomandare provizorie privind denumirile propuse – http://iupac.org/recommendation/names-and-symbols-of-the-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118/
.