Die Entdeckungsgeschichte der Transurane bis 104 Von Professor Dr. G. 2'. Seaborgl), Washington, D.C.

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1 . Fortschritt iiber Plutonium hinaus Die Entdeckungsgeschichte der Transurane bis 104 Von Professor Dr. G. 2'. Seaborgl), Washington, D.C. Die durch Menschen hergestellten chemischen Elemente stehen am Ende des Periodischen Systems, das sie iiber das Uran hinaus fortsetzen. Uran ist mit der Ordnungszahl 2 = 92 das schwerste der heute auf dem Planeten naturlich vorkommenden Elemente; die vom Menschen hergestellten Elemente, die alle schwerer sind, werden deshalb als Transuran-Elemente bezeichnet. Obwohl sie zur Entstehungszeit des Universums wahrscheinlich schon existierten, verschwanden sie durch radioaktiven Zerfall und mudten durch den Scharfsinn des Menschen wieder neu geschaffen werden. Man hat sie samtlich durch Kernumwandlung aus Uran hergestellt. Es ist interessant, das gegenwartige und friihere Vorkommen von Transuran-Isotopen auf der Erde zu betrachten. In Uranerzen sind auberst geringe Mengen - etwa ein Teil auf eine Billion - von Plutonium 239 enthalten, das durch kontinuierliche Absorption von Neutronen im Uran gebildet wurde. Es gibt aber auch Beweise dafiir, dad Isotope wie Pu 244 wahrend der ersten Tage der Erde existierten. Das Gebiet der Transurane verandert sich so schnell, dad ich mich in einigen Beispielen auf Informationen berufen werde, die erst im letzten Jahr erhalten wurden. Plutonium In meinen Erorterungen nehme ich das Transuran-Element Plutonium zum Ausgangspunkt, obwohl es das zweite Transuran-Element ist, das entdeckt wurde und auch das zweite Element in der Reihe der Transurane. Ich tue das aus zwei Grunden. Plutonium ist das bei weitem wichtigste Transuranelement sowohl im Hinblick auf seine Verwendung als Explosivstoff in Kernwaffen als auch auf seine fast unbegrenzte Verwendungsmoglichkeit als Kernbrennstoff fur die Erzeugung elektrischer Energie. AuDerdem begingen wir kiirzlich den 25. Jahrestag seiner Entdeckung. Die entscheidenden Versuche bei der Entdeckung und dem Nachweis des groden Wertes von Plutonium wurden wahrend des spaten Winters und des Friihjahres 1941 in einem kleinen chemischen Laboratorium auf dem Gelande der Universitat von California, Berkeley, durchgefiihrt. Am 23. Fe- 1) Prof. Glenn T. Seaborg, der PrPsident der amerikanischen Atomenergie-Kommission, wurde 1951 fur die Herstellung vieler kunstlicher Transurane mit dem Chemie- Nobelpreis ausgezeichnet. Der Bericht,,Progress beyond Plutonium", dessen erster Teil hier wiedergegeben ist, ist die von Prof. E. Zachmann vorgenommene und vom Autor iiberprufte Obersetzung eines Vortrags, den Dr. SeQbOl-g am 20. Mai 1966 bei der Entgegennahme der Wtllard-GibbS-MedafZle der Amer. Chem. Ges., Sektion Chicago, gehalten hat. Der Vortrag erschien Juni 1966 in Chemical & Engineering News. Eine eingehendere Behandlung des Themas,,Transurane" hat Glenn T. Seaborg in einem Heft der Kosmos-Studienfiihrer gegeben, das zur ErgPnzung des hier wiedergegebenen Vortragsauszugs empfohlen sei. Die Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart (Kosmos-Verlag) stellte aus dieser Schrift die Zeichnungsvorlagen fur die Abbildungen 1,4,6 und 7 zur Verfiigung. 109

2 bruar 1941 gelang der Nachweis*). Der Nachweis des Wertes von Plutonium als Energiequelle fand auf dem gleichen Campus am 28. Marz 1941 statt, als zum ersten Ma1 gezeigt wurde, dai3 sein wichtiges Isotop gespalten werden kann, wenn es mit thermischen oder langsamen Neutronen bombardiert wird. Am 18. Mai 1941, vor mehr als 25 Jahren, wurde die erste quantitative Messung der Wahrscheinlichkeit (oder des Wirkungsquerschnitts) fur diese sogenannte Spaltungsreaktion durchgefuhrt. Die Originalprobe von Plutonium 239, mit der diese Demonstration und Messung gemacht wurden, ist aufbewahrt worden und wurde am 28. Marz 1966, dem 25. Jahrestag der Demonstration der Spaltung, den Sammlungen der Smithonian Institution einverleibt. Die dazwischenliegenden 25 Jahre haben einen ungeheuren Aufschwung in der Produktion des Plutoniums gebracht. Er belauft sich tatsachlich auf das Trillionfache, eine beispiellose Vermehrung der verfugbaren Menge eines chemischen Elements. Diese 25 Jahre haben gezeigt, dai3 das Plutonium ein fast unbegrenztes Potential fur die Verwendung zum Segen oder zur Zerstorung des Menschen hat. Thoriumdioxiddeckel Va kuumanschlun / unerer Thorium - dioxidplatte ' I P/utonium'- tefrafluond Abb. 1: Anordnung zur ersten Darstellung von Plutonium-Metal1 im November Durch Behandlung von 35 Mikrogramm (35. g) Plutoniumtetrafluorid mit verdampftem Bariummetall in einem Thoriumdioxidtiegel bei 1400 O C wurde bei dieser ersten Darstellung metallisches Plutonium als silbrige, ungefghr 3 Mikrogramm wiegende Kilgelchen hergestellt. nerer Thorium - Nach dem Plutonium Ich will nunmehr die Fortschritte besprechen, die bei der Entdeckung von Transuran-Elementen jenseits des Plutoniums im Periodischen System gemacht worden sind, und ich will 'uber die Aussichten fur die Entdeckung noch schwererer Elemente sprechen, als sie heute bekannt sind. Die Entdeckung und Untersuchung dieser schwereren Transurane sind fur die Vermehrung des Wissens uber die atomare und die Kernstruktur das Wesentlichste gewesen. Daneben hat sich eine Anzahl von Aussichten fur praktische 2) Dieser Raum Nr. 307, Gilman Hall, wurde im Februar 1966 zum nationalen Historischen Markstein (National Historic Landmark) erklart. 110

3 ~ ~ ~~ ~ Abb. 2: Entdeckungen von 1940 ab a) Atomnummern der entdedrten Transuranium-Elemente b) Massenzahlen der ktinstlich hergestellen Isotope Anwendungen gezeigt, wie dies so oft der Fall ist. Ich werde auch hieriiber einiges zu sagen haben. Im ganzen sind heute bis hinauf zu dem Element mit der Atomnummer 103 oder 104elf, moglicherweise zwolf Transurane bekannt (Tab. 1). Es ist interessant, zu betrachten, wie sich die Entdeckung der einzelnen Elemente uber die zwei Jahrzehnte der Entdeckungszeit verteilt hat. Bis zur Massenzahl 257 konnten die Isotope in leicht feststellbaren Mengen, und vielleicht bis zur Massenzahl 260 in Mengen von einigen Atomen, synthetisiert werden. Der Fortschritt in der Entdeckung der Isotope wachsender Massenzahl seit 1940 ist in Abb. 2b dargestellt. Fur jedes Transuran-Element sind viele radioaktive Isotope synthetisiert worden, die Gesamtzahl ist etwa 100. Die zeitliche Zunahme ist in Abb. 3 gezeigt I I I I I - 3 Jahr der Entdeckung Ordnungszahl Ti Name Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium unbenannt Lawrencium. 1: Die ktinstlichen ansuranium-elemente Symbol NP PU Am Cm Bk Cf Es Fm Md LW 111

4 Die Mehrzahl der Isotopen wurde am Lawrence Radiation Laboratory in Berkeley und am Argonne National Laboratory und seinem Vorganger, dem Metallurgical Laboratory in Chicago, entdeckt, und zwar bei Kernumwandlungen. Bei diesem Proze8 werden verschiedene Arten nuklearer Reaktiopen angewandt, um ein leichteres Ausgangs-Element durch Vermehrung der Zahl der Kern-Protonen in ein schwereres Element zu verwandeln. Bis hinauf zu dem Element mit der Atomnummer 101, dem Mendelevium, war in jedem Fall das entscheidende Experiment bei der Entdeckung des Transuran-Elements die chemische Identifikation, d. h. der klassische Test, da8 eine chemische Trennung des neuen Elements von allen vorher bekannten Elementen moglich ist. Andererseits haben die radioaktiven Isotope der Elemente oberhalb von Element 101 solch kurze Halbwertszeiten, da8 es bisher nicht moglich war, direkte chemische Identifikations-Experimente an ihnen auszufuhren. Die Entdeckung dieser Elemente war infolgedessen vie1 schwerer zu beweisen. Von Element 101 an sind die Entdeckungen der Transurane auf Experimente gegrundet, bei denen buchstablich nur ein Atom des Elements zu bestimmter kurzer Zeit auftrat und identifiziert werden konnte. Diese,,Atom-fur Atom"-Identifikation neuer Elemente ist nach meiner Meinung eine der hervorragendsten GroDtaten in der Geschichte der Naturwissenschaften gewesen. Wenn man sich vergegenwartigt, dab ungefahr 1015 Atome erforderlich sind, um einen Fleck zu bilden, der gerade grob genug ist, um gesehen zu werden, ahnt man die Schwierigkeiten, die mit der Identifikation eines neuen Elements durch einzelne von Fall zu Fall kurzzeitig auftretende Atome (,,one atom at a time") verbunden sind. Die auberordentliche Kleinheit der Ausbeuten des hochst erwunschten Produktes ist das Ergebnis dreier Faktoren. Der erste ist die sehr kleine Menge des fur den UmwandlungsprozeD zur Verfiigung stehenden Materials. Der zweite Faktor ist die geringe Wahrscheinlichkeit, dao ein nukleares BombardierungsgeschoB den Zielliern trifft. Und drittens wird in der iiberwaltigenden Mehrheit der seltenen Falle, in denen das Projektil den Ausgangskern trifft, dieser eher dazu veranladt, sich in einer Spaltungsreaktion in zwei Halften zu teilen, als das Projektil zu absorbieren und in einer Fusionsreaktion das gewiinschte Isotop eines neuen schwereren Elements zu bilden. Zu diesen Hindernissen kommt no& die gewaltige hohe Intensitat der Radioaktivitat hinzu, die oft in dem Ausgangs-Zielmaterial vorhanden ist und die die Handhabung stark kompliziert. (Ich erinnere mich lebhaft an einen Zwischenfall zufalligen Freiwerdens des Ziel-Isotops Curium 244 in Berkeley 1959, das wir als die.,curium-explosion" ansprachen und wodurch das Laboratorium wochenlang radioaktiv verseucht war.) Element Mendelevium Wie ich erwahnte, war das erste auf dieser,,on-atoin-at-a-time basis" kunstlich erzeugte und festgestellte Element Mendelevium 101. Die fur dieses erfolgreiche Experiment ausgearbeiteten Methoden haben als Grundlage fur die Erzeugung und Entdeckung aller Elemente gedient, die schwerer als Mendelevium sind. Sie werden zweifellos weiterhin fur viele Experimente dienen, die ersonnen werden, um noch weitere Elemente zu entdecken. Im 112

5 Hinblick auf diese Bedeutung des Mendelevium-Experimentes mochte ich es in einigen Einzelheiten beschreiben. Das Experiment wurde 1955 durch eine Gruppe von Naturwissenschaftlern am Lawrence Radiation Laboratory der University of California in Berkeley durchgefuhrt. Die Forscher glaubten, die Technik sei bis zu einem Punkt vorgeschritten, an dem es moglich sein konnte, das unentdeckte Element 101 mittels der Umwandlung eines Targets zu identifizieren, das, wie es niemals vorher versucht worden war, eine unwagbare und unsichtbare Menge von Material enthalt. Der Angriffsplan sah die Verwendung des Partikel-Beschleunigers von Berkeley, des 60-Zoll-Zyklotrons vor, um die maximal verfugbare Menge von Element 99 in Form des Isotops Einsteinium253 mit 40 MeV-Helium-Ionen zu bombardieren.. oees 253 +,He 4 -+ iolmd 256 Sn. + Der Nettoeffekt dieser Reaktion besteht in der Hinzufugung von zwei Protonen und einem Neutron zu dem Zielkern. Der erste Schritt nach diesem Plan war es, alles erreichbare Einsteinium253 zu sammeln. Es stellte sich heraus, dab das nicht mehr als Ruckstonprodukt Auffangfolie lo0 Atome waren oder weniger als lo-', g. Es wurden Berechnungen gemacht, um die mogliche Ausbeute Ionenstmhl des neuen Elements 101 festzustellen. Diese Berechnung ist im fol- Target genden gezeigt : Abb. 4: Das RiickstoD-Verfahren fur den Nachweis des Elements 101 N gn'n'nit ein Atom je Experiment. In dieser Gleichung bezeichnet N annahernd die Zahl der Atome von Element 101, die in dem Experiment erzeugt werden sollten; N' die Zahl der Einsteinium-Atome in dem Target (loe); IJ den Querschnitt oder die Wahrscheinlichkeit der Reaktion (geschatzt auf lo-,' cm2); I die Intensitat des Heliumionen-Strahls (loi4 Teilchen pro Sekunde) ; t stellt die effektive Zeit des Bombardements dar (etwa lo4 s, das ist etwa drei Stunden), die der vorausgesagten Halbwertszeit entspricht. Die Berechnung ergab also, dai3 die Experimentatoren angenahert die Erzeugung eines Atoms bei jedem Versuch erwarten konnten. Tatsachlich stellte sich die Voraussage als richtig heraus; Querschnitt und die Halbwertszeit des Produktes waren richtig geschatzt worden. Es wurde nur ein Atom pro Experiment erzeugt, und dennoch war es moglich, das neue Element zu identifizieren und die Entdeckung der Welt anzuzeigen. Die naturwissenschaftliche Gepflogenheit gestattet den Entdeckern, den Namen fur das neue Element vorzuschlagen. Die Berkeley-Gruppe, der dieses Privileg zustand, schlug die Benennung Mendelevium vor. Sie tat es in Anerkennung der Pionierrolle des groben russischen Chemikers Dimitrij Mendelejew, der als erster die Tafel der Perioden - das Periodische Systemanwandte, um die chemischen Eigenschaften der unentdeckten Elemente vorherzusagen. Dieses Prinzip ist der Schlussel zur Entdeckung nahezu aller 113

6 Transurane gewesen, und er wird fur die Entdeckung weiterer Transurane wichtig sein, wie ich es spater erlautern werde. Entscheidend fur den Erfolg dieses Entdeckungs-Experiments war die Einfiihrung einer neuen Technik, die die Grundlage fur die Entdeckung der folgenden Transurane war. Diese Technik wird vermutlich auch bei der Feststellung kunftiger Transurane angewandt werden, die durch Bombardement mit geladenen Partikeln hoher Geschwindigkeit erzeugt werden (Abb. 4). Nach der neuen Technik wurde die Trennung des Produkts, Element 101, von dem Einsteinium in dem Target durch eine RuckstoBmethode erreicht. Die kleine Menge Einsteinium war in einer unsichtbaren dunnen Schicht auf einer Goldfolie niedergeschlagen. Der Heliumionen-Strahl traf das Einsteinium nach Durchdringung der Folie von der Ruckseite her, also nicht auf der Vorderseite wie bei fruheren Umwandlungs-Experimenten. Daher konnten die Atome des Produkts Element 101 infolge der Reaktion mit den auf sie stoaenden Heliumionen derart zuriickprallen, dab sie auf einer zweiten dunnen Goldfolie aufgefangen werden konnten. Diese zweite Goldfolie, die die zuruckgeprallten Atome enthielt, war relativ frei von dem Targetmaterial Einsteinium und wurde dann aufgelost, um die chemische Identifizierung durchzufuhren. Element 102 Das nachste Element 102 wurde unter Verwendung der RuckstoBmethode ebenso - Atom fur Atom - identifiziert. Jedoch waren die hier zu uberwindenden Schwierigkeiten noch gro13er und zeigen was die Zukunft an Fortschritten der Forschung bei den weit auben liegenden Grenzen der Transuran-Elemente envarten labt. In diesem Fall war die Halbwertszeit des Produktkerns so kurz, dab eine direkte chemische Identifikation nicht moglich war. Infolgedessen wurde eine,,doppel-ruckstol3-technik" angewandt, die die chemische Identifikation eines Tochterisotopes einschloa. Diese von Albert Ghiorso eingefuhrte Technik bildete die Grundlage fur die folgenden Experimente, bei denen weitere Transurane-Isotope und Elemente identifiziert werden. Fermium Element

7 nen zuzufugen. Die schweren positiv geladenen Ionen mussen in einem besonderen Beschleuniger auf hohe Geschwindigkeiten gebracht werden, um entgegen der abstodenden Kraft der groden positiven Ladung des Kerns ihren Weg in den Kern zu erzwingen und mit ihm zu verschmelzen. Die Ausbeuten an den gewiinschten Produkten solcher Reaktionen sind bei Verwendung vergleichbarer Mengen von Target-Atomen ein Tausendstel der schon PuDerst kleinen Ausbeute bei dem Mendelevium-Experiment. Die Geschichte der Entdeckung des Elements 102 ist sehr verwickelt; aus diesem Grunde hat das Element noch keinen anerkannten Namen. Ich will versuchen, eine kurze Beschreibung der komplizierten Versuchsreihen zu geben, die von verschiedenen Forschergruppen durchgefuhrt worden sind. Der erste Versuch wurde 1957 von einem Team von Naturwissenschaftlern vom Argonne National Lab. in Chicago, dem Harwell Atomic Energy Research Establishment in England und dem Nobel-Institut fir Physik in Schweden gemacht. Sie verwendeten die einfache RuckstoDmethode, die bei der Entdeckung von Element 101 eingefuhrt worden war. Die mogliche Kernreaktion ist:,,cm244+,c 13+loe[Xl 253+4n, wenn wir [XI fur das gesuchte Elef ment schreiben. Die Autoren glaub- - v) ten, in der Erzeugung und Identifi- Volumen des Nuanfen - 6 kation eines Isotops von Element 102!? Erfolg gehabt zu haben, das eine $ Halbwertszeit von 10 Minuten hatte,o$ und unter Emission von Alpha-? Partikeln mit der Energie 8,5MeV $ zerfiel. Versuche, dieses Resultat in 2 sehr sorgfaltigen sowohl vom Ber- 0 keley Lawrence Radiation Lab. als auch durch eine sowjetische Gruppe am Lab. Dubna bei Moskau durchgefiihrten Experimenten zu bestatigen, blieben aber erfolglos. Etwa AEb. 6: MeDwerte zur Entdeckung des Element 102 durch die Anwesenhett die gleichezeit lg5' cine von Fermium 250 Gruppe von Wissenschaftlern im Lab. Dubna ein Experiment an ihrem Zyklotron mit der RuckstoDtechnik. Die verwendete mogliche Reaktion war: p4pu 241 +,O 16+,,,[X]253+4n. Die Sowjets beobachteten ein Produkt, das unter Emission von 8,8MeV- Alpha-Teilchen, mit einer Halbwertszeit im Bereich von 5 bis 20 s, zerfiel. Sie glaubten, das Produkt einem Isotop des Elementes 102 zuschreiben zu konnen. Die Alpha-Teilchen wurden durch Verwendung einer photographischen Emulsion festgestellt. Eine chemische Identifikation war wegen der kurzen Halbwertszeit des erzeugten Kerns nicht moglich berichtete eine. Gruppe des Lawrence Radiation Lab. der University of California uber die Identifikation eines Isotops von Element 102 mit der Massenzahl 254, das durch BeschieDen von Curium 246 rnit Cl2-Ionen aus 115

8 dem zu jener Zeit neuen Heavy Ion Linear Accelerator (HILAC) gewonnen worden war. Die Reaktion ist folgende: &m 246+,C 12+ loz[x] 254f4n Das entspricht der Hinzufugung von sechs Protonen und zwei Neutronen zum Ausgangskern. Das neue Element wurde durch chemische Identifikation seines bekannten Tochterelements Fermium 250 festgestellt, das unter Emission von 7,4 MeV-Alphateilchen rnit einer Halbwertszeit von 30 min zerfallt. Die Trennung des Isotops 102 vom Targetmaterial und des Tochterelements vom Mutterelement 102 wurde mittels der in diesem Experiment erstmals eingefuhrten neuen Methode des doppelten RuckstoBes ausgefuhrt (Abb. 5 u. 6). Die Forscher berichten uber eine Halbwertszeit von etwa drei Sekunden fur das Isotop 102[X]254. Als Resultat spaterer Experimente, bei denen die Alphateilchen direkt gemessen wurden, gaben sie eine Energie von 8,3 MeV fur die Alphateilchen an berichtete die Berkeley-Gruppe uber ein anderes Isotop vom Element 102. Dieses wurde erzeugt durch BeschieDen von Californium mit Bor-Ionen, und es zerfiel unter Emission von 8,2 MeV-Alphateilchen mit einer Halbwertszeit von 15 s. Die Forscher schrieben diese Radioaktivitat dem [XI 255 zu, auf Grund einer Methode ahnlich der, die bei der ersten Identifikation des Elements 103 angewandt wurde. Ich werde diese Methode spater beschreiben. Russische Gruppen, die am Zyklotron von Dubna arbeiteten, folgten 1963 mit der Erzeugung eines anderen Isotops ([XI 256) des Elements 102 von 8 s Lebensdauer, erzeugt und nachgewiesen in der folgenden Reihe von Reaktionen:,,U238+,,Ne 22-t,,,[X]256+4n,,,Pu242-1-,0 18-t,,,[X]256+4n, Sie verwendeten auch Ghiorsos Methode des doppelten RuckstoDes fur die chemische Identifikation des Tochter-Isotops, des 25 Stunden-Fermium 252. Etwas spater, im Jahr 1965, haben die Sowjets anscheinend in dem gleichen Laboratorium das Isotop 254 erzeugt, das von der Berkeley-Gruppe mittels folgender Reaktionen erhalten worden war: u5am ,N15-t,,,[X]254+4n,,,U238+,,Ne 22-t,,,[X]254+6nf Sie benutzten ebenfalls die Technik des doppelten RuckstoBes rnit chemischer Identifikation des Tochterelements. Ihre Messungen zeigen jedoch eine langere Halbwertszeit an, 20 bis 50 s, und niedrigere Energie von 8,l MeV fur die Alphapartikel sowie eine kleinere Ausbeute. Die Situation fur das Element 102 ist also sehr komplex. Daher ist es notwendig, jede Mitteilung eines Autors uber eine erfolgreiche Entdeckung auch in anderen Laboratorien und durch mehr als eine Erzeugungsmethode nachzuprufen. 116

9 Element Lawrencium Dem Wunsch, das Element 103 zu entdecken, stellten sich neue Schwierigkeiten entgegen. Man erwartete, dad die Isotopen des unentdeckten Elements Halbwertszeiten haben, die zu kurz sind, um irgendein chemishes Identifikationsexperiment moglich zu machen. Das war auch bei Element 102 so, aber was die Situation doppelt schwierig machte, war die Tatsache, dab die Isotope des Elements 103, deren Synthese in den ersten Experimenten hoffnungsvoll war, keine Tochterisotope zu haben schienen, die fur die Anwendung der Methode des doppelten RuckstoBes von Ghiorso, geeignet waren. Trotz dieser Schwierigkeiten hatte die Berkeley-Gruppe nach drei Jahren Vorbereitungsarbeit Erfolg in der Erzeugung eines Isotops, das sie als Element 103 identifizierten. Unter Verwendung einer Modifikation der einfachen RuckstoBmethode und von schweren (Bor)Ionen im HILAC benutzten sie die in den folgenden Reihen angegebenen Reaktionen: I I oscf 250 4n sacf 251 f,b11+,,,lw n &f 252 l6n,,cf 250 3n,&f 251 +,B11+,,,Lw n obcf 252 l5n Die Alphateilchen des neuen Elements 103, des Lawrencium, wurden direkt mit einem Strahlungsdetektor gezahlt. Die Radioaktivitat, die eine gemessene Halbwertszeit von etwa acht Sekunden und Alphateilchen von 8,6 MeV Energie lieferte, wurde dem Isotop Lawrencium zugeordnet. Obwohl chemische Identifikation nicht moglich war, wurde diese Zuordnung auf Grund eines klaren kernphysikalischen Befundes gemacht. Dieser beruhte auf der Variation der Ausbeute und Ausbleiben von Ausbeuten der Acht-Sekunden- Aktivitat mit der Energie der bombardierenden Bor-Pyojektile, wenn Californium und andere Transuran-Elemente abwechselnd mit verschieden schweren Ionen beschossen wurden. Der Name Lawrencium wurde zu Ehren von Ernest 0. Lawrence, dem Erfinder des Zyklotrons und Grunder des Lawrence Radiation Laboratory vorgeschlagen. Erst kiirzlich, 1965, verwendete eine Sowjet-Gruppe die Doppel-RuckstODmethode fur die Identifikation eines anderen Isotops von Lawrencium. Sie benutzten die Reaktion: B,Am 243-kR018+ lojlw 256+5n, um Lawrencium 256 mit einer Halbwertszeit von 45s zu erzeugen, das in der gezeigten, etwas komplizierten Weise zu dem Tochterelement Fermium 252 zerfiillt. Es war moglich, das Tochterisotop chemisch nachzuwei- 117

10 sen trotz seiner relativ langen Halbwertszeit von 25 Stunden und dem daraus folgenden niedrigen Niveau von Radioaktivitat. Element 104 und daruber Die Versuche wurden zur Erzeugung und Identifizierung des nachstschweren Transurans 104 fortgesetzt. Russische Gruppen in Dubna haben die von der Berkeley-Gruppe zur Entdeckung des Elements 103 benutzte Methode angewandt, vermehrt um einige chemische Experimente. Sie wahlten schwere Ionen als Projektile bei der Methode des einfachen RuckstoDes und basierten ihre erste Identifikation auf den relativen Ausbeuten und dem Ausbleiben von Ausbeuten des erhaltenen Produkts, bei Variationen der Zielmaterialien und der Typen und Energien der verwendeten Projektile. Durch Messung von Spaltungsspuren in einem Spezialglas mit dem Mikroskop entdeckten sie ein Isotop, das durch Spaltung sofort zerfallt. Sie nahmen an, dad dies das Isotop [Y]260 mit der Halbwertszeit von 0,3s des Elements 104 sei und nach der folgenden Gleichung erzeugt worden sei: 84Pu 242+,,Ne 22-t lo4[y] 260f4n. Inzwischen haben die Sowjetwissenschaftler einige Experimente ausgefuhrt, die auf chemische Identifikation abzielen. Man erwartet, dad das Element 104 ahnliche chemische Eigenschaften hat wie Hafnium, also eine relativ fluchtige Verbindung mit Chlor, ein Tetrachlorid, bildet. Die Autoren glauben, durch ihre chemischen Experimente gezeigt zu haben, dao die Chlorverbindung der 0,3 s-komponente vie1 fluchtiger ist als die relativ nichtfluchtigen Aktiniden-Chloride (Trichloride). Obwohl dieses Experiment nicht die klassische Forderung der chemischen Trennung des neuen Elements von allen vorher bekannten Elementen erfullt, gibt es wertvolles Beweismaterial fur die Auswertung in Verbindung mit dem nuklearen Beweis, d. h. der Methode der Erzeugung und des Zerfalls der 0,3 s-aktivitat. Wenn die sehr schwierigen nuklearen und chemischen Experimente bestatigt werden kiinnen, wird es ein zwingender Beweis fur die Entdeckung des Elements 104 sein.9 Am Lawrence Laboratory sind Versuche im Gang, um die Entdeckung der Sowjetwissenschaftler zu bestatigen oder, als Ersatz, andere Isotope des Elements 104 herzustellen. Die dortigen Wissenschaftler versuchen, Reaktionen zu benutzen, wie sie in der folgenden Reihe dargestellt sind: u8cf 250+,C13 -+ lo4tyl 260+3n &m 246f io4[y] n. Sowohl die Berkeley-Gruppe als auch die Dubna-Gruppe versuchen, Elemente mit Atomzahlen hoher als 104 zu erzeugen durch BeschieDen von Targets aus Transuranen mit Projektilen aus schweren Ionen. Die Ausbeuten an Transuran-Isotopen werden zunehmend kleiner, wenn wir in der Skala der Atomnummern weiter aufwarts gehen. In den meisten Fallen, wo das Ganze oder ein Teil des Projektils in eine Verschmelzung mit dem Zielkern eintritt, teilt sich der Zwischen- oder Obergangskern durch Spaltungsreaktionen in zwei Halften. Nur weniger als einer von einer Million dieser Zwischenkerne (Intermediatkerne) endet als das gesuchte Transuran- 3) Die sehr Uberzeugende Arbeit Ctber das Element 104 ist mlr leider z.z. nidit zuglnglich. Der Verfasser 118

11 Element. Daher wird die Ausbeute immer geringer und geringer, und schlieblich ergibt sich weniger als ein Atom pro Experiment! So seltsam dies auch erscheint, so ist es doch noch keine unmogliche Situation bei den experimentellen Moglichkeiten der heutigen Wissenschaft. Eine Ausbeute von beispielsweise einem Zehntel Atom pro Experiment bedeutet nur, dai3 man unter gewissen Bedingungen 10 Experimente durchkiihren mub, urn ein Atom zu erzeugen; oder bei anderen experimentellen Anordnungen, dab man die BeschieBung zehnmal so lange durchfuhren mub. Abb. 7: Das Periodische System nach dem heutigen Stand Es gibt viele mogliche Kombinationen von Zielkernen und schweren Ionen-Projektilen, und man kann sich damit vergnugen, die Zahl der Kombinationen in diesem Gebiet atomarer oder,,neuelement"-arithmetik zu ermitteln. Dabei gibt es naturlich gewisse Feinheiten, die vermuten lassen, dab manche Moglichkeiten vorteilhafter sein ktinnen als andere. Ein paar von moglichen, nicht unbedingt besonders scharfsinnigen oder spitzfindigen Reaktionen fiir die Erzeugung von Element 105 seien hier angegeben: &f 252+,N 15+ lo5[z] 263+4n, p5am 243+i,Ne 22+,,[Z] 260+5n. Beim AbschlieBen dieser Beschreibung der bereits unternommenen Entdeckungsexperimente sollte ich wohl eine beilaufige Bemerkung machen, die auch Ihnen eingefallen sein konnte. Das ist die, dab die Sowjetgruppe von Wissenschaftlern am Dubna Laboratorium, die unter der fahigen Leitung von G.N. Flerov arbeitet, sehr geschickt und erfolgreich ist. Uberdies ist diese Anstrengung der Sowjets, vom Standpunkt der Hilfsquellen und der eingesetzten Menschenkraft aus gesehen, sehr vie1 grol3er als die amerikanische Anstrengung bei der potentiell fruchtbaren Anwendung der schweren Ionen zur Produktion und Identifikation neuer, schwerer Transuran- Elemente. 119