Нобелови лауреати – 1951 година

Глен Т. Сиборг (Glenn T. Seaborg)

19 април 1912 г. – 25 февруари 1999 г.

Нобелова награда за химия (заедно с Едуин М. Макмилън)

(За откритията му в областта на химията на трансурановите елементи.)

Американският химик Глен Теодор Сиборг е роден в Ишпъминг (щат Мичиган), в семейството на механика Херман Теодор Сиборг и Селма Олива (Ериксон) Сиборг, шведи по произход. Десет години по-късно Сиборг, баща му, майка му и сестра му се местят в Лос Анджелис, щат Калифорния. В местното училище бъдещият учен не проявява отначало особен интерес към науките. Всичко се променя в средното училище благодарение на учителя му по химия. А при завършването на училището през 1929 г. Сиборг произнася реч от името на класа. Пари за следване в Калифорнийския университет му се налага да печели сам. Работи като хамалин, берач на кайсии, селскостопански работник, асистент в лабораторията на компания за производство на каучук и помощник-печатар. През 1934 г. получава в Лос Анджелис степента бакалавър по химия и се мести в Калифорнийския университет в Бъркли, за да се занимава с ядрена химия при известния химик Гилбърт Н. Люис. За изследването му на взаимодействието на бързите неутрони с оловото на Сиборг е присъдена през 1937 г. докторска степен. След това той става асистент на Люис, а от 1939 г. преподава химия.

Ранните проучвания на Сиборг засягат влиянието на изотопните отклонения върху химията на елементите. Изотопите са разновидности на един и същ елемент, чиито атоми имат еднакъв брой протони, но различен брой неутрони. Заедно с колегите си Сиборг открива много нови изотопи на обикновените елементи. През 1934 г. италианският физик Енрико Ферми предприема опит за създаване на нови елементи, които да са по-тежки от урана, като бомбардира с неутрони уранови атоми. Четири години по-късно в Германия Ото Хан, Фриц Щрасман и Лизе Майтнер, като повтарят този експеримент, получават при бомбардировката с неутрони не по-тежки (наречени трансуранови) елементи, както очакват, а делене на урановите атоми на атоми с по-малка маса, което се съпровожда с отделянето на огромно количество енергия. Майтнер и Ото Р. Фриш обясняват атомното делене през 1939 г. Тяхната работа вдъхновява Сиборг да продължи търсенето на трансуранови елементи, такива, на които атомното ядро е по-тежко от атомното ядро на урана, най-тежкия от известните по това време елементи.

Един от колегите на Сиборг, Едуин М. Макмилън, генерира с циклотрона, който се намира в радиационната лаборатория „Лорънс“ в Калифорнийския университет в Бъркли, неутрони (насочвайки лъч протони от циклотрона към берилиева мишена), които след това бомбардират уранова мишена. Макмилън забелязва, че не всички подложени на ударите на неутроните атомни ядра се делят. Поведението на ядрата, които поемат неутрони, е в съответствие с предсказанията на Ферми: те, подложени на бета-разпадане, повишават атомното си номер (броя на протоните) от 92 на 93 и образуват нов елемент. Този нов елемент е наречен нептуний – по името на планетата Нептун, чиято орбита се намира зад орбитата на Уран, в чест на който е наречен уранът.

През 1941 г. Сиборг, Макмилън, Емилио Сегре, Джоузеф Кенеди и Артър Уол откриват, че в резултат от по-нататъшното бета-разпадане нептуният образува елемент с атомен номер 94. Те наричат новия елемент плутоний – по името на Плутон, най-отдалечената от Слънцето планета. Става ясно, че при бомбардиране с бавни неутрони изотопът плутоний-239 се дели с освобождаване на неутрони и отделяне на голямо количество енергия. Изследователите достигат до извода, че тази реакция притежава „необходимия потенциал да послужи за взривно устройство в атомна бомба“, както казва по-късно Сиборг. Разделящият се изотоп на уран-233, открит от Сиборг и неговите колеги приблизително по същото време, е още един възможен източник на делящо се вещество за този вид оръжие.

През 1939 г., скоро след началото на Втората световна война, Алберт Айнщайн и няколко други учени предупреждават правителството на САЩ, че Германия може да направи опит за създаване на атомна бомба. В отговор на тази възможност през 1942 г. е учреден Манхатънският проект. През същата година 30-годишният Сиборг си взема една година отпуск от Калифорнийския университет, за да се присъедини към Манхатънския проект, като работи в металургичната лаборатория на Чикагския университет. Там той е назначен за ръководител на отдела, занимаващ се с разработката на технология, която би позволила да се осъществи широкомащабно разделяне на плутония от урана. Този проблем има голямо значение, защото учените разполагат само с микрограмове от необходимите вещества (един микрограм е една милионна част от грама). Освен това голямото химическо сходство между плутония и урана прави разделянето на тези елементи извънредно трудно. Сиборг и неговите колеги разработват нова технология, която позволява да се правят опити с малки количества радиоактивен материал, поставяйки по този начин началото на експерименталния метод, известен днес като ултрамикрохимичен анализ. Плутоний е открит в незначителни количества и в природата - в уранинита, аутонита и карнотита. През 1944 г. групата на Сиборг постига обхватно разделяне на плутония от урана и други делящи се радиоактивни частици. Към 1945 г. е получен достатъчно плутоний, за да се създадат двете атомни бомби, които разрушават японските градове Хирошима и Нагасаки.

Малко преди края на войната, през 1944 г., Сиборг се връща към изучаването на химията на трансурановите елементи. Тъй като може да се получи само микроскопично количество от нужните вещества, е важно да се създадат основи за предвиждане на химическите свойства на новите елементи. В периодичната система, разработена през 1869 г. от руския химик Дмитрий Менделеев, химичните елементи се разполагат според нарастването на атомните им номера. Те са подредени в редове и колони, като елементите от всяка колона имат сходни химически свойства. Елементите, започващи от 57-мия и завършващи със 71-вия номер, са тясно свързана група, която е наречена първоначално група на редките земни елементи, а днес тези елементи се наричат лантаноиди. Сиборг достига до извода, че радиоактивните елементи, започващи от 89-тия и завършващи с 94-тия номер (иначе казано – от актиния до плутония), са нова серия, аналогична на серията на леките лантаноиди. Това му позволява да предскаже съществуването на елементи с 95-ти и 96-ти номер, а след това да ги открие. Разделянето на тези два елемента се оказва толкова трудно, че сътрудниците в лабораторията ги наричат на шега „пандемоний“ и „делирий“. Когато са окончателно идентифицирани, елементът с номер 95 е наречен америций, а елементът с номер 96 – кюрий (в чест на Пиер Кюри и Мари Кюри).

През 1946 г. Сиборг се връща в Калифорнийския университет в Бъркли със звание професор (което му е присвоено още през 1945 г., когато е в отпуск) и продължава да изследва трансурановите елементи в радиационната лаборатория „Лорънс“. Той и неговите колеги откриват още няколко елемента, влизащи в новата серия на актиноидите: берклий (атомен номер 97), калифорний (98), айнщайний (99), фермий (100), менделевий (101) и нобелий (102). Те откриват и 106-ти елемент, наречен днес сиборгий. Работата на учените става все по-трудна и по-трудна, защото елементите стават все по-малко стабилни: броят на протоните и неутроните в ядрата им нараства. С други думи – периодът на полуразпадане става все по-кратък с увеличаването на атомната маса. Период на полуразпадане на елемента е времето, необходимо за разпадането на половината от първоначалното количество на веществото. Периодът на полуразпадане на най-дълготрайния изотоп на урана е 4 трилиона и 510 милиона години. Периодът на полуразпадане на 106-тия елемент е по-малко от секунда. Краткият живот на свръхтежките елементи пречи на техния синтез по пътя на постепенното добавяне на неутрони. Затова изследователите ги синтезират, като сблъскват атомни ядра, които се сливат преди разпадането. Физиците предлагат теория, според която атомното ядро може да се състои от протонни и неутронни обвивки с възможни „островчета на относителна стабилност“, където обвивките „са запълнени“ („затворени“) също така, както електроните в атомите се групират в обвивки, „затворени“ при химически устойчивите елементи. Затвореността на протонните и неутронните обвивки означава намаляване на радиоактивността и по-продължителен период на полуразпадане. Ако при прибавянето в ядрото на протони или неутрони може да се постигнат условия за затваряне не обвивките, има възможност да се създаде нова серия свръхтежки елементи с достатъчно продължителен период на полуразпадане, за да могат да се идентифицират добре и да се определят химичните им свойства.

От 1954 до 1958 г. Сиборг е заместник-директор на радиационната лаборатория „Лорънс“ и едновременно с това оглавява научно-изследователската секция по ядрена химия. През 1958 г., като се отказва от по-нататъшна изследователска работа, той става за три години президент на Калифорнийския университет в Бъркли. През 1961 г. е назначен за ръководител на Комисията по атомна енергия. Напускайки този пост през 1971 г., Сиборг се връща в Бъркли като професор по химия в Калифорнийския университет. Грижите му за научното образование довежда до това, че през 1983 г. той оглавява университетската аспирантура.

През 1942 г. Сиборг се жени за Хелън Л. Григс. Съпрузите имат четири сина и две дъщери. През свободното си време ученият обича да играе голф, да чете и да работи в градината.

Сиборг е удостоен с много награди, сред които наградата Енрико Ферми на Комисията по атомна енергия на САЩ (1959 г.), медала Франклин на Франклиновия институт (1963 г.) и медала Пристли на Американското химическо дружество (1979 г.). Ученият е член на американската Национална академия на науките, на Американското химическо, физическо и ядрено дружество, на Американската асоциация за съдействие на развитието на науката, а също така е чуждестранен член на десет национални академии на науките. Присвоени са му почетни степени на повече от четиридесет университета. Талантлив администратор и политик, Сиборг участва активно в работата на много организации, свързани с науката, с образованието, с осъществяването на телевизионни предавания и с влиянието им върху обществото.

Превод от руски: Павел Б. Николов