تاریخ کشف مندلویوم

دانشمندان به سنتز عنصر 100، که سرانجام به افتخار انریکو فرمی، اولین کاوشگر عناصر فرا اورانیوم، فرمیوم نامیده شد، به ترقیات شگرفی دست یافتند.
اما در ماورای فرمیوم هرکس می‌توانست، به طور واضح، نشانه‌های خطری بزرگ را که از سوی دشمن اصلی پژوهشگران عناصر فرا اورانیوم ایجاد شده بود ببیند. این خطر شکافت خودبه‌خود بود. طبق محاسبات، ایزوتوپهایی که در آنها 100=Z است باید، براساس این مکانیسم از واکنشهای رادیوآکتیو، دارای زمان نیمه عمری بسیار کوتاه باشند. سنتز موفقیت‌آمیز اینشتینیوم و فرمیوم در جریان نوترون بسیار شدید، ابتدا به پژوهشگران جرئت بخشید. اما نظریه‌پردازان مدعی شدند که هیچ‌گونه امکانی برای دستیابی به ماورای فرمیوم وجود ندارد، زیرا زمان نیمه عمر این عنصر نسبت به شکافت خودبه‌خود بسیار کوتاه است. هسته‌ی عنصر 100 قبل از اینکه مجال انتشار ذره‌ی بتا را داشته باشد به دو جزء تقسیم می‌شود.
اما، به هر حال، عنصر 101 آخرین عنصری بود که به روش کلاسیک بمباران با ذرات آلفا سنتز شد. تا سال 1955، سیبورگ و گروهش در حدود یک میلیارد اتم اینشتینیوم را جمع‌آوری کرده بودند. این مقدار ناچیز از اینشتینیوم با دقت زیاد روی یک ورقه‌ی طلا، که قیمتش در مقایسه با خود اینشتینیوم بسیار ناچیز بود، افزوده شد. هدف با ذرات آلفا بمباران شد. دانشمندان تصور کردند که باید واکنش هسته‌ای صورت گرفته باشد. به دلیل وجود اثر پس‌زنی (1)، اتمهای عنصر 101 به داخل ورقه‌ی طلا نفوذ کردند. ورقه، پس از بمباران حل شد و محلول در ستون کروماتوگرافی مورد تجزیه قرار گرفت. مسئله‌ی مهم و حساس این بود که تعیین کنند چه موقع جزء حاوی عنصر 101 ستون را ترک می‌کند تا بتوان فرایندهای شکافت خودبه‌خود را آشکار ساخت.
تنها پنج (!) فرایند شکافت خودبه‌خود در اولین آزمایش ثبت گردید، ولی همین برای شناسایی یک ایزوتوپ از عنصر 101 کافی بود. بعدها مشخص شد که زمان نیمه عمر این ایزوتوپ سه ساعت و عدد جرمی آن 256 است. زمان نیمه عمر به گونه‌ای دور از انتظار طولانی بود و این خود عامل مهمی برای عملی ساختن موفقیت‌آمیز سنتز عنصر جدید محسوب می‌شد. عنصر جدید به افتخار مندلیف، اولین کسی که از جدول تناوبی برای پیش‌بینی خواص عناصر شیمیایی ناشناخته استفاده کرد، مندلیوم (Md) نامیده شد. این دلیلی بود که کاشفان عنصر مزبور برای نامگذاری خود ارائه دادند.
بعدها، زمانی که نشانه‌ی Md برای همیشه در خانه‌ی 101 جدول تناوبی جای گرفت، کاشفان مندلویوم کشف خود را به طور مفصل و جامع تشریح کردند. گفته‌اند احساس نومیدی بر گروه حاکم بود. چندین آزمایش دقیق در جهت سنتز و شناسایی عنصر 101 صورت گرفت که تماماً ناموفق بود. سرانجام آزمایش قطعی و نهایی با امید فراوان به موفقیت انجام گرفت. آنان امید داشتند یک یا دو اتم از عنصر سرسخت و فریبنده‌ی 101 را آشکار سازند. دانشمندان یاد شده با نفسهای حبس شده در سینه‌هایشان چشم به ثبات دستگاه دوخته بودند تا اولین اثر شکافت خود به‌ خودی را مشاهده کنند. یک ساعت گذشت؛ تقریباً شب به سر رسیده بود، انتظار به نظر پایان‌ناپذیر می‌آمد.
ناگهان، قلم دستگاه ثبت اتوماتیک به سرعت به طرف وسط صفحه‌ی ثبت حرکت کرد و با ایجاد خط قرمز نازکی به عقب برگشت. چنین حرکتی ناگهانی از یونیزاسیون هرگز در مورد مواد رادیوآکتیو دیده نشده بود. احتمالاً، این پدیده نشانه‌ای از شکافت پیش‌بینی شده بود، پس از حدود یک ساعت نشانه‌ی دیگری ثبت گردید. اکنون پژوهشگران مطمئن بودند که دو اتم از عنصر 101 تجزیه تشعشعی شده‌اند و، بنابراین، می‌توان آن را به فهرست عناصر شیمیایی اضافه کرد.
از نکات جالب این بود که دستگاه ثبت شکافت به یک آژیر آتش‌نشانی وصل شده بود و هر بار عنصر 101 حضور خود را با زنگی گوشخراش اعلام می‌کرد.
دوازده سال بعد کشف شد که مندلویوم دارای ایزوتوپی است که زمان نیمه عمرش طولانیتر و معادل 2 ماه است (مندلویوم 258). وجود این ایزوتوپ امکان مطالعه‌ی دقیق خواص شیمیایی مندلویوم را فراهم ساخت. کشف مندلویوم رشته‌ی جدیدی در مطالعات پرتوشیمی، یعنی شیمی اتمهای منفرد، را پایه‌گذاری کرد. این علم مجهز به تکنیکهای خاص خود است. شیمی اتمهای منفرد نقش حساسی در مطالعه‌ی عناصر فرا اورانیوم بعدی ایفا کرد. سنتز مندلویوم نقطه پایانی در سنتز عناصر فرا اورانیوم به روشهای گذشته بود. تمام تکنیکهایی که پیش از آن مورد استفاده قرار می‌گرفت دیگر کارآمد نبود، زیرا امکان جمع‌آوری و تهیه‌ی مندلویوم به مقدار مناسب برای ساختن هدف وجود نداشت. نظریه‌پردازان، قلمروی ماورای عنصر 101 را به شکل سرزمینی مملو از اشباح و غیرقابل دسترس برای جویندگان پیش چشم خود مجسم می‌کردند مسلم بود که عناصر فرا اورانیوم بعدی تنها می‌توانند در ثانیه یا حتی کسری از ثانیه وجود خارجی داشته باشند.
حتی اگر می‌توانستند آنها را تهیه کنند، مطالعه‌ی خواصشان به نظر بسیار مشکل و حتی غیرممکن می‌نمود.
اما چگونه این عناصر تهیه می‌شوند؟ کدام واکنشهای هسته‌ای برای این کار مناسبند؟خوشبختانه، در اواخر دهه‌ی پنجم، جواب قانع کننده‌ای به این سؤالات داده شد، یونهای چند باره از عناصر سبک (کربن، اکسیژن، نئون، آرگون) به عنوان ذرات بمباران کننده به کار گرفته شدند. سپس امکان ساختن هدفها از عناصر فرا اورانیوم یعنی پلوتونیوم، آمریسیوم، و کوریوم فراهم گردید و مشکل تهیه‌ی هدف حل شد. البته هسته‌ی «برهنه» و بی‌حفاظ برای بمباران (مانند ذرات آلفا که هسته‌ی هلیوم محسوب می‌شود) مناسبتر بود، اما بسختی امکان «کندن» کامل پوست اتمها و برهنه کردنشان وجود داشت. یونهای چندباره می‌بایست تا انرژیهای زیاد، که برای ورودشان به واکنشهای هسته‌ای کافی باشد، شتابدار می‌شدند. بنابراین، شتاب دهنده‌های غول‌آسای جدیدی مورد نیاز بود. با ساخته شدن این شتاب دهنده‌ها، جهش علمی خارق‌العاده‌ای در تاریخ عناصر فرا اورانیوم روی داد. به هر حال، وقتی در اینجا از اکتشافات صحبت می‌کنیم مفهومی متفاوت از موارد قبلی مورد نظر است.

پی‌نوشت‌:

1. Recoil Effect، این اثر عبارت است از پس‌زنی اتمها که به خاطر موازنه‌ی ممان اینرسی با انتشار ذرات انجام می‌گیرد. – و.

منبع مقاله :
تریفونوف، دیمیتری نیکولایویچ؛ تریفونوف، ولادیمیر؛ (1390)، تاریخچه‌ی کشف عناصر شیمیایی، برگردان: عبدالله زرافشان، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ چهارم