В продължение на последните 10 години в изследователската Лаборатория по ядрени реакции на Обединения институт за ядрени изследвания в Дубна, Русия са открити няколко нови химични елемента, които обогатяват Менделеевата таблица. Те са с атомни номера 113, 115, 117 и 118, като съществуването им впоследствие е признато и от други лаборатории в САЩ, Германия и Япония и така са регистрирани като научно откритие.

За откриването на последния елемент с номер 118 бе съобщено в края на 2015 година. Той вече официално има име, като бе прието предложението да бъде наименован „оганесон“ на името на ръководителя на лабораторията Юрий Оганесян.
През последните 50 години Менделеевата таблица е обогатена със 17 нови елемента с номера от 102 до 118, но едва последните открития в Дубна са на най-тежките между тях. Този научен принос има големи основания да получи Нобелова награда. А в експериментите по откриването има съществен български принос в лицето на починалите наскоро учени Стойчо Илиев и Румяна Калпакчиева.

Двамата учени работят дълги години в Дубна и са участвали активно в синтезирането на свръхтежки химични елементи, които реално не съществуват в природата, а се получават само вследствие на ядрена реакция. Те се получават, като се използват мощни циклотрони, с каквито малко лаборатории по света разполагат.

„Най-елементарното обяснение за получаването им е следното: имаме мишена, например от берклий или плутоний, и в тази мишена налита с висока енергия друго ядро, например от калций-48. Всичко това става в тръба с висок вакуум. Енергията на снопа е толкова голяма, че се получава ново ядро, което е нестабилно. Но за краткото време, в което съществува – обикновено по малко от секунда, все пак могат да се изследват характеристиките му“, обясни пред „Иноватор“ директорът на Института за ядрени изследвания и ядрена енергетика към БАН доц. д-р Димитър Тонев.

Експериментите траят по около 6 месеца, като се работи денонощно и детекторите регистрират множество събития, които се получават на вероятностен принцип. Може например от съставното ядро да се изпари един протон, или/и един неутрон, или/и една алфа-частица, като тогава се образуват различни нови химични елементи. Изключително важно е с колко надеждна електроника и детектори разполага лабораторията. Ако те не работят надеждно, учените могат да регистрират фалшиво събитие или да изпуснат реално случило се.

И точно тук е българският принос към експеримента – инженер Стойчо Илиев, който работи в Дубна още от 70-те години, е създал и поддържал цялата електроника и детектори.

„Аз имах щастието да работя в един кабинет с него, случайността ни събра. През 2005-2007 г. той се върна в нашия институт, а аз току-що се бях прибрал от 15-годишен престой в Италия, Франция и Германия. И си казвам „Не съм стоял и един месец в България и ме събраха в офис с непознат, който е почти руснак“. Без изобщо да си представя, че в чисто човешки план ще станем истински приятели по-късно“, разказа Тонев.

Другият български учен, който има реален принос към експериментите по откриването на новите елементи, е проф. Румяна Калпакчиева. Тя също работи дълги години в Дубна и е стигнала до поста заместник-директор на лабораторията, в която са проведени експериментите. Става въпрос за огромни лаборатории, в които работят повече учени, отколкото работят в целият български институт за ядрени изследвания. Проф. Калпакчиева участва в цялата подготовка, планирането и провеждането на експериментите по откриването на новите елементи.

Българската следа при свръхтежките елементи

Любопитното е, че български имена сред откривателите на нови химични елементи не се срещат за пръв път едва в случая с откритите в Дубна. Преди почти две десетилетия за пръв път научният свят чу името на Виктор Нинов, изследовател в националната лаборатория „Лорънс Бъркли“ в САЩ.

Той е участвал в откриването на новите елементи с номера 110 – дармщадтий, 111 – рентгений и 112 и навремето е бил считан за един от водещите експерти по използването на сложни софтуерни програми за засичане на нови елементи.
Проблемът обаче е бил, че никоя друга ядрена лаборатория по света не е могла да повтори резултатите, а научният свят признава такова откритие едва ако поне още една друга независима лаборатория в света повтори експеримента със същия резултат.

Тогава в Бъркли правят вътрешно разследване и стигат до извод, че Нинов е фалшифицирал информацията в компютрите, довеждайки я до състояние да покаже откритие на нови елементи. При последвалия международен научен скандал през 2001 г. Нинов е уволнен от лабораторията и остава да живее в САЩ със забрана да се занимава с научна работа. Става учител по физика. Той самият твърди, че не е променял резултатите, а всичко било част от международен опит да бъде натопен.

Доцент Тонев си спомня, че е чувал за случая с Нинов преди повече от петнайсетина години от колеги в чужбина. Но смята, че неприятната случка няма нищо общо с България, защото Нинов е емигрирал в Западна Германия още по времето на социализма и на практика не е български гражданин. „Наскоро един от председателите на световния комитет по чиста и приложна химия ми каза, че България няма основание да се срамува от този случай, защото той е извършен от немски гражданин“, казва Тонев.
Но дори да не е така, приносът на български учени към откритията в Дубна са неоспорими, а тези резултати са потвърдени многократно не от една, а от още три водещи лаборатории в света.

На руска територия

Обединеният институт за ядрени изследвания в Дубна е създаден през 1956 година. В това градче на около 100 километра северно от Москва, което навремето е било планирано като „закрит град“, е изградена система от институти, занимаващи се с различни аспекти на ядрената физика. Истински шанс, особено за българските учени е, че обединението е било в голяма степен демократично и още при създаването му в него са допуснати на работа учени не само от социалистическия лагер, а и от много други държави. Замислен първоначално като ответна реакция на американската ядрена програма и на европейското обединение ЦЕРН, днес Обединеният институт в Дубна продължава да провежда свои самостоятелни експерименти и изследвания на най-високо световно ниво.

„Неведнъж съм се убеждавал, че Дубна е истински шанс за българските учени, които са имали и продължават да имат възможността да разполагат с техника, която ние тук не можем да си позволим. И не само това – те никога не са били държани като странични наблюдатели, а са участвали наравно в експериментите. Професор Цветан Вълов например е бил заместник-ръководител на цялото обединение и на негово име бе кръстена една от алеите в института“, каза Тонев.

Освен това български учени имат достъп до множество експерименти в ЦЕРН, благодарение само на членството си в Дубна, защото България никога не е плащала непосилния членски внос за всички провеждани в ЦЕРН експерименти.

За какво служат свръхтежките елементи

Най-трудният въпрос след откритието на новите елементи е за какво могат да послужат те. По принцип науката винаги се е развивала благодарение на човешкото любопитство да се види как е устроена природата. Как и за какво да се използва едно откритие, се решава далеч по-късно и от други хора.

„Когато навремето Мария Кюри открива радиоактивността, също мнозина са задавали въпроса за какво може да ни послужи това чудо? Минават десетилетия, през които на пазара се появяват радиоактивна паста за зъби и всякакви радиоактивни хапчета, които едновремешната медицина смятала за лечебни, а днес са отречени напълно. Ядрената енергетика идва значително по-късно. Днес използваме изотопи, които успешно ни помагат при диагностицирането и лечението на рак и други заболявания. Скоро нашият ядрен институт ще може сам да произвежда такива изотопи (виж карето). Най-вероятно приложението на новите свръхтежки елементи ще е пак в медицината, но е твърде рано да се каже за какво точно“, казва Тонев.

Колкото до самия научен принос на откривателите на нови елементи в Дубна, той според него е безспорен. Световната научна общност на ядрените физици смята, че ако Нобеловата награда за физика ще се дава за ядрена физика, през последните години в тази област на знанието няма по-значимо откритие от тези нови елементи. А ядрената физика не е отличавана с Нобел от доста години. В света на науката не е толкова важен самият приз, а това, че общественото внимание, насочено към конкретната област, води след себе си допълнително финансиране. А ядрената физика е скъпо удоволствие и без пари няма как да се развива.

Как действа циклотронът на БАН?

Най-големият циклотрон на Балканите, който ще произвежда евтини и достъпни изотопи за лечение на онкоболни, все още стои на склад заради забавяне на строежа на специализирана сграда за него.

В началото на 2016 година БАН получи апаратурата, която дава възможност за производство на голяма гама изотопи, както за ранна и достъпна диагностика на ракови заболявания, така и за лечение. Към сградата има редица специални изисквания, а и произвежданите изотопи тепърва трябва да получат одобрение от Агенцията по лекарствата. Все пак те се инжектират в кръвта на пациентите.

Един от произвежданите изотопи – флуор 18, има период на полуразпад от около 110 минути. Лекарственото средство FDG, което е 18F „закачен“ за молекулата на глюкоза, се инжектира в човешкото тяло.

Раковите клетки са много гладни за захари, започват да се хранят с глюкозата, а заедно с глюкозата приемат и флуор. От 18F се излъчва позитрон, който анхилира с електрони, каквито имаме в тялото си, и се излъчват два гама-кванта. Гама-квантите се регистрират от ПЕТ скенера и ако има тумор, то той се вижда като светло петно заедно с евентуалните му разсейки.