Франций — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодический системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium ). Простое вещество франций — радиоактивный щелочной металл, обладающий максимально высокой восстановительной химической активностью.
История
Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как «эка-цезий»), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 году Маргаритой Перей, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1946 году название в честь своей родины — Франции.
Нахождение в природе
Изотопы
Основная статья: Изотопы франция
На 2012 год известно 34 изотопа франция с массовыми числами 199—232 и 7 метастабильных ядерных изомеров. В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: 223 Fr и 224 Fr. Франций-223 (самый долгоживущий из изотопов франция, период полураспада 22,3 минуты) входит в одну из побочных ветвей природного радиоактивного ряда урана-235 и содержится в крайне малых количествах в урановых минералах. Исследования свойств франция проводят с индикаторными количествами нуклида 223 Fr (менее 10 −15 г), так как из-за отсутствия долгоживущих изотопов франций невозможно получить в весовых количествах. Образуется при альфа-распаде актиния-227:
Франций — самый активный элемент на земле!
227 Ac → 223 Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),
227 Ac → 227 Th (сопровождается β-излучением, вероятность распада около 98,6 %).
Получение
Микроскопические количества франция-223 и франция-224 могут быть химически выделены из минералов урана и тория. Другие изотопы франция получают искусственным путём с помощью ядерных реакций.
Одна из наиболее распространённых ядерных реакций для получения франция:
Интересно, что в данной реакции используется золото. С помощью этой реакции могут быть также синтезированы изотопы с массовыми числами 209 и 211 (с вылетом соответственно шести и четырёх нейтронов). Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада 210 Fr и 211 Fr — три минуты, а 209 Fr — 50 секунд).
Физические и химические свойства
Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями. Практически все соединения франция растворимы в воде. Релятивистские эффекты 6p-оболочки делают связь франция с кислородом в супероксидах, например, состава FrO2, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов.
Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10 −7 г франция, то сведения о его физических свойствах могут быть определены только путём расчета, основываясь на данных для стабильных щелочных металлов. Согласно таким расчетам, плотность франция при комнатной температуре составляет 1,87 г/см³ , температура плавления 27 °C, температура кипения 677 °C, удельная теплота плавления 9,385 кДж/кг .
Нихоний — САМЫЙ ДОРОГОЙ МЕТАЛЛ ВО ВСЕЛЕННОЙ!
Потенциал ионизации атома франция-212 из основного состояния был экспериментально измерен с высокой точностью на масс-сепараторе радиоактивных ядер ISOLDE в ЦЕРНе, где этот изотоп производится путём облучения протонами карбидно-урановой мишени с интенсивностью до 10 10 атомов в секунду (ток пучка 2 пикоампера). В терминах обратной длины волны ионизационный потенциал равен 32 848,872(9) см −1 , что соответствует 4,0727409(11) эВ/атом , или 392,95976(11) кДж/моль .
Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.
Бурно реагирует с водой, образуя самую сильную щёлочь — гидроксид франция FrOH. Гидрид FrH и оксид франция Fr2O ведут себя подобно аналогичным соединениям цезия, то есть бурно реагируют с водой, образуя гидроксид.
Хлорид, нитрат, сульфат, фторид, сульфид, гидроксид, карбонат, ацетат и оксалат франция хорошо растворимы в воде. Плохо растворимы перхлорат, пикрат, иодат, хлороплатинат, хлоровисмутат, хлороантимонат, хлоростаннат, нитрокобальтат франция. Франций экстрагируется нитробензолом в присутствии тетрафенилбората натрия. Соосаждается с простыми и двойными солями цезия и с солями гетерополикислот (кремневольфрамовой, фосфорновольфрамовой и др.).
Применение
В настоящее время франций и его соединения имеют мало практических применений в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью. Франций-223 используется для быстрого определения актиния-227 в природных объектах.
Биологическая роль и воздействие
Франций подобно рубидию и цезию накапливается в почках, печени, слюнных железах и ткани саркомы, поэтому изотопы 223 Fr и 212 Fr используются в биологических исследованиях и для диагностики рака.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||
| 1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||
| 5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||
| 6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
| 7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
| 8 | Uue | Ubn | Ubu | Ubb | Ubt | Ubq | Ubp | Ubh | Ubs |
Щелочные металлы
Литий
Li
Атомный номер: 3
Атомная масса: 6,941
Темп. плавления: 453,85 К
Темп. кипения: 1615 К
Плотность: 0,534 г/см³
Электроотрицательность: 0,98
Натрий
Na
Атомный номер: 11
Атомная масса: 22,98976928
Темп. плавления: 371,15 К
Темп. кипения: 1156 К
Плотность: 0,97 г/см³
Электроотрицательность: 0,96
Калий
K
Атомный номер: 19
Атомная масса: 39,0983
Темп. плавления: 336,58 К
Темп. кипения: 1032 К
Плотность: 0,86 г/см³
Электроотрицательность: 0,82
Рубидий
Rb
Атомный номер: 37
Атомная масса: 85,4678
Темп. плавления: 312,79 К
Темп. кипения: 961 К
Плотность: 1,53 г/см³
Электроотрицательность: 0,82
Цезий
Cs
Атомный номер: 55
Атомная масса: 132,9054519
Темп. плавления: 301,59 К
Темп. кипения: 944 К
Плотность: 1,93 г/см³
Электроотрицательность: 0,79
Франций
Fr
Атомный номер: 87
Атомная масса: (223)
Темп. плавления: ~300 К
Темп. кипения: ~950 К
Плотность: 1,87 г/см³
Электроотрицательность: 0,7
Vegas Grand Casino делает все возможное, чтобы подарить своим гостям незабываемые впечатления. Здесь проводятся эксклюзивные турниры и мероприятия, гарантирующие посетителям доступ к самым захватывающим и престижным игровым возможностям. Кроме того, казино Вегас Гранд vegasgrandcazino.com награждает своих постоянных посетителей комплексной программой лояльности, которая предлагает эксклюзивные привилегии, бонусы и VIP-обслуживание.
Источник: chem.ru
Франций элемент. Свойства, добыча и применение франция
Не молдавий, не руссий и, даже, не виргиний. Поговорим о франции. Что он должен быть в природе, рассчитал Менделеев .
Потомки химика принялись за поиски элемента . Менделеев нарек его эко-цезием. Из-за схожести химических свойств с цезием , вещество искали рядом с ним.
Изучали, в основном, минералы. Ученым несколько раз казалось, что они обнаружили металл.
Сначала, радовались химики американского штата Вирджиния, в честь которого и хотели назвать элемент.
Инициативу перехватили ученые Молдовы, тоже решившие, что нашли франций. «Находили» его и в России, именуя руссием.
Но, как видно из итогового названия, открытие металла принадлежит французам, точнее, одной из них – Маргарите Перей.
Она работала в парижском институте Кюри, где и извлекла франций из препарата актиния.
Свойства франция
Актиний – еще один элемент таблицы Менделеева, токсичный, близкий к лантану. Изучая препарат металла, Маргарита Перей обнаружила бета-излучение, не подходившее ни к одному из известных изотопов.
На дворе шел 1939-ый. Франций оставался одним из 4-ех неоткрытых веществ. Период полураспада изотопа, обнаруженного Перей при очистке актиния от радиоактивных продуктов, составлял 21-у минуту.
Изотоп подвергли исследованиям. Свойства вещества полностью совпали с предсказаниями Менделеева, то есть, с параметрами эко-цезия. На исследования ушли почти 10 лет. Франций вписали в таблицу в 1946-ом.
Как уже понятно, франций – элемент таблицы Менделеева с радиоактивными свойствами.
Из-за них металл исследуют в микроскопических количествах, дабы излучение не превышало норму.
Осторожно относиться к францию обязывает и его химическая активность. Из ряда щелочных металлов, к коим относится герой статьи , она самая высокая.
Раз элемент щелочной, значит, располагается в главной подгруппе 1-ой группы таблицы Менделеева. Период седьмой.
Атомный номер франция – 87, соответственна и масса. Степень окисления у металла 1-я, отображается, как +1.
При близости свойств к цезию, стандартный потенциал 87-го элемента более отрицательный.
Это значит, что вещество может быть выделено только на ртутном катоде. Изучение стопорит неустойчивость амальгамы франция, то есть, его соединения с ртутью .
Дуэт распадается за считанные минуты, стоит лишь отключить ток. Так что, многие химические свойства самого активного из щелочных металлов провозглашены, так сказать, теоретически, исходя из расчетов, а не опытов.
Франций – элемент, склонный образовывать соли . Большинство из них легко растворимы в воде.
Исключениями являются: перхлорат, хлороплатинат, пикраткобальтинитрит. Они слаборастворимы.
В контакт 87-ой металл вступает и с гетерополикислотами. Элемент выделяется вместе с ними из кислых растворов.
Образует франций и галогениды. Так называют соединения галогенов, находящихся в главной подгруппе 7-ой группы таблицы Менделеева, с другими элементами.
Среди галогенидов 87-го металла есть летучие, к примеру, хлорид франция. Возгонка начинается при 225-ти градусах на воздухе и при 110-ти в вакууме.
Гораздо ниже температура плавления франция – всего 27 градусов. Закипает вещество при 667-ми по шкале Цельсия.
Высчитанная плотность металла – 1,9 граммов на кубический сантиметр. При этом, все меняется, когда 87-ой элемент проходит полураспад.
Итогом становится превращение франция в изотоп уже другого металла – радия.
Применение франция
Пока, франций интересен науке лишь с теоретической точки зрения. Вещество радиоактивное, быстро распадается, поэтому, работать с ним трудно.
К тому же, франций невозможно получить в больших количествах, а главное, найти в природе. Именно поэтому не увенчались успехом изыскания, связанные с минералами.
Именно поэтому Маргарита Перей обнаружила франций в препаратах актиния, полученных искусственным путем.
В общем, вещество не только опасно, но и дефицитно, поэтому промышленники стараются не прибегать к его «услугам».
В 20-ом веке химический элемент франций, точнее, его хлорид использовали для обнаружения раковых опухолей и их лечения.
У мутировавших клеток непроницаемые мембраны. Кислород не проникает. Внутри начинается брожение глюкозы. Отсюда выплеск энергии, позволяющий опухоли бесконтрольно разрастаться.
У хлорида франция есть свойство проникать сквозь мембраны раковых клеток. Щелочная среда металла приводит Ph в норму, блокирует брожение глюкозы.
Звучит стройно. Но, на это способен и хлорид цезия. Поэтому, медики прекратили тратить дефицитный франций, хоть его эффективность немногим выше.
Добыча франция
Маргарита Перей, когда-то, обнаружила изотоп франция с периодом полураспада в 21-у минуту.
Самый устойчивый изотоп элемента ушел не далеко. Его период полураспада – 22,5 минут.
Такой изотоп можно найти в природных ветвях радиоактивного ряда 235-го урана.
Подобный ряд есть и у тория. Но, в нем находят 224-ый франций с периодом полураспада всего в 3 минуты.
Получается, в земной коре франций, все же, есть. Только вот, количество его столь мало, что запасами это считать не приходиться.
Получают франций, как и в 1940-е, из актиния. Выделить чистый металл не выходит. Из актиния получают только соединения 87-го элемента.
Характеристика франция позволяет отсоединить его ионообменным способом. Разделение проводят на колонке со смолой «Дауэкс-50».
Чистота добытого франция равна 95%. Учитывая, что период полураспада самого «живучего» изотопа составляет 22 минуты, уже через 11 из них количество металла уменьшается вдвое.
Поскольку франций близок по свойствам с цезием, он сокристаллизуется с его соединениями. У цезия есть ряд нерастворимых солей .
Франций добывают путем соосаждения с ними. Чаще всего берут перхлорат или кремневольфрамат цезия.
Осаждение из растворов проводят в специальных лабораториях, рассчитанных для работы с радиоактивными веществами.
Цена франция
В случае с металлами цену принято устанавливать за грамм. Но, франций – исключение.
Поэтому, стоимость франция столь высока, что не объявляется, да, и нужды в этом нет. Как уже говорилось, практическое применение у вещества отсутствует.
Его используют для научных, лабораторных опытов. Но, необходимые микрограммы франция ученые могут добыть сами.
Нет нужды закупать реагент. Поэтому, цена металла столь же теоретическая, как и многие его свойства. Одно из них – стремление растворить самого себя.
Настолько франций радиоактивен и химически подвижен. Возможно, именно поэтому вещества так мало… Не растворил ли 87-ой элемент уже большую часть своих запасов?
Анализируя их, стоит учесть, что франций – самый тяжелый из щелочных металлов. Для образности, представим вату.
Чтобы набрать 30 граммов, нужны большие объемы. Чтобы запастись аналогичным количеством 87-го вещества, хватит крупиц.
Источник: tvoi-uvelirr.ru
Франций: факты и фактики
Кто придумал франций? Это сделал Д.И. Менделеев, который предположил, что в группе щелочных металлов явно не хватает более тяжелого, чем цезий, элемента — экацезия. Окись такого элемента, по его мнению, должна быть самым энергичным основанием.
Весь земной экацезий из-за высокой реакционной способности должен встречаться в виде солей, причем их растворимость — самая большая изо всех солей щелочных металлов. По этой наводке 87-й элемент и стали искать там, где много щелочных элементов — в соленой воде океана или в золе от сжигания растений. Безуспешно.
Видимо, последний опыт такого рода предпринял химик из бирмингемской Муниципальной технической школы Джон Ньютон Френд — в июле 1925 года он съездил в недавно освобожденную от турок Палестину и взял пробы воды Мертвого моря в месте, подальше от устья Иордана. Предполагая, что растворимость хлорида экацезия выше, чем у хлорида калия, он методом перекристаллизации очистил воду от всех других хлоридов.
А затем из полученного концентрата осадил кристаллы хлорплатината калия — из химических соображений следует, что в нем-то и должна быть соль экацезия. Увы, ни измерения плотности, ни данные оптики или рентгена нового элемента не выявили.
Так появилась гипотеза, что этот элемент — радиоактивный и недолгоживущий, благо окружающие его в таблице Менделеева радий и радон к тому времени были известны («Nature», 1926, 117, 789—790). Тогда же аналогичную идею высказал и профессор Д.К. Добросердов, читавший в это время курс неорганической химии в Одесском техникуме технологии зерна и муки.
Подобные соображения заставили ведущих радиохимиков, например Отто Гана, включиться в охоту за элементом-87 – они искали следы его активности в рядах радиоактивного распада актиния, но безуспешно. Было и несколько ложных находок – по рентгеновским спектрам экацезий под названием алкалиний, виргиний и молдаваний находили в некоторых минералах, но потом доказательства открытия куда-то исчезали. В общем, убедить научное сообщество не удавалось вплоть до 1938 года.
Как открыли франций? Это сделала благодаря тщательному выполнению химической методики Маргарита Пере, ученица Марии Склодовской–Кюри. Поступив в 1929-м в парижский Радиевый институт, она занималась извлечением и очисткой актиния. Эта-то работа и увенчалась успехом.
Еще в 1914 году австрийские радиохимики Стефан Майер, Виктор Гесс и Фридрих Панет заметили альфа-частицы, образующиеся, предположительно, при распаде актиния-227. Дочерним продуктом, в этом случае, должен быть франций-223, однако доказательства тогда собрать не удалось. Маргарет Пере повторила их опыт.
Для того, чтобы доказать — частицы летят именно при распаде актиния, а не протактиния, нужно было тщательно очистить его от всех примесей и продуктов распада. Она сумела высадить из раствора основные из них — торий, радий. А затем — и сам актиний. Оставшийся раствор давал заметное бета-излучение с периодом полураспада 22 минуты.
Источником мог быть только щелочной металл, в чем Пере убедилась, высадив излучающие атомы перхлоратом аммония. Получившиеся кристаллы давали ту же бета-активность. Это было доказательство – актиний при альфа-распаде порождает щелочной бета-излучатель; он не может быть ничем, кроме франция-223 (подробности см. в «Химии и жизни» 1974 №11).
Спустя десять лет элементу, открытому Маргаритой Пере, дали название франций, Fr. Он оказался последним элементом, открытым на Земле так, сказать, естественным путем. Последующие открытия были уже связаны с ускорительными экспериментами.
Как можно получить чистый франций? Есть несколько способов. Пере с коллегами выделяла его с помощью бумажной хроматографии из раствора, содержащего актиний, — франций легко двигается с фронтом раствора и откладывается уже в самом конце бумажной ленты. Затем, когда франций стали получать в ускорителях, придумали химические методы его выделения из облученных мишеней.
Такое выделение занимает десятки минут; то есть, значительная часть франция ко времени извлечения успевает распасться. Эту работу делали, как видно, из научного любопытства — чтобы установить оптические и физико-химические свойства элемента и заполнить данными белую ячейку в периодической таблице: в 60—70-е годы никто всерьез и не предполагал, что франций можно как-то использовать.
Однако способов его получения на ускорителе придумали несколько. Начиналось все с бомбардировки урана и тория ядрами водорода. Так, начиная с 1948 года франций-212, 218, 219 и 220 зафиксировали при распаде продуктов обстрела ториевой мишени дейтронами на синхротроне в Беркли. В Дубне, обстреливая уран протонами, получали долгоживущий — 19,3 минуты — франций-212.
Производительность была такой: за 15 минут облучения в одном грамме урана получалось 5⋅10 — 13 грамма франция. Затем пошли обстрелы более тяжелыми ядрами. В 1967 году франций-214 нашли в продуктах распада актиния, который вырабатывали бомбардировкой мишени из висмута ядрами углерода на ускорителе в Дубне.
С конца 60-х годов на Линейном ускорителе тяжелых ионов (HILAC) в Беркли бомбардировкой свинца и таллия ядрами азота и неона выявили франций-215 и 216, обстрелом золота, свинца, таллия кислородом, бором, углеродом получили франций-204—211, 213. Стреляя протонами по мишени из жидкого олова, в 1969 году на синхротроне в ЦЕРНе получили тяжелые, то есть богатые нейтронами, изотопы франция — 224,225 и 226, в 1975 году там же добыли франций-229, бомбардируя протонами мишень из урана с лантаном.
Самый тяжелый франций-233 сделали в 2010 году на дармштадском синхротроне иным способом — бомбардируя легкую мишень из бериллия тяжелыми ионами урана. Самый легкий франций-199 — в 1999 году в Японии на циклотроне RIKEN: там обстреливали мишень из тулия ядрами аргона. Как видно из этого перечня, исследователи проявили изрядное остроумие и изворотливость в постановке своих опытов, ведь помимо бомбардировки нужно было еще разделить продукты ядерных реакций и достаточно надежно их идентифицировать, чтобы в это поверили коллеги. Однако, для чего нужна вся эта грандиозная работа?
Зачем нужен франций? Практический смысл грандиозной работы по бомбардировке мишеней ускоренными ядрами и скрупулезной фиксации продуктов ядерных реакций и дочерних атомов их распада применительно к францию выяснился в конце XX века. Тогда фактически закончился важный, длившийся век, этап развития физики — была практически завершена Стандартная модель элементарных частиц.
Результатом же стали мечты исследователей о некоей Новой физике, за пределами этой модели. Причина таких мечтаний очевидна: закончив создание шедевра — а Стандартная модель один из шедевров современной науки — человек-творец начинает задумываться о дальнейшей работе, а ее-то наличие законченного шедевра как раз и не предполагает.
И что же, весь накопленный опыт, все эти огромные установки, совершенствуемые десятилетиями, теперь становятся не нужны? Никакой исследователь никогда не смириться с этой мыслью. А чтобы строить новую физику, нужно найти эффекты, не вписывающиеся в Стандартную модель. Таких эффектов предположено несколько, а к францию имеет отношение так называемое нарушение четности.
Оно возникает, в частности, когда во внутриатомные события, определяемые кулоновским взаимодействием, вмешиваются силы слабого взаимодействия. Обычно подобные опыты — достояние физики высоких энергий, оперирующей пучками ускоренных частиц.
Однако, как оказалось, можно изучать такое вмешательство при вполне нормальных условиях, а именно рассматривая аномалии флуоресценции или поглощения света тяжелыми атомами. Электродинамика некоторые переходы электрона в атоме запрещает, то есть, свет соответствующей длины волны получить нельзя, а нарушение четности их иногда разрешает. Поймав такой запрещенный фотон, а он рождается в одном случае на квадриллион, физик подпрыгнет до небес, а опустившись на землю, напишет статью, которая может принести ему Нобелевскую премию. Именно на атомах щелочных металлов ставить такие опыты очень удобно: у них один валентный электрон над полностью заполненными электронными оболочками. Такой атом легко рассчитывать, а затем сравнивать результаты расчета и измерений.
Эффекты от слабого взаимодействия возрастают как заряд ядра в кубе. Поэтому чем тяжелее щелочной металл, тем проще измерения — много экспериментов было поставлено на самом тяжелом стабильном щелочном металле, цезии. И они дали неплохой результат. Так, экспериментально измеренный слабый заряд ядра оказался очень близок к теоретически рассчитанному по Стандартной модели.
Это сразу же наложило определенные ограничения на некоторые возможности новой физики. Однако нет предела совершенству — и, закончив опыты на цезии, физики задумались о самом тяжелом щелочном металле — франции: у него измеряемые эффекты должны быть в десятки раз сильнее. Однако для проведения измерений требуется собрать в одном месте не считанные атомы этого элемента, а тысячи и даже миллионы. Так в конце 90-х годов возник запрос на массовое производство атомов франция — исследователи стали проектировать фабрики этого элемента.
Как устроена фабрика франция? Массовое производство этого элемента прежде всего связано с обстрелом мишени из золота-197 ядрами кислорода-18. В этом случае сразу возникают атомы франция-215, а не его предшественники в цепочке радиоактивных распадов.
Однако они слишком горячи; избавляются от лишней энергии, выбрасывая нейтроны — таким способом нельзя получить тяжелые изотопы, только легкие, нейтрондефицитные. Изменяя энергию атомов ядер кислорода, можно добиться преимущественного синтеза определенных изотопов франция — 208—211, причем франций-210 и 211 весьма долгоживущие, с периодом полураспада 3 минуты, с такими изотопами уже можно работать.
Если использовать платиновую мишень, то получится франций-212 с периодом полураспада 19,5 минуты. Увы, с платиной работать труднее, чем с золотом. Во-первых, золото — моноизотопно, а платина — нет, а во-вторых, у платины высокая температура плавления. Это важно: для легкого отделения франция от мишени, последнюю надо чуть ли не расплавить.
Поскольку золото — инертный металл, франций не образует с ним химических соединений и его ионы легко отделяются от горячей золотой пластинки. Далее из них формируют пучок и направляют в ловушку. Там находится фольга из иттрия. Попавшие на нее ионы франция, во-первых, теряют скорость, то есть охлаждаются, а во-вторых, приобретают электрон и становятся нейтральным атомами.
Время от времени иттриевую фольгу нагревают, и накопившиеся в ней атомы франция освобождаются. Франциевый пар заполняет ловушку и попадает по лучим шести лазеров: они создают оптическую патоку. В ней атомы охлаждаются до миллионных долей кельвина и собираются в облачко посередине ловушки. Дополнительно этому способствует магнитное поле. Теперь с облачком можно проводить эксперименты.
Первыми золото—кислородную фабрику франция запустили 27 сентября 1995 года исследователи из группы франциевой спектроскопии университета Стони-Брук . Вот как описывает это событие главный идеолог франциевого проекта Луис Ороцко: «Было уже за полночь, когда я закончил отчет, который надо было сдавать утром. Мы расположились в комнате управления ускорителем, далеко от места расположения ловушки.
Там у нас были телемониторы и компьютеры для наблюдения за сигналом. Я не смотрел на мониторы, а читал свой отчет и время от времени разглядывал лица коллег. Я заметил, что их выражение стало меняться, и подумал — что-то пошло не так. Но нет, на экранах был сигнал, который становился все ярче и ярче по мере того, как мы подстраивали частоту лазеров.
Он шел именно оттуда, откуда мы ожидали, и был в сотни раз сильнее, чем рассчитывали! Мы восприняли сигнал с сомнением и провели опыт еще раз. Спустя несколько часов мы начали праздновать и долго не могли остановиться». В ловушке тогда оказалось 3 тысячи атомов франция. Спустя семь лет их уже удавалось собирать по 50 тысяч штук, а рекорд составил 200 тысяч.
Однако для проведения экспериментов этого мало, необходимо наполнять ловушку пучком франциевых атомов интенсивностью миллион штук в секунду.
Где сейчас строят фабрики франция? Наиболее близка к завершению установка, для которой Ороцко и его коллегам удалось в 2008 году найти финансирование в американском Национальном научном фонде. Площадкой для размещения выбрали ускорительный комплекс TRIUMF в канадском Ванкувере.
Поскольку это был все-таки чужой ускоритель со своими традициями, пришлось отказаться от отлаженной золото—кислородной методики: в Ванкувере разогнанный пучок протонов бьет по мишени из карбида урана. В результате получается много изотопов, в частности, под миллиард ионов франция, которые попадают в ловушку.
Конечно, с ними могут лететь и другие осколки ядерной реакции, но лазеры настроены именно на франций, остальные же благополучно покидают ловушку. Иттриевую фольгу приспособили служить еще и дверцей: каждые двадцать секунд она поворачивается, закрывая ловушку — выпуская туда накопившиеся атомы и не позволяя им вылететь наружу, пока они не запутаются в оптической патоке.
После охлаждения облачко атомов бережно перемещают во вторую ловушку, в которой идет их накопление и где будут измерять спектры. В сентябре 2012 года установка была собрана. Исследователям выделили двадцать часов работы ускорителя для ее проверки. Им удалось собрать в ловушке четверть миллиона атомов франция, что было сочтено успехом.
Летом 2015 года они докладывали о выполнении следующего этапа – в исследовательскую ловушку удалось успешно переместить 40% накопленных в рабочей ловушке атомов франция, причем они сохранялись там в течение примерно 20 секунд. Авторы экспериментам этим удовлетворились — для них очевидно, что задача собрать в ловушке миллион атомов франция вполне решаема, и теперь ждут нового выделения времени ускорителя для проведения экспериментов. Главный из них — поиск свечения от запретный переходов электронов между внешними s-орбиталями атома франция.
Схожую установку в 2013 году пытались построить японские физики в университете Тохоку, однако сообщений об успехе не поступало. Зато итальянцы из Национальной лаборатории в Линьяно с 2014 года строят фабрику для синтеза франция на золотой подложке и уже проводят спектроскопические исследования.
Источник: hij.ru