2026-ban a dubnai Egyesített Atommagkutató Intézet megkezdte a 119-es rendszámú elem keresését. A terv szerint berkéliumból készült céltárgyat bombáznak titánionok nyalábjával, az első eredményeket pedig szeptember–októberre várták. Siker esetén 2016 óta először bővülhet a periódusos rendszer.

Az új elem előállítása egyszerűen megfogalmazható feladat, valójában azonban számos alapvető kérdést vet fel. Az atom általános felépítését jól ismerjük: az elektronhéjak által körülvett atommag protonokból és neutronokból áll, sőt azt is tudjuk, miből épülnek fel ezek a részecskék. Arról viszont nincs teljes képünk, hogyan szerveződik egésszé maga az atommag. Folyadékcsepphez hasonlít? Protonok és neutronok egyszerű halmaza, vagy valamilyen belső szerkezete is van?

A szupernehéz elemek szintézise részben ezekre a kérdésekre keresi a választ. A végső cél az anyag mélyebb szerkezetének megértése. Azért éppen napjainkban jutottak el idáig a kutatók, mert korábban nem álltak rendelkezésre ehhez elegendően nagy teljesítményű gyorsítók.

## 118 elem és egy nyitott kérdés

A periódusos rendszer jelenleg 118 elemet tartalmaz. A legutóbb felvett elem az oganeszon, amelyet 2002-ben állítottak elő először Dubnában, az amerikai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium kutatóival együttműködve. Hivatalos nevét 2016. november 28-án kapta Jurij Oganeszjan akadémikusról, aki Dubnában dolgozik.

A nagy kérdés az, létezhetnek-e 118-nál több protont tartalmazó atommagok, és ha igen, lehetnek-e akár csak valamennyire stabilak. Az sem egyértelmű, hová kerülnének a rendszerben.

A periódusos rendszer a periódusos törvényt jeleníti meg: az elemek tulajdonságai szabályosan változnak, ahogy balról jobbra és fentről lefelé haladunk benne. Egyelőre azonban nem tudni, hogy az újabb, még nehezebb elemek is követik-e ezt a szabályszerűséget.

## Hogyan születik egy új elem?

A kísérlethez nagy teljesítményű részecskegyorsító kell. Míg a korai gyorsítókban kisebb részecskéket, például protonokat és elektronokat gyorsítottak, a szupernehéz elemek előállításához egész nehéz atomokat kell rendkívül nagy sebességre felgyorsítani.

Az ionnyalábot egy külön erre a célra készített, szintén nehéz atomokból álló céltárgyra irányítják. Nem elég azonban, hogy az atomok találkozzanak: parányi magjaiknak kell összeütközniük. Az így létrejövő új atommagnak ráadásul nem szabad azonnal szétesnie. Ha legalább valameddig fennmarad, új kémiai elem jöhet létre.

Ennek rendkívül kicsi az esélye. Oganeszonból az összes kísérlet során mindössze néhány atomot sikerült előállítani, kevesebbet, mint ahány ujj van egy kézen. A 114-es és 115-ös elem esetében nagyobb volt a hozam. Az eredmény attól függ, melyik elemet és milyen módszerrel próbálják létrehozni: milyen atomokat gyorsítanak fel, és milyen céltárgyba ütköztetik őket.

De miként lehet felismerni egy olyan elemet, amelyből csak néhány atom keletkezik, és azok is csupán a másodperc töredékéig élnek? A választ a radioaktív bomlás adja. Az instabil atomok alfa- és béta-részecskéket, illetve gammakvantumokat bocsátanak ki, amelyek energiája pontosan meghatározott.

Ha a bomlás során ismert energiájú részecskék jelennek meg, akkor már ismert atommagok keletkeztek. A korábban nem mért energiák viszont új jelenségre utalhatnak. Az új mag elbomlik, majd a belőle létrejövő mag is tovább bomolhat, így egész bomlási sor alakul ki. A detektorok minden kibocsátott részecskét rögzítenek, a szakemberek pedig energiájuk alapján rekonstruálják a láncolatot, és eldöntik, szerepel-e benne új elem.

## Ki mondja ki, hogy megtörtént a felfedezés?

A kutatók először tanulmányban közlik eredményeiket és bizonyítékaikat. Mivel alapvető jelentőségű felfedezésről van szó, más laboratóriumok is megpróbálják megismételni a kísérletet. Erre csak néhány központ képes a világon: Oroszországban, az Egyesült Államokban, Japánban és Kínában.

Ha az eredményt megerősítik, a felfedezést hivatalosan elismerik, az elsőként sikerrel járó kutatók pedig jogot kapnak az elem elnevezésére. A végső döntést a kémikusok és fizikusok nemzetközi szervezete, az IUPAC és az IUPAP közös munkacsoportja hozza meg.

Dubna a szupernehéz elemek kutatásának egyik legfontosabb központja: itt állították elő először a 114-estől a 118-asig valamennyi elemet. Magáról a városról kapta nevét a 105-ös rendszámú dubnium. A fleróviumot Georgij Fljorovról, a Magreakciók Laboratóriumának alapítójáról, a moszkóviumot pedig a Moszkvai területről nevezték el.

A 119-es és 120-as elem szintézisével Dubnában, az Egyesült Államokban, Kínában és Japánban is próbálkoznak. Valódi verseny folyik azért, hogy ki ér célba elsőként, és ki nevezheti el az új elemet. A forrás szerint a következő egy évben hírt kaphatunk új elemek előállításáról.

## A stabilitás szigete

A kutatási verseny megértéséhez a radioaktivitást is figyelembe kell venni. A könnyű és közepes elemeknek vannak stabil izotópjaik, bár mindegyiknek léteznek radioaktív változatai is. A legnehezebb elemeknek viszont nincs stabil izotópjuk.

A periódusos rendszerben előrehaladva az atommagok általában egyre gyorsabban bomlanak, vagyis csökken a stabilitásuk és az élettartamuk. Egy időben azt is feltételezték, hogy a 100-as rendszám felett már egyáltalán nem létezhetnek atomok: a mag létrejötte után azonnal szétesik. Később kiderült, hogy ez nem így van.

Sőt egy ponton az atommagok élettartama ismét növekedni kezd. Mintha a radioaktivitás mélypontja után egy olyan szigetre jutnánk, ahol a magok ugyan továbbra is radioaktívak, de jóval tovább fennmaradhatnak. Ezt nevezik a stabilitás szigetének, amelynek létezését már az 1960-as években megjósolták az elméleti fizikusok.

Ehhez az atommagnak jelentős neutrontöbbletre van szüksége. Az elem rendszámát a protonok száma határozza meg, a neutronok száma pedig az atommag stabilitását befolyásolja. Minél több neutron kerül a magba, annál stabilabb lehet. A számítások szerint a 114–116 körüli elemek neutronban különösen gazdag változatai nem csupán másodperctöredékekig, hanem percekig, órákig, napokig, esetleg évekig is élhetnének. Ezekkel már kémiai kísérleteket is lehetne végezni, szemben a mikroszekundumok alatt széteső atomokkal.

## Miért egyre nehezebb továbblépni?

Minden újabb elem szintéziséhez nagyobb teljesítményű gyorsítók és egyre nehezebb atomok szükségesek. A létrejövő magot neutrontöbblettel kell ellátni, hogy elég sokáig fennmaradjon a kimutatáshoz. Az ehhez szükséges izotópok gyakran maguk is radioaktívak. Vagyis mind a felgyorsítandó anyagnak, mind a céltárgynak ritka, nehéz, radioaktív és neutronban gazdag izotópokból kell állnia.

Van egy további nehézség is: a 119-es, 120-as és 121-es elem már a stabilitás szigetén túl helyezkedik el. Ha a kutatók magát a szigetet akarják elérni, nem feltétlenül új elemeket kell létrehozniuk, hanem a már ismert 110–115-ös elemek neutronban gazdagabb izotópjait.

Senki sem tudja, összesen hány elem létezhet. Nincs olyan elmélet, amely alapvető törvényből levezetné, hogy például a 200-as elem még előállítható, utána viszont már semmi. Annyi biztos, hogy az emberiség eddig 118 elemet hozott létre vagy azonosított a rendszerben. Elméletileg ennél nehezebb atommagok is előállíthatók, de a határ ismeretlen.

Ehhez mélyebben meg kell érteni az atommag szerkezetét és a mikrovilág törvényeit, különösen azt, miként hat egymásra nagyon sok proton és neutron egyetlen magban.

A legismertebb modell folyadékcseppként írja le az atommagot. Eszerint egy bizonyos rendszám felett – legyen az 150 vagy 200 – a pozitív töltésű protonok közötti taszítás erősebbé válhat, mint az atommag részecskéit összetartó vonzás. Az ilyen magok ezért szétesnének.

## Érvényes marad-e a periódusos törvény?

Az új elemek kémiai tulajdonságait szinte lehetetlen közvetlenül megvizsgálni. Mivel a másodperc töredékéig élnek, kémiai kísérletre nincs idő, ezért többnyire elméleti számításokra kell hagyatkozni.

Az oganeszon a periódusos rendszerben elfoglalt helye alapján nemesgáz. Egy 2020-as számítás szerint azonban szobahőmérsékleten szilárd anyagnak kellene lennie, olvadáspontja pedig körülbelül 52 fok lehet. Ez elsősorban fizikai tulajdonság. Kémiáját azért különösen nehéz kutatni, mert atomjai ezredmásodpercnél rövidebb idő alatt szétesnek, és összesen is csak néhányat sikerült létrehozni.

## Át kell rajzolni a periódusos rendszert

Új elemek felfedezése esetén mindenképpen módosítani kell majd a megszokott táblázatot. A lantanoidákat és aktinoidákat tartalmazó alsó sorokat lejjebb kell tolni, hogy helyet kapjon a nyolcadik periódus. A 119-es elem várhatóan az alkálifémek, a 120-as pedig az alkáliföldfémek alá kerülne.

A 121-es elem helye már bizonytalanabb. Vajon a lantanoidákhoz és aktinoidákhoz hasonlóan külön, egy újabb alsó sorba kerülne, vagy az átmenetifémek alá? Ha az utóbbi megoldás bizonyulna helyesnek, ugyanez a kérdés a 122-es elemnél is felmerülne. Helyüket végül a jövőbeli felfedezések határozhatják meg.

A szupernehéz elemeknek belátható időn belül valószínűleg nem lesz gyakorlati felhasználásuk. Előállításuk rendkívül költséges, sok szakember és több intézet összehangolt munkáját igényli.

A szintézishez kapcsolódó részfeladatok megoldásai azonban később hatással lehetnek az életünkre. Az új anyagok, valamint az előállításukhoz kifejlesztett technológiák más termékek gyártásában is felhasználhatók lehetnek.

Van tehát vége a periódusos rendszernek? A rövid válasz: ezt egyelőre senki sem tudja.