Do sukcesu przyczyniły się krzemowe detektory z Instytutu Technologii Elektronowej w Warszawie

W Instytucie Badań Ciężkich Jonów(GSI Helmho ltzzentrum fur Schwerionenforschung GmbH) w Darmstadt zdobyto dowody potwierdzające istnienie pierwiastka o liczbie atomowej 117. Osiągnięcie, opisane w prestiżowym czasopiśmie naukowym Physical Review Letters, to wynik pracy zespołu 72 fizyków, chemików i inżynierów z 11 państw świata, w tym z Polski. Obserwacja cząstek jądrowych świadczących o obecności atomów nowego pierwiastka była możliwa dzięki użyciu dedykowanych krzemowych detektorów paskowych, opracowanych i wykonanych przez Instytut Technologii Elektronowej (ITE) w Warszawie. Pierwsze informacje o wytworzeniu i zaobserwowaniu pierwiastka 117 pojawiły się w 2010 roku jako efekt międzynarodowego eksperymentu zrealizowanego w rosyjskim Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej.

Zgodnie z powszechnie przyjętą praktyką naukową, doniesienia te wymagały niezależnego potwierdzenia. Udało się je uzyskać dopiero teraz. Ze względu na krótki czas życia, pierwiastek 117 nie występuje w naturze i musi być wytwarzany sztucznie. Kluczową rolę w jego produkcji odgrywa tarcza wykonana z wysokiej czystości izotopu berkelu Bk249. Ten radioaktywny metal ma okres połowicznego rozpadu wynoszący zaledwie330 dni. Materiał na tarczę dostarczyło słynne amerykańskie laboratorium Oak Ridge National Laboratory (ORNL), które przez półtora roku wyprodukowało 13 mg berkelu. W ośrodku w Darmstadt wykonaną z berkelu tarczę ostrzeliwano ciężkimi jonami wapnia. Z ogromnych kaskad powstających cząstek jądrowych wyłapywano następnie pojedyncze atomy pierwiastka 117 i obserwowano produkty ich rozpadu. Istotne znaczenie dla powodzenia tego eksperymentu naukowego miały parametry użytych detektorów cząstek. Krzemowe detektory naładowanych cząstek, opracowane i wytworzone w Instytucie Technologii Elektronowej we współpracy z Institut fur Radioche mie z Technische Universitat Munchen oraz GSI Helmholtzzentrum fur Schwe rionenforschung GmbH, zostały specjalnie zaprojektowane do bloku detektora płaszczyzny ogniskowej FPDB (Focal Piane Detector Box) separatora TASCA (TransActinide Separator and Chemi stry Apparatus). FPDB tworzą trzy różne konfiguracje detektorów wykonanych w ITE: główny detektor (tzw. stop detektor), detektory rejestrujące cząstki odbite od głównego detektora oraz kolejny detektor rejestrujący lekkie jony, które przedostały się przez główny detektor. W bloku FPDB atomy pierwiastka 117 w rozpadach alfa przekształcały się w lżejsze pierwiastki o liczbach atomowych od 103 do 115, wśród których wykryto m.in. nowy izotop Lr266 lorensa, pierwiastka o liczbie atomowej 103. Dokładna rejestracja powstających cząstek alfa umożliwiła rekonstrukcję łańcuchów rozpadu i identyfikację ich źródła. Okazały się nim atomy pierwiastka 117.„Dzięki doskonałej współpracy z kolegami z Niemiec, zwłaszcza z dr. hab. Alexandrem Yakushevem z GSI, opracowaliśmy zestaw detektorów o optymalnych parametrach dla badań nad transaktynowcami. Warto dodać, że zestaw dla separatora TASCA został uznany za Stateofthe Art Stop Detector Array” podkreśla mgr inż. Maciej Węgrzecki, główny twórca detektorów, kierownik zespołu zajmującego się detektorami krzemowymi w ITE. Warszawskie przyrządy półprzewodnikowe do detekcji cząstek alfa, beta oraz protonów są całkowicie autorskim rozwiązaniem naukowców i inżynierów z ITE, chronionym patentami. Przyrządy te zyskały uznanie na całym świecie. Stosowane są w najważniejszych światowych ośrodkach badań nad transaktynowcami. Pomogły m.in. w odkryciu ciężkich jąder atomowych, w tym izotopu 283 pierwiastka 112(copernicium, Cn) w Dubnej oraz izotopów270, 271 i 277 pierwiastka 108 (has, Hs)w Darmstadt. W 2009 roku w Darmstadt zarejestrowano dzięki nim rekordową w jednym eksperymencie liczbę trzynastu jąder izotopów 288 i 289 pierwiastka 114(flerovium, FI). Wyniki eksperymentów otrzymanych z użyciem detektorów ITE są przedmiotem kilkunastu licznie cytowanych publikami w renomowanych czasopismach naukowych, m.in.w Naturę.

Badania opisane w tych publikacjach miały wpływ na podjęcie przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej oraz Międzynarodową Unię Fizyki Czystej i Stosowanej decyzji o uznaniu za istniejące i wpisaniu do układu okresowego pierwiastków 112 i 114.W 2012 roku detektory krzemowe z ITE zostały wyróżnione w konkursie „Polski Produkt Przyszłości” a na Międzynarodowych Targach Poznańskich przyznano im Złoty Medal w kategorii „Nauka dla gospodarki”.