Einstein i ferm

Po syntezie kalifornu naukowcy z Berkeley zaczęli się zastanawiać na ile możliwe jest otrzymanie cięższych pierwiastków transuranowych biorąc pod uwagę koniecznością dysponowania odpowiednimi ilościami berkelu lub kalifornu, które należało poddać bombardowaniu cząstkami alfa dla uzyskania pierwiastków o liczbach atomowych 99 i 100. Główny problem stanowił krótki czas połowicznego rozpadu znanych wtedy izotopów tych pierwiastków liczony w godzinach i minutach. Wyjściem z sytuacji byłoby zastosowanie odpowiednio silnej dawki neutronów w krótkim czasie, czyli wytworzenie strumienia neutronów o bardzo dużej intensywności, ale to rozwiązanie jak na razie było poza zasięgiem badaczy. Jądro uranu lub plutonu pochłaniając dużą dawkę neutronów w krótkim czasie przekształca się w ciężkie izotopy pierwiastka, a nadmiar neutronów w jądrze jest zmienia się, w wyniku emisji beta, w protony. Ostatecznie w wyniku szeregu przemian beta powstaną jądra pierwiastków 99 i 100. Obliczenia przeprowadzone przez naukowców pokazały, że strumień neutronów w reaktorach jest zbyt słaby aby taki proces mógł przebiegać.

1 listopada 1952 roku przeprowadzono analizy opadu promieniotwórczego po teście bomby wodorowej na atolu Enewetak leżącym na Pacyfiku. Pierwsze wyniki wskazały na powstanie izotopu plutonu-244, który powstał w wyniku pochłonięcia sześciu neutronów przez jądro uranu-238 i następujących potem dwóch procesach emisji beta. Analizy filtrów papierowych, przeciąganych przez chmurę powstałą w wyniku detonacji bomby przeprowadzali badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego pod kierownictwem Alberta Ghiorso we współpracy z naukowcami z Los Alamos. Potem większe próbki opadu radioaktywnego zostały zebrane na atolu ze szczątków koralowców. Zastosowanie chromatografii jonowymiennej pozwoliło wyizolować próbkę około 200 atomów pierwiastka o liczbie atomowe 99, który został nazwany einsteinem. Izotop einsteinu-253 został znaleziony w badanych próbkach w oparciu o charakterystyczną energię promieniowania alfa jakie emituje. Powstaje on w wyniku absorpcji przez uran-238 piętnastu neutronów i następujące po tym siedem procesów emisji promieniowania beta. Okres półrozpadu tego izotopu wynosi 20,5 dnia.

Proces absorpcji tak znacznej ilości neutronów był możliwy, gdyż w wyniku eksplozji termojądrowej powstaje strumień neutronów o bardzo dużym natężeniu. Absorbujące neutrony jądra uranu nie zdążą ulec rozpadowi zamiast tego ulegając przemianom jądrowym. W badanych próbkach znaleziono kolejny pierwiastek o liczbie atomowej 100, któremu nadano nazwę ferm od nazwiska uczonego Enrico Fermiego. Powstanie fermu wymagało absorpcji przez jądro uranu-238 siedemnastu neutronów. W wyniku rozpadu promieniotwórczego ferm tworzy izotop einsteinu. Okres półtrwania fermu określono na około 1 dnia. Obydwa pierwiastki zostały otrzymane w Berkeley w wyniku bombardowania neutronami plutonu-239, a wyniki tych eksperymentów opublikowano w roku 1954.