(cm) Grenzen auszuloten und Rekorde aufzustellen, gehört zum Geschäft der Wissenschaft. Kaum verwunderlich, dass ein regelrechter Wettstreit darin besteht, chemische Elemente mit hoher Ordnungszahl herzustellen. Dabei handelt es sich um Transurane, so genannt, da sie eine höhere Ordnungszahl als Uran mit 92 besitzen. Bis jetzt wetteiferten vor allem russische und US-amerikanische Labors – gelegentlich auch mit nicht ganz sauberen Methoden (1) – um die schwersten Elemente. Jetzt sind auch Schweizer in den Wettkampf involviert. So teilte das Paul Scherrer Institut am Dienstag mit, dass seine Forscher an der Entdeckung der beiden Schwerelemente mit den Ordnungszahlen 113 und 115 im russischen Kernforschungszentrums Dubna beteiligt waren (2)(3).

Schwere Elemente zerfallen über Kaskaden von elektrisch geladenen Helium-Atomen, Alphateilchen genannt. So zerfällt Element 115 unter Aussendung eines Alphateilchens zuerst zu Element 113 und dann über weitere solche Emissionen zu Dubnium mit der Ordnungszahl 105. Solche Zerfallsketten nutzten amerikanische, russische und Schweizer Wissenschaftler, um die bisher nur theoretisch angenommenen und noch namenlosen Elemente 115 und 113 experimentell nachzuweisen. Zur Synthese von Atomen des Elements 115 bombardierten die Forscher eine rotierende Scheibe aus Americium, einem Transuran der Ordnungszahl 95, mit einem Calcium-Strahl. Die dabei selten auftretenden Kernverschmelzungen führten zum neuen Element 115. Da die entsprechenden Atome nur etwa eine Zehntelssekunde existieren, genügte der physikalische Nachweis anhand spezieller Detektoren, der bloss drei Treffer ergab, nicht.

Es war deshalb ein radiochemischer Nachweis nötig, für den das PSI sein Know-how einbringen konnte. Die Schweizer Forscher installierten hinter der rotierenden Americium-Scheibe eine Kupferplatte, welche die herausgeschleuderten Element-115-Atome auffing. Wenn sich darauf nach einer gewissen Zeit Dubnium-Atome (mit einer Halbwertszeit von 32 Stunden) nachweisen liessen, konnten diese nur aus dem Zerfall der schwereren Elemente mit der Ordnungszahl 115 beziehungsweise 113 stammen. Tatsächlich konnten die Forscher insgesamt 15 Dubnium-Atome identifizieren.

„Die Schweizer Wissenschaft konnte eine Premiere feiern – wenn auch im Ausland“, bilanziert Heinz Gäggeler, Forschungsbereichsleiter am PSI und Chemieprofessor an der Universität Bern, der die Schweizer Gruppe leitete. Denn zum ersten Mal ist beim Wettlauf um die ständige Erweiterung des Periodensystems auch die Schweiz vorne dabei.