על פי מחקרים תאורטיים, דובנים אמור להימצא במחזור השביעי ובקבוצה החמישית בטבלה המחזורית, מתחת לונדיום, ניאוביום וטנטלום. על כן, תכונותיו הכימיות, כגון מספר אלקטרוני הערכיות, וקיום דרגת חמצון דומיננטית ויציבה, צפויות להיות דומות לתכונותיהן של יסודות אלו. מהמחקרים המועטים שנעשו על יסוד זה, נראה כי היסוד מתנהג באופן הרבה יותר דומה לניאוביום מאשר לטנטלום, בניגוד למצופה.
הקדמה.
גרעיני האטום הכבדים נוצרים בתגובות היתוך גרעיניות שמאחות שני גרעינים שונים בעלי גודל שונה זה בזה. ככל שההפרש בין המסות של שני הגרעינים המגיבים גדול יותר כך קיים סיכוי גדול יותר שיעברו היתוך. גרעיני האטום הכבד יותר מבין השתיים הופכים למטרה, ומופצצים באלומת חלקיקים של גרעיני האטום הקל יותר. שני גרעינים יכולים לעבור היתוך גרעיני רק אם הם קרובים מספיק זה אל זה. באופן טבעי, גרעינים (שמטענם הוא חיובי), דוחים זה את זה דחייה אלקטרוסטטית. הכוח החזק יכול להתגבר על דחייה זאת, אך רק כשהגרעינים במרחק זעום זה מזה. לכן אלומת הגרעינים מואצת למהירות של כעשירית ממהירות האור, על מנת ליצור מצב בו הדחייה האלקטרוסטטית היא אפסית ביחס למהירות האלומה, וחלקיקי האלומה יוכלו להתקרב מספיק למטרה. למרות זאת, רוב הגרעינים שייתקרבו זה לזה ישארו ביחד במשך כ formula_1 שניות ואז יפרדו (לא בהכרח באותו הרכב כמו לפני התגובה), במקום לעבור היתוך וליצור גרעין אחד, וככל שהגרעין אותו מנסים לייצר כבד יותר, כך הסיכוי שהגרעינים יעברו היתוך קטן.
אם היתוך אכן מתרחש, המיזוג הזמני הנקרא "גרעין מורכב" נמצא במצב מעורר. בכדי לחזור מהמצב המעורר למצב יציב יותר, הגרעין המורכב עובר ביקוע גרעיני או אחד או יותר נייטרונים. דבר המשחרר את אנרגיית העירור. תהליך זה מתרחש בערך בformula_2 שניות הראשונות שלאחר ההיתוך. האלומה עוברת דרך המטרה ומגיעה לחלק הבא, המפריד. אם גרעין חדש נוצר הוא יסחב עם האלומה אל המפריד. במפריד, הגרעין החדש מופרד משאר הגרעינים (של האלומה המקורית וכל תוצרי הלוואי האחרים) ומועבר לגלאי מוליך למחצה שעוצר את הגרעין, המיקום בו נעצר הגרעין נרשם בגלאי, בנוסף הגלאי גם מסמן את האנרגיה של הגרעין והזמן שלקח לו להגיע אליו. תהליך זה לוקח כ formula_3 שניות, ועל מנת לזהותו, על הגרעין לשרוד לפחות את משך הזמן הזה. בנוסף הגלאי רושם את המיקום הזמן והאנרגיה כשהגרעין מגיע לדעיכה.
יציבות הגרעין תלויה בכוח החזק, למרות זאת, תחומו מאוד קטן, וככל שהגרעין יהיה גדול יותר כך תקטן השפעתו של הכוח על הנוקליאונים בקצוות הגרעין. בנוסף לכך, על הגרעין פועלים כוחות פירוק בעקבות הדחייה האלקטרוסטטית בין הפרוטונים בגרעין, שלעומת הכוח החזק, לדחייה האלקטרוסטטית תחום אינסופי. ולכן הגרעינים של היסודות הכי כבדים יתפרקו בעיקר על ידי סוגי דעיכה שנגרמים מדחייה אלקטרוסטטית: דעיכת אלפא ו. דעיכת האלפא נמדדת על ידי חלקיקי האלפא (הידועים גם כ-&lt;chem&gt;^4He&lt;/chem&gt;) שנפלטו, ואת תוצרי הדעיכה ניתן לזהות בקלות עוד לפני זיהוי הדעיכה עצמה בגלאי. אם דעיכה כזאת או סדרה של דעיכות כאלה נותנת גרעין ידוע, את הגרעין המקורי של התגובה ניתן יהיה לקבוע אריתמטית במדידה עקיפה. דעיכה אקראית לעומת זאת, מייצרת כמה סוגי גרעינים כתוצרים ולכן לא ניתן לקבוע מהם את הגרעין המקורי.
אם כן, המידע היחד המתקבל כאשר מסנתזים את אחד היסודות העל-כבדים הוא המיקום, האנרגיה והזמן של הגעת החלקיק לגלאי ושל דעיכתו. לאחר מכן, כתלות בתוצאות, ניתן להסיק כי זהו אכן יסוד חדש ושהתוצאות לא היו יכולות להיגרם על ידי שום חלקיק ידוע אחר. או, שהמידע שהתקבל אינו מספיק כדי להסיק שזהו אכן יסוד חדש ואין שום הסבר אחר חוץ מלהסיק שהיו שגיאות שהפריעו בתהליך.
גילוי.
רקע.
אורניום, שמספרו האטומי הוא 92, הוא היסוד הכבד ביותר שקיים באופן טבעי בכדור הארץ, ויסודות כבדים ממנו קיימים רק באופן מסונתז. הסינתוז הראשון של יסוד חדש - נפטוניום, שמספרו האטומי הוא 93, התרחש בשנת 1940 על ידי צוות מארצות הברית. במשך השנים הבאות מדענים אמריקאים סינתזו יסודות עד מנדלביום, שמספרו האטומי הוא 101, אותו סינתזו בשמת 1955. והחל מהיסוד ה102, נוצרה תחרות בין האמריקאים לסובייטים במי יגלה ראשון יסודות חדשים ויקבל את הקרדיט.
דיווחים על גילוי.
הדיווח הראשון על גילוי יסוד 105 היה של המכון המאוחד למחקר גרעיני (JINR) הממוקם בדובנה, במחוז מוסקבה, רוסיה, באפריל 1968. המדענים הפציצו גרעיני 268Am באלומת יוני 22Ne, ודיווחו על קרינות אלפא באנרגיות של 9.4MeV (עם formula_4) ו-9.7MeV (עם formula_5), ואחריהן קרינת אלפא שדומה לזו של האיזוטופ 256103 או 257103. בהתבסס על השערות תאורטיות ושתי דעיכות האלפא שבאו לאחר מכן, המדענים שייכו את שתי הדעיכות הראשונות ל-261105 ו-260105 בהתאמה.
התגובה שהתרחשה בניסוי זה היא:
formula_6
מחלוקות על שם היסוד.
המכון המאוחד למחקר גרעיני לא הציעו שם ליסוד אחרי שגילו אותו לראשונה, כמו שהיה נהוג בדרך כלל, מה שהוביל את הצוות מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי להניח שהצוות מהמכון המאוחד לחקר גרעיני לא גילה מספיק מידע בשביל לאשש את תגליתו. לאחר שהמכון המאוחד למחקר גרעיני הצליח לאסוף יותר מידע, הם הציעו את השם נילסבוהריום (Ns) על שם הפיזיקאי גרעיני הדני נילס בוהר, שפיתח את תאוריית מבנה האטום ותורת הקוונטים הישנה. כשהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי גילתה לראשונה את היסוד, הם הציעו שהשם החדש יהיה האניום (Ha), על שם הכימאי הגרמני אוטו האן - "אבי הכימיה הגרעינית". וכך, נוצרה מחלוקת על שם היסוד.
בתחילת שנות השבעים, שתי הקבוצות הכריזו על גילוי היסוד הבט בטבלה, יסוד 106, וגם ביסוד זה שתי הקבוצות לא הציעו שם ליסוד תחילה. המכון המאוחד למחקר גרעיני הציע להקים וועדה בינלאומית שתחליט על הקריטריונים למה נחשב כגילוי של יסוד, ואכן ב 1974 קם צוות משותף ונייטרלי של שתי המעבדות. למרות זאת, שתי הקבוצות לא רצו בכך שצד שלישי יפתור להם את הסכסוך, ולכן המדענים המובילים במעבדה הלאומית לורנס ברקלי - אלברט גיורסו וגלן תיאודור סיבורג נסעו בשנת 1975 לדובנה להיפגש עם המדענים המובילים במכון המאוחד למחקר גרעיני - גאורגי פליורוב ויורי אוגאנסיאן, בכדי לנסות לפתור את הסכסוך ביניהם ולהוכיח שהצוות הנייטרלי שקם מיותר. אך לאחר שעתיים של דיוניום הקבוצות נכשלו להגיע לעמק השווה. בשנת 1979 הציע ה IUPAC שיטה למתן שמות ליסודות בהם ישתמשו עד ששתי הקבוצות יגיעו להחלטה ביניהן על שם רשמי. ויסוד 105 נקרא אננילפנטיום (Unp) (באנגלית: "unnilpentium," בלטינית "un = 1, nil = 0" וביוונית "pent = 5)", למרות זאת, שני הצוותים התעלמו מקביעת שם זה, כיוון שלא רצו להחליש את תביעותיהם על גילוי היסוד.
בשנת 1981, צוות ממרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים (GSI) שבדרמשטאדט, הסן, מערב-גרמניה הכריז על כך שהצליחו לסנתז את יסוד 107, חמש שנים אחרי שהמכון המאוחד למחקר גרעיני הצליח לסנתז את יסוד זה, אך הצוות הגרמני קיבל תוצאות מדויקות יותר, ולכן הטענה שלהם לגילוי הייתה יותר מבוססת ומוצקה. הצוות הגרמני הוכיר תודה לסובייטים על מאמצם בגילוי יסוד זה, על ידי כך שהצוות הגרמני הציע את השם נילסבוהריום (Ns) ליסוד 107. ולמרות זאת, הצוות הסובייטי לא שינה את הצעתו לשם של יסוד 105, בטענה כי זה יותר חשוב לקבוע קודם מי גילה אותו ראשון.
בשנת 1985, ארגון ה-IUPAC וארגון ה-IUPAP הקימו את Transfermium Working Group (TWG) - קבוצה שמטרתה להעריך מי גילה כל יסוד שיש עליו מחלוקת, ולקבוע לו שם רשמי. הקבוצה ערכה מפגשים עם נציגים מכל שלושת המכונים (GSI, JINR, LBNL); בשנת 1990 הם קבעו קריטריונים להכרה בגילוי יסוד, ובשנת 1991 הם סיימו את עבודתם בשיוך הגילויים לכל מעבדה. ממצעם פורסמו בשנת 1993. לפי הדוח, הניסוי המוצלח הראשון לייצור יסוד 105 היה של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי באפריל 1970, ושהמכון המאוחד למחקר גרעיני צלח בניסוי חודשיים לאחר מכן, ביוני 1970, ולכן יש לתת קרדיט לגילוי לשני הצוותים.
המעבדה הלאומית לורנס ברקלי התנגדה לדוח זה בטענה כי הנתונים מהמכון המאוחד למחקר גרעיני הוערכו יתר על המידה בדוח, וכי המכון המאוחד למחקר גרעיני הצליח להראות באופן חד משמעי שהם הצליחו לייצר את יסוד 105 רק כשנה אחריהם. מנגד, המכון המאוחד למחקר גרעיני ומרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים קיבלו את החלטות דוח זה.
בשנת 1994, הציע ה-IUPAC הצעות חדשות לשמות ליסודות עליהן יש מחלוקות, עבור יסוד 105, הציע הארגון את השם ג'ולנתיום (Jl) על שם הפיזיקאי הצרפתי פרדריק ז'וליו-קירי, שתרם רבות לפיתוח הפיזיקה והכימיה הגרעינית. שם זה הוצע במקור על ידי הצוות הסובייטי עבור יסוד 102, שמאז כבר קיבל את השם הרשמי נובליום, שהוצע על ידי האמריקאים. הצעה זו זכתה לביקורות מצד הצוות האמריקאי מכמה סיבות: ראשית, השמות רותרפורדיום והאניום שהציעו כשמות ליסודות 104 ו 105 ניתנו ליסודות 106 ו 108 במקום (בהתאמה). שנית, השמות שניתנו ליסודות 104 ו 105 היו דובניום וג'ולנתיום (בהתאמה) המועדפים על הצוות הסובייטי, אף על פי שנקבע שהצוות האמריקאי היה הראשון לגלות את היסוד. ושלישית, ה-IUPAC סירבו להצעת האמריקאים לשם סיבורגיום ליסוד 106, כיוון שבדיוק הוחלט כי יסוד לא יוכל להיות קרוי על שם אדם חי, אפילו שהוחלט שהצוות האמריקאי הוא המגלה היחיד של יסוד זה.