Izotopy 120. a 124. chemických prvkov majú tendenciu k dlhovekosti • Igor Ivanov • Vedecké správy o "prvkoch" • Fyzika, chémia

Izotopy 120. a 124. chemických prvkov majú tendenciu k dlhovekosti

Obr. 1, Detektor INDRA vo francúzskom laboratóriu urýchľovača GANIL, kde sa získali opísané výsledky. Fotografia z phototheque.in2p3.fr

Francúzski fyzici experimentálne potvrdili predpoklady teoretikov, že niektoré izotopy 120. a 124. elementov majú zvýšenú stabilitu. Pravdepodobne majú tieto prvky izotopy s dlhými životnosťami.

Hľadanie dlhotrvajúcich izotopov superhustých prvkov je jednou z najzaujímavejších častí jadrovej fyziky. Dnes už boli syntetizované mnohé transuranické prvky, ale všetky sa vždy ukázali ako nestabilné. Teoretici už dávno predpovedali, že medzi týmto "morom" nestabilných izotopov môžu existovať "ostrovy stability" – špeciálne skupiny jadier s neobvykle dlhou životnosťou.

Najčastejším argumentom v prospech tohto je predpoveď modelu jadrového plášťa, ktorý dobre fungoval na opis obyčajných jadier. V tomto modeli plne naplnená protónová alebo neutronová obálka dáva jadru špeciálnu stabilitu, dramaticky zvyšuje jeho životnosť. Výpočty založené na modeloch škrupínpredpovedajú také ostrovy stability niekde v regióne od 114. až po 126. prvok (rôzne hodnoty sa získavajú v rôznych modeloch). Je to pre takéto izotopy, ktoré teraz lovia mnohí fyzici.

Záznamom je aj syntéza prvkov 116 a 118 v Spoločnom centre pre jadrový výskum v regióne Dubna v Moskve. Dubna fyzici plánujú objaviť ešte ťažšie prvky, ale treba si uvedomiť, že ich priama syntéza v kolízii ľahších jadier je veľmi náročná úloha. Po prvé, iba jadrá s dostatočným počtom neutrónov môžu byť viac-menej stabilné. Aby bolo možné ich syntetizovať, je potrebné tlačiť ľahké prebytočné neutronové jadrá, ktoré sú vzácne. Po druhé, čím je jadro ťažšie, tým menej sa pravdepodobne narodí, takže v dlhých mesiacoch prevádzky urýchľovača sa zrodí len niekoľko jadier.

Na základe toho experimentálne fyzici hľadajú aj iné, možno nie tak priame, spôsoby, ako overiť predpovede teoretikov. Jedna takáto metóda bola nedávno úspešne testovaná skupinou fyzikov, ktorí pracujú s detektorom INDRA na ťažkom jadrovom akcelerátori GANIL vo francúzskom meste Caen. V časopise sa nedávno objavil článok s výsledkami ich experimentov Physical Review Letters.

Francúzi nezačali prenasledovať po dlho žilých izotopoch superžiarnych jadier, ale rozhodli sa jednoducho zmerať životnosť jadier s "nedostatkom neutrónov", ktoré sa dajú relatívne ľahko získať. Na tento účel vykonali tri série experimentov: ožarovali cieľový nikel s jadrom uránu (jadrá s nábojom Z = 120 vzniknuté pri fúzii týchto jadier) a germániové ciele s jadrom olova a uránu (jadrá s Z = 114 a 124 boli vytvorené).

Výsledné jadrá sú veľmi nestabilné, ale nestabilita nestability je iná a v tomto rozhovore by sa malo pamätať na niektoré čísla. Pri typických jadrových reakciách sa častice pohybujú rýchlosťou rádovo 1/10 rýchlosti svetla a preto prechádzajú vzdialenosťou rovnajúcou sa priemeru ťažkého jadra (tj okolo 10 Fermi alebo 10-14 m), približne 10-21 a. Tentokrát sa dá nazvať typickým jadrovým časom. Ak sa pri zlúčení dvoch jadier vytvorí ťažké jadro, ktoré nemá najmenšiu stabilitu, potom sa v tom čase rozpadne. Ak existuje faktor, ktorý zabráni rozpadu jadra, potom žije oveľa dlhšie ako tento čas.

Francúzom sa podarilo zistiť, ktoré jadrá, ktoré dostali, žijú viac ako 1 sekundu (10-18 c), čo je tisíckrát dlhšie ako typický jadrový čas. To bol dôkaz, že niektoré izotopy sa vyznačujú zvýšenou stabilitou.

Na to autori papiera používali takzvaný tieňový efekt. Myšlienka tejto metódy je nasledujúca (pozri obrázok 2). V kryštále sú atómové jadrá usporiadané pravidelne – pozdĺž kryštalografických rovin (avšak v dôsledku tepelných vibrácií atómov tento poriadok nie je prísny, ale približný). Ak je malý cieľový kryštál ožiarený prúdom ťažkých jadier, potom jadrá projektilu sa spájajú s jadrami cieľa a potom na rovnakom mieste padajú na kusy – fragmenty, ktoré lietajú od seba v rôznych smeroch. Avšak tie fragmenty, ktoré lietajú pozdĺž kryštalografických rovín, nebudú schopné dosiahnuť detektor, pretože ich cesta prechádza cez zvyšok jadra v tejto rovine. Preto v detektore narodených jadier v tomto smere (to znamená, keď je uhol ψ blízko k nule), bude pozorovaný skutočný tieň z kryštalografickej roviny.

Obr. 2, Použitie tieňového efektu na meranie životnosti nestabilných atómových jadier. Vľavo: geometria emisie dcérskych jadier po rozpadu nestabilného jadra. Ak sa rozpad vyskytne priamo na kryštalografickej rovine, potom dcérske jadrá nebudú môcť letieť pozdĺž lietadla, budú absorbované inými jadrami. Ak nestabilné jadro má čas na pohyb, produkty rozkladu môžu tiež ísť pozdĺž kryštalografickej roviny. Vpravo: typická závislosť počtu počtov detektorov od uhla odchýlky od osi kryštálov získaná v detektore. "Zlyhanie" pri malých uhloch vychýlenia je tieň z kryštalografickej roviny, ale tento tieň je čiastočný. Podľa "hĺbky" tieňa je možné určiť približnú životnosť nestabilných jadier. Obr. z príbehu o Josephovi Natovitzovi (Josephovi Natowitzovi) o článku, o ktorom sa diskutuje Phys. Rev. Letí.

Ak jadro má vysokú stabilitu, rozpadá sa nielen okamžite po zlúčení, ale po krátkom čase. Časové oneskorenie rádu jednej atósektóny je dostatočné na to, aby odletelo z kryštalografickej roviny a rozpadlo sa medzi rovinami. Detské jadrá, ktoré sa striktne lietali pozdĺž roviny, už nie sú absorbované a pokojne sa dostanú do detektora.Inými slovami, v tomto smere nie je žiadny tieň.

V reálnej situácii sa vyskytujú jadrá, ktoré narúšajú okamžite a s oneskorením. Preto bude tieň neúplný, ako na obr. 2 vpravo. Ale už samotná skutočnosť pozorovania neúplný tieň naznačuje, že aspoň niektoré jadrá sa oneskorujú o stovky a tisícky krát viac typického jadrového času pred rozpadom.

Práve táto metóda francúzski fyzici skúmali stabilitu izotopov prvkov 114, 120 a 124. Táto úloha nebola jednoduchá, keďže produkty rozpadu a ich energia neboli fixované a mohli sa líšiť v pomerne širokom rozsahu. Avšak vzhľadom na dobré charakteristiky detektora v prípade jadier s Z = 120 a 124, boli schopné identifikovať časť "jadra s dlhou životnosťou" (t.j. žijúcu výrazne dlhšie ako 1 atósektunda). Pri jadrách s Z = 114 však tento účinok nebol pozorovaný.

Môže nastať otázka: aké sú tieto nestabilné jadrá? Aký je rozdiel v tom, ak žije v jednej stotine za sekundu alebo sto takúto hodinu?

Ide tu o to, že všetky tieto nestabilné izotopy s nedostatkom neutrónov zaručená tam sú tiež ťažšie, "neutron-dostatočné" izotopy.Tu sa tiež môžu objaviť skutočné dlhosrstiny, je možné až po absolútnu stabilitu. Na základe skúseností ešte neboli syntetizované, ale teoretici aktívne skúmajú svoje vlastnosti. A teraz, rozsah, v ktorom je jeden alebo iný teoretický model pravdepodobný, je teraz možné skúšať na jadrách s "neutronovými deficitmi" pomocou nových experimentálnych údajov.

Získané údaje teda nepriamo naznačujú, že 120. a 124. chemické prvky môžu mať izotopy s dlhou životnosťou, a preto ich stojí za to poľovať.

zdroj: M. Morjean a kol. Meranie štiepneho času: nová sonda na stabilitu superheavyzov. Phys. Rev. Letí. 101, 072701 (11. august 2008); plný text – PDF, 290 kB.

Pozri tiež:
1) J. B. Natowitz. Ako stabilné sú najťažšie jadrá? Fyzika 1, 12 (2008) – príbeh o práve, o ktorom sa diskutuje.
2) S.A. Karamyan. Merania trvania jadrových reakcií ťažkými iónmi // Etsha, 1986, vol. 17, zv. 4, s. 753.
3) A.F. Tulinov. Vplyv krištáľovej mriežky na niektoré atómové a jadrové procesy // Physics-Uspekhi, 1965, T. 87, zv. 4, s. 585.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: