|
Открыли новый способ получения сверхтяжелых элементов
|
|
|
|
Понимание и создание сверхтяжелых элементов — элементов с атомным номером выше, чем у урана (атомный номер которого равен 92) — интересовало ученых на протяжении десятилетий. Хотя уран является самым тяжелым элементом, в изобилии встречающимся на Земле, исследователи ранее синтезировали элементы вплоть до оганессона, атомный номер которого равен 118.
|
|
|
|
В новом исследовании, проведенном командой из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBNL), представлен новый метод, который может позволить продолжить изучение этих неуловимых тяжелых элементов. Их результаты были опубликованы в Physical Review Letters.
|
|
Что такое сверхтяжелые элементы?
|
|
|
|
Сверхтяжелые элементы, как правило, с атомными номерами выше 100, в природе не встречаются в значительных количествах на Земле из-за их короткого периода полураспада, который часто колеблется от нескольких секунд до микросекунд. Период полураспада сверхтяжелого элемента - это время, за которое половина его атомов распадается на другие элементы или изотопы, часто с выделением частиц и энергии. Это важный показатель, поскольку сверхтяжелые элементы имеют тенденцию быстро распадаться, что ограничивает время, необходимое ученым для изучения их свойств.
|
|
|
|
|
|
|
Для изготовления этих элементов требуются высокоэнергетические среды и мощные ускорители частиц. Создание и изучение таких сверхтяжелых элементов, как ливерморий (атомный номер которого равен 116) и теннесин (атомный номер которого равен 117), не только расширили наши знания о периодической системе Менделеева, но и приблизили ученых к открытию региона, который теоретически называют “островом стабильности”.
|
|
|
|
Что такое остров стабильности?
|
|
|
|
“Остров стабильности” - это предполагаемая область на диаграмме сегрегации нуклидов, где сверхтяжелые элементы с особыми конфигурациями протонов и нейтронов могут иметь более длительный период полураспада, чем близлежащие элементы. Элементы, находящиеся на этом острове, были бы достаточно стабильны, чтобы ученые могли изучить их более подробно, что потенциально привело бы к новым применениям в ядерной физике и материаловедении.
|
|
|
|
“Сегодня концепция ”острова стабильности" остается интригующей темой, а его точное положение и протяженность на диаграмме Сегре продолжают оставаться предметом активного изучения как в теоретической, так и в экспериментальной ядерной физике", - пишут Дж.М. Гейтс из LBNL и его коллеги в своей статье.
|
|
|
|
Считается, что в этом регионе содержатся изотопы с атомным номером около 112, особые конфигурации которых могут повысить ядерную стабильность. Эта заманчивая возможность побудила исследователей разработать новые методы для приближения к острову и его изучения.
|
|
Традиционные подходы: Пределы содержания 48-кальциевого
|
|
|
|
Исторически сложилось так, что ученые создавали сверхтяжелые элементы, бомбардируя актинидные мишени (элементы 89-103) кальцием-48 (48Ca), изотопом, известным своим “магическим числом” протонов (20) и нейтронов (28), что придает ему повышенную стабильность. Реакция “горячего синтеза” между актинидными мишенями и кальцием-48 позволила получить сверхтяжелые элементы вплоть до оганессона. Однако с увеличением количества элементов вероятность успешных реакций резко снижается, и для синтеза даже одного атома требуется все больше времени, иногда недели. Эти ограничения заставили исследователей искать альтернативные методы.
|
|
|
|
“Необходим новый подход к реакции”, - написали Гейтс и его команда в своей статье.
|
|
Новый подход: использование титана
|
|
|
|
Чтобы преодолеть ограничения, связанные с кальцием-48, команда LBNL разработала инновационный подход, используя вместо него пучки титана-50 (50Ti). Титан-50 имеет немного большую массу, чем кальций-48, и обеспечивает иную конфигурацию протонов и нейтронов. В ходе эксперимента команда направила высокоэнергетический титановый луч на мишень из плутония-244, используя 88-дюймовый циклотронный ускоритель в LBNL. За 22 дня команда впервые успешно осуществила синтез сверхтяжелого элемента ливермория с помощью этого нового метода.
|
|
|
|
“Это первое сообщение о получении SHE [сверхтяжелого элемента] вблизи предсказанного островка стабильности с использованием пучка, отличного от 48-кальциевого”, - пишут исследователи в своей статье.
|
|
|
|
Хотя исследование знаменует собой значительный прогресс, остается много вопросов. Например, точные требования к энергии пучка и конкретные ядерные параметры все еще находятся в стадии изучения. Теоретические модели, хотя и полезны, нуждаются в дальнейшей доработке, чтобы предсказать точные условия для создания элементов с атомными номерами выше Оганессона.
|
|
|
|
Наличие подходящих актинидных мишеней также ограничивает текущие усилия. Эйнштейний и фермий, например, являются потенциальными мишенями, но их сложно производить в достаточных количествах.
|
|
|
|
В дальнейшем исследовательская группа намерена еще больше усовершенствовать свои методы, надеясь расширить спектр изотопов, доступных для будущих исследований.
|
|
|
|
Источник
|
