Izotopi 120. i 124. kemijskih elemenata imaju tendenciju dugovječnosti • Igor Ivanov • Znanstvena vijest o "Elementama" • Fizika, kemija

Izotopi 120. i 124. kemijskog elementa imaju tendenciju dugovječnosti

Sl. 1, Indra detektor u francuskom laboratoriju za ubrzavanje GANIL, gdje su dobiveni opisani rezultati. Fotografija iz phototheque.in2p3.fr

Francuski fizičari eksperimentalno su potvrdili predviđanja teoretičara da neki izotopi 120. i 124. elementa imaju povećanu stabilnost. Vjerojatno, ovi elementi imaju jako dugotrajne izotope.

Potraga za dugotrajnim izotopima superjeznih elemenata jedan je od najfascinantnijih dijelova nuklearne fizike. Danas su mnogi transuranski elementi već sintetizirani, ali svi su se uvijek pokazali nestabilnima. Teoretičari su dugo predvidjeli da među ovim "morem" nestabilnih izotopa mogu postojati "otoci stabilnosti" – posebne skupine jezgri s anomalously dugim životom.

Najčešći argument u prilog tome je predviđanje modela nuklearne ljuske, koja je dobro funkcionirala za opisivanje običnih jezgri. U ovom modelu, potpuno ispunjena omotnica protona ili neutrona daje jezgri posebnu stabilnost, dramatično povećavajući njegov životni vijek. Izračuni koji se temelje na modelima ljuskeoni predviđaju takve otoke stabilnosti negdje u regiji od 114. do 126. elementa (različite se vrijednosti dobivaju u različitim modelima). Za takve izotope mnogi fizičari sada lovi.

Zapis je i dalje sinteza elemenata 116 i 118 u Zajedničkom centru za nuklearna istraživanja u Dubni, Moskvi regiji. Dubni fizičari planiraju otkriti čak i teže elemente, no treba imati na umu da je njihova izravna sinteza u sudarima lakših jezgri vrlo težak zadatak. Prvo, samo jezgre s dovoljnim brojem neutrona mogu biti više ili manje stabilne. Da bi ih se sintetiziralo, potrebno je gurnuti svjetlost neutronskog viška jezgri, koji su sami rijetki. Drugo, što je jezgri teži, to je manje vjerojatno da će se roditi, tako da se u dugim razdobljima rada akceleratora rađa samo nekoliko jezgri.

U svjetlu toga, eksperimentalni fizičari također traže druge, možda i ne tako izravne načine kako potvrditi predviđanja teoretičara. Jednu takvu metodu uspješno je testirala skupina fizičara koji rade s INDRA detektorom na GANIL teškom akceleratoru jezika u francuskom gradu Caenu. Nedavno je objavljen članak s rezultatima njihovih eksperimenata u časopisu Fizikalni pregledni pisma.

Francuzi nisu počeli loviti nakon dugotrajnih izotopa superjeznih jezgri, već su odlučili jednostavno mjeriti vijek trajanja "jezgri neutronskih", koji su relativno jednostavni za dobivanje. Da bi to učinili, proveli su tri niza eksperimenata – ozračili su cilj nikla s jezgrama urana (jezgre s nabojem od Z = 120 formirane pri spajanju tih jezgri) i ciljom germanija s jezgrama olova i urana (jezgre s Z = 114 i 124).

Rezultirajuće jezgre su vrlo nestabilne, ali nestabilnost nestabilnosti je drugačija, au ovom razgovoru treba imati na umu neke brojeve. U tipičnim nuklearnim reakcijama, čestice se kreću brzinom od reda od 1/10 brzine svjetlosti i stoga putuju udaljenost jednakom promjeru teške jezgre (tj. Oko 10 Fermi ili 10-14 m), oko 10-21 a. Ovaj put se može nazvati tipičnim nuklearnim vremenom. Ako se pri spajanju dviju jezgri stvori teška jezgra koja nema najmanju stabilnost, tada će se raspasti u to vrijeme. Ako postoji faktor koji zadržava dezintegraciju jezgre, tada živi mnogo dulje nego ovaj put.

Ono što su Francuzi uspjeli saznati je koja od jezgri koje su primili žive više od 1 stupnja sekunde (10-18 c), tj. tisuća puta duže od tipičnog nuklearnog vremena. To je bio dokaz da se neki izotopi razlikuju po većoj stabilnosti.

Zbog toga su autori rada koristili takozvani efekt sjena. Ideja ove metode je kako slijedi (vidi sliku 2). U kristalu, atomske jezgre su uređene redovito – uz kristalografske ravnine (međutim, zbog toplinskih vibracija atoma, ovaj red nije striktan, već približan). Ako se maleni ciljni kristal ozrači strujanjem teških jezgri, tada se jezgri projektila spajaju s jezgrama ciljanja, a zatim, na istom mjestu, pada na komadiće – fragmenti koji se lete u različitim smjerovima. Međutim, fragmenti koji lete kroz kristalografske planove neće moći doći do detektora, jer će njihova staza proći kroz ostatak jezgri na ovoj ravnini. Dakle, u detektoru rođenih jezgara u tom smjeru (tj. Kad je kut ψ blizu nule), promatrat će se prava sjena iz kristalografske ravnine.

Sl. 2, Korištenje efekta sjene za mjerenje vremena života nestabilnih atomske jezgre. S lijeve strane: geometrija emisije jezgri kćeri nakon propadanja nestabilne jezgre. Ako se propadanje dogodilo izravno na kristalografskoj ravnini, tada kćerna jezgra neće moći letjeti po ravnini, bit će apsorbirana drugim jezgrama. Ako nestabilna jezgra ima vremena za pomicanje, proizvodi propadanja također mogu proći kroz kristalografsku ravninu. S desne strane: tipična ovisnost broja brojeva detektora na kut odstupanja od kristalne osi, dobiven u detektoru. "Neuspjeh" kod malih kutova progiba je sjena iz kristalografske ravnine, ali ta je sjena djelomična. Prema "dubini" sjene, moguće je odrediti približan životni vijek nestabilnih jezgri. Sl. iz priče o Josipu Natovitzu (Joseph B. Natowitz) o članku u kojemu se raspravlja Phys. Rev. Leti.

Ako jezgra ima visoku stabilnost, onda se raspada ne odmah nakon spajanja, ali nakon kratkog vremena. Vrijeme kašnjenja reda od 1 attosekonda dovoljna je za letenje iz kristalografske ravnine i raspadati između ravnina. Djeca jezgri koji su strmoglavo letjeli po ravnini više se ne apsorbiraju i smireno dođu do detektora.Drugim riječima, nema sjene u tom smjeru.

U stvarnoj situaciji bit će zrna koja se razbijaju i odmah i sa zakašnjenjem. Stoga, sjena će biti nepotpuna, kao na slici. 2 s desne strane. Ali već samu činjenicu promatranja nepotpuna sjena sugerira da barem dio jezgre odgađa stotine i tisuće puta više tipičnih nuklearnih vremena prije propadanja.

Upravo je ta metoda da su francuski fizičari proučavali stabilnost izotopa elemenata 114, 120 i 124. Ovaj zadatak nije bio lagan, budući da proizvodi propadanja i njihova energija nisu bili fiksni i mogu varirati unutar prilično širokih granica. Međutim, zbog dobrih svojstava detektora u slučaju jezgre s Z = 120 i 124, bili su u stanju identificirati dio "dugotrajnog" (tj. Živjeti znatno duži od 1 attosekundnog dijela jezgre). Ali za jezgre s Z = 114, taj učinak nije promatran.

Može se postaviti pitanje: što je uporaba tih nestabilnih jezgri? Kakva je razlika ako žive u stotinu attosekundi ili sto attosekundi?

Točka je ovdje da svi ovi nestabilni neutronski manjkavi izotopi zajamčena postoje i teži, "neutroni dovoljni" izotopi.Ovdje se također mogu pojaviti prave duge jetre, moguće do apsolutne stabilnosti. Po iskustvu, još nisu sintetizirani, ali teoretičari aktivno proučavaju njihova svojstva. A evo kako vjerojatna ovaj ili onaj teoretski model, sada možemo provjeriti na „neutronske-manjkav” jezgri uz pomoć novih eksperimentalnih podataka.

Dakle, sada dobiveni podaci indirektno ukazuju da 120. i 124. kemijski elementi mogu imati dugotrajne izotope, pa ih stoga vrijedi loviti.

izvor: M. Morjean i sur. Mjerenja vremena fisije: nova sonda u stabilnosti prekomjernog elementa // Phys. Rev. Leti. 101, 072701 (11. kolovoz 2008); puni tekst – PDF, 290 Kb.

Vidi također:
1) J.B. Natowitz. Koliko su stabilne najteže jezgre? // Physics 1, 12 (2008) – priča o radu koji se raspravlja.
2) S. A. Karamyan. Mjerenja trajanja nuklearnih reakcija s teškim ionima // Etsha, 1986, vol. 17, vol. 4, str. 753.
3) A.F. Tulinov. Utjecaj kristalne rešetke na neke atomske i nuklearne procese // Physics-Uspekhi, 1965, T. 87, sv. 4, str. 585.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:

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