Izotopii elementelor chimice 120 și 124 au o tendință de longevitate • Igor Ivanov • Știință științifică despre "Elemente" • Fizică, chimie

Izotopii celor 120 și 124 de elemente chimice au o tendință de longevitate

Fig. 1. Detectorul INDRA din laboratorul de accelerator francez GANIL, unde au fost obținute rezultatele descrise. Fotografie de la phototheque.in2p3.fr

Fizicienii francezi au confirmat experimental predicțiile teoreticienilor că unele izotopi ale elementelor 120 și 124 au sporit stabilitatea. Probabil, aceste elemente au izotopi de lungă durată.

Căutarea izotopilor de lungă durată a elementelor superioare este una dintre cele mai fascinante secțiuni ale fizicii nucleare. Astăzi, multe elemente transuranice au fost deja sintetizate, dar toate acestea s-au dovedit invariabil instabil. Teoreticienii au prezis mult timp că în această "mare" de izotopi instabili pot exista "insule de stabilitate" – grupuri speciale de nuclee cu o durată de viață anormal de lungă.

Argumentul cel mai comun în favoarea acestui fapt este predicția modelului shell-nucleu, care a funcționat bine pentru descrierea nucleelor ​​obișnuite. În acest model, un plic proton sau neutron complet umplut conferă nucleului o stabilitate deosebită, sporind în mod dramatic durata sa de viață. Calcule bazate pe modele de cochiliiei prezică astfel de insule de stabilitate undeva în regiune, de la cel de-al 114-lea la cel de-al 126-lea element (diferite valori se obțin în diferite modele). Pentru astfel de izotopi, mulți fizicieni vânează acum.

Un record este în continuare sinteza elementelor 116 și 118 la Centrul Comun de Cercetări Nucleare din Dubna, regiunea Moscova. Fizicienii din Dubna au planuri de a descoperi elemente mai grele, dar trebuie amintit că sinteza lor directă în coliziunea nucleelor ​​mai ușoare este o sarcină foarte dificilă. În primul rând, numai nucleele cu un număr suficient de neutroni pot fi mai mult sau mai puțin stabile. Pentru a le sintetiza, este necesar să se împingă nucleele de exces de neutroni, care sunt ele însele rare. În al doilea rând, cu cât nucleul este mai greu, cu atât este mai puțin probabil să se nască, astfel încât în ​​lunile lungi de funcționare a acceleratorului să se nască doar câteva nuclee.

În lumina acestui fapt, fizicienii experimentali caută și alte modalități, poate chiar nu atât de directe, de a verifica predicțiile teoreticienilor. O astfel de metodă a fost testată cu succes de un grup de fizicieni care lucrează cu detectorul INDRA pe acceleratorul de nuclee grele GANIL din orașul francez Caen. Un articol cu ​​rezultatele experimentelor lor a apărut recent în jurnal Reviste de examinare fizică.

Francezii nu au început să urmărească după izotopii de lungă durată ai nucleelor ​​superioare, ci au decis să măsoare pur și simplu durata de viață a nucleelor ​​cu deficit de neutroni, care sunt relativ simple de obținut. Pentru a face acest lucru, au realizat trei serii de experimente – iradiat o tinta de nichel cu nuclee de uraniu (nuclee cu Z = 120 formate la fuziunea acestor nuclee) si o tinta germaniala cu nuclee de plumb si uraniu.

Nucleul rezultat este foarte instabil, însă instabilitatea instabilității este diferită, iar în această conversație trebuie ținut cont de unele cifre. În reacțiile nucleare tipice, particulele se mișcă cu viteze de ordinul a 1/10 din viteza luminii și, prin urmare, traversează o distanță egală cu diametrul unui nucleu greu (adică aproximativ 10 Fermi sau 10-14 m), pentru aproximativ 10-21 a. Acest timp poate fi numit timp nuclear tipic. Dacă la îmbinarea a două nuclee se formează un nucleu greu, care nu posedă cea mai mică stabilitate, atunci se va dezintegra în aproximativ acel moment. Dacă există un factor care împiedică dezintegrarea nucleului, atunci el trăiește mult mai mult decât acum.

Ceea ce a reușit să facă francezii a fost să afle care dintre nucleele pe care le-au primit trăiesc mai mult de 1 secundă (10-18 c), adică de mii de ori mai mult decât timpul nuclear tipic. Aceasta a fost dovada că unii izotopi se disting prin stabilitatea crescută.

Pentru aceasta, autorii hârtiei au folosit așa-numitul efect de umbră. Ideea acestei metode este după cum urmează (a se vedea figura 2). Într-un cristal, nucleele atomice sunt aranjate în mod regulat – de-a lungul planurilor cristalografice (totuși, datorită vibrațiilor termice ale atomilor, această ordine nu este strictă, ci aproximativă). Dacă un cristal țintă mic este iradiat cu un curent de nuclee grele, atunci nucleele proiectilului se îmbină cu nucleele țintei și apoi, în același loc, cad în bucăți – fragmente care se zbate. Cu toate acestea, acele fragmente care zboară de-a lungul planurilor cristalografice nu vor putea ajunge la detector, deoarece calea lor va trece prin restul nucleelor ​​din acest plan. Prin urmare, în detectorul nucleelor ​​născute în această direcție (adică atunci când unghiul ψ este aproape de zero), va fi observată umbra reală din planul cristalografic.

Fig. 2. Folosind efectul de umbră pentru măsurarea duratei de viață a nucleelor ​​atomice instabile. În stânga: geometria emisiei de nuclee fiice după dezintegrarea unui nucleu instabil. Dacă decăderea a avut loc direct pe planul cristalografic, nucleele fiicei nu vor putea să zboare de-a lungul planului, ele vor fi absorbite de alte nuclee. Dacă nucleul instabil are timp să se deplaseze, produsele de dezintegrare pot merge și de-a lungul planului cristalografic. În dreapta: dependența tipică a numărului de contori ai detectorului de unghiul de abatere de la axa cristalului obținut în detector. "Eșecul" la unghiuri mici de deformare este umbra de pe planul cristalografic, dar această umbră este parțială. În funcție de "adâncimea" umbrei, este posibil să se determine durata de viață aproximativă a nucleelor ​​instabile. Fig. din povestea lui Joseph Natovitz (Joseph B. Natowitz) despre articolul în discuție în Phys. Rev. Lett.

Dacă miezul are o stabilitate ridicată, atunci nu se desprinde imediat după fuziune, ci după un timp scurt. O întârziere de timp de ordinul a 1 apoșecundă este suficientă pentru ca ea să zboare din planul cristalografic și să se dezintegreze între planuri. Copiii nucleu care au zburat strict de-a lungul planului nu mai sunt absorbiți și ajung calm în detector.Cu alte cuvinte, nu există nici o umbră în această direcție.

Într-o situație reală vor exista nuclee care se vor rupe imediat și cu întârziere. Prin urmare, umbra va fi incompletă, ca în Fig. 2 pe dreapta. Dar deja însăși observarea o umbră incompletă sugerează că cel puțin unele nuclee sunt întârziate de sute și mii de ori mai timpurite decât cele nucleare înainte de decădere.

Această metodă a fost folosită de fizicienii francezi pentru a studia stabilitatea izotopilor elementelor 114, 120 și 124. Această sarcină nu a fost ușoară, deoarece produsele de dezintegrare și energia lor nu au fost fixate și ar putea varia în limite destul de largi. Totuși, datorită caracteristicilor bune ale detectorului în cazul nucleilor cu Z = 120 și 124, aceștia au reușit să identifice o parte a nucleului "de lungă durată" (adică să trăiască considerabil mai mult de 1 attosecundă). Dar pentru nucleele cu Z = 114, acest efect nu a fost observat.

Se poate pune problema: care este folosirea acestor nuclee instabile? Ce diferență se întâmplă dacă trăiesc într-o suta de attosecunde sau o sută de attosecunde?

Punctul aici este că toți acești izotopi instabili neutroni cu neutroni garantat există, de asemenea, mai grei, izotopi "suficient de neutroni".Aici pot să apară și lungii ficatului real, este posibil până la stabilitatea absolută. Din experiență, ele nu au fost încă sintetizate, dar teoreticienii își studiază în mod activ proprietățile. Și acum, măsura în care unul sau alt model teoretic este plauzibil poate fi acum testată pe nuclee cu deficit de neutroni cu ajutorul unor noi date experimentale.

Astfel, datele obținute acum indică în mod indirect că elementele chimice 120 și 124 pot avea izotopi de lungă durată și, prin urmare, merită vânătoare pentru ei.

Sursa: M. Morjean și colab. Măsurători ale timpului de fisiune: o nouă probă în stabilitatea elementului supraviețuitor // Phys. Rev. Lett. 101, 072701 (11 august 2008); text integral – PDF, 290 Kb.

Vezi și:
1) J. B. Natowitz. Cât de stabile sunt cele mai grele nuclee? // Fizica 1, 12 (2008) – o poveste despre lucrarea aflată în discuție.
2) S.A. Karamyan. Măsurători ale duratei reacțiilor nucleare cu ioni grei // Etsha, 1986, voi 17, vol. 4, s. 753.
3) A.F. Tulinov. Influența rețelei cristaline asupra unor procese atomice și nucleare // Physics-Uspekhi, 1965, T. 87, voi. 4, s. 585.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

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