Открыт перспективный способ создания новых сверхтяжелых элементов
Самый тяжелый и распространенный природный элемент на Земле — уран с 92 протонами (атомный номер «Z»). Но ученым удалось синтезировать сверхтяжелые элементы вплоть до оганессона, у которого Z равен 118. Непосредственно перед ним находятся ливерморий со 116 протонами и теннессин, у которого их 117.
У всех этих элементов короткий период полураспада — обычно менее секунды, а у некоторых — всего лишь микросекунда. Создание и обнаружение таких элементов — непростая задача, требующая мощных ускорителей частиц и сложных измерений.
По данным Phys.org, типичный способ производства элементов с высоким Z почти достиг своего предела. Группа ученых из США и Европы придумала новый метод производства сверхтяжелых элементов, выходящий за рамки доминирующей техники. Он строится на концепции «острова стабильности», то есть области, где сверхтяжелые элементы и их изотопы — ядра с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов — могут иметь гораздо более длительный период полураспада. Считается, что на такое способны изотопы вблизи Z=112.
Теоретические модели ядра успешно предсказали скорости производства сверхтяжелых элементов ниже оганесона с использованием актинидных мишеней и пучков изотопов тяжелее кальция-48. Эти модели также показывают, что для производства элементов с Z=119 и Z=120 лучше всего подойдут пучки титана-50, имеющие самые высокие сечения.
Теоретики смогли зафиксировать не все необходимые параметры. Например, необходимая энергия пучков и некоторые массы, необходимые для моделей, не были измерены экспериментаторами. Точные цифры важны, поскольку в противном случае скорости производства сверхтяжелых элементов могли бы сильно различаться.
Несколько экспериментальных попыток получить атомы с числом протонов от 119 до 122 уже были предприняты. Все они оказались неудовлетворительными. В рамках нового исследования специалисты изучали производство изотопов ливермория (Z=116) путем облучения титана-50 на мишени из плутония-244.
Используя 88-дюймовый циклотронный ускоритель в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, ученые создали выходящий из циклотрона пучок, который в среднем выдавал 6 триллионов ионов титана в секунду. Они воздействовали на плутониевую мишень, которая имела круглую площадь 12,2 см², в течение 22 дней. Проведя ряд измерений, они определили, что ливерморий-290 был получен с помощью двух различных цепочек ядерного распада.
«Это первое зарегистрированное производство SHE [сверхтяжелого элемента] вблизи предсказанного острова стабильности с пучком, отличным от кальция-48», — заключают специалисты. Сечение реакции, или вероятность взаимодействия, действительно уменьшилось, как и ожидалось с более тяжелыми изотопами пучка, но «успех этого измерения подтверждает, что открытия новых SHE действительно находятся в пределах экспериментальной досягаемости».
Открытие представляет собой первый случай, когда столкновение немагических ядер продемонстрировало потенциал создания других сверхтяжелых атомов и изотопов. Известно о существовании около 110 изотопов сверхтяжелых элементов, но ожидается, что с помощью новых методов получится открыть еще около 50.
Ранее ученые выяснили основной источник ингредиентов для возникновения жизни на Земле.
