120-ojo ir 124-ojo cheminių elementų izotopai turi tendenciją ilgaamžiškumui • Igoris Ivanovas • Mokslo naujienos "Elementai" • Fizika, chemija

120 ir 124 cheminių elementų izotopai turi tendenciją ilgaamžiškumą

Pav. 1. INDRA detektorius Prancūzijos greitintuvo laboratorijoje GANIL, kur aprašyti rezultatai. Nuotrauka iš "phototheque.in2p3.fr"

Prancūzijos fizikai eksperimentiniu būdu patvirtino teoretikų prognozes, kad kai kurie 120-ojo ir 124-ojo elementų izotopai padidino stabilumą. Tikriausiai šie elementai turi iš tiesų ilgalaikius izotopus.

Ilgaamžių labai sunkių elementų izotopų paieška yra viena iš patraukliausių branduolinės fizikos dalių. Šiandien daugelis transuraninių elementų jau buvo sintezuoti, tačiau visi jie visada pasirodė nestabili. Teorininkai jau seniai prognozavo, kad tarp šios "nestabilių" izotopų "jūrų" gali egzistuoti "stabilumo salos" – specialios branduolių grupės, turinčios anomališkai ilgaamžiškumą.

Dažniausias argumentas už tai yra branduolinės apvalkalo modelio prognozavimas, kuris gerai veikė paprastų branduolių apibūdinimą. Šiame modelyje pilnai užpildytas protonų ar neutronų vokas suteikia branduoliui ypatingą stabilumą, žymiai padidinti jo gyvenimo trukmę. Skaičiavimai, pagrįsti kriauklių modeliaisjie prognozuoja tokias stabilumo salas kažkur regione nuo 114 iki 126 elemento (skirtingos vertės gaunamos skirtingais modeliais). Tokiems izotopams, kurie dabar medžioja daugybė fizikų.

Rekordas – sintezė elementų 116 ir 118 Jungtinio branduolinių tyrimų centro Dubne (Maskvos sritis). Dubno fizikai planuoja atrasti net sunkesnius elementus, tačiau reikia nepamiršti, kad jų tiesioginė sintezė susidūrus su lengvesniais branduoliais yra labai sudėtinga užduotis. Pirma, vien tik branduoliai su pakankamu neutronų kiekiu gali būti daugiau ar mažiau stabilūs. Norint juos sintetinti, būtina uždegti šviesos neutronų perteklinius branduolius, kurie patys yra reti. Antra, kuo sunkesnė šerdis, tuo mažiau tikėtina, kad ji gimsta, taigi per ilgus greitintuvo veikimo mėnesius gimsta tik keletas šerdžių.

Atsižvelgiant į tai, eksperimentiniai fizikai taip pat ieško kitų, galbūt ne taip tiesioginių, būdų patikrinti teoristų prognozes. Vienas iš tokių būdų neseniai sėkmingai išbandė grupė fizikų, dirbančių su INDRA detektoriumi Prancūzijos Caen mieste esančio sunkiojo branduolio greitintuvo "GANIL". Straipsnis su eksperimentų rezultatais pasirodė neseniai žurnale Fizinės peržiūros raidės.

Prancūzai nesiėmė persekioti po ilgai išliekančių labai sunkių branduolių izotopų, tačiau nusprendė paprasčiausiai įvertinti "neutronų trūkumo" branduolių gyvenimo trukmę. Norėdami tai padaryti, jie atliko tris serijų eksperimentus – apšvitino nikelio tikslą su urano branduoliais (branduoliai su Z = 120 uždegimu, susidariusiu šių branduolių sintezėje), taip pat buvo sudarytas germanio užpildas su švino ir urano branduoliais (branduoliai su Z = 114 ir 124).

Gauta branduoliai yra labai nestabili, bet nestabilumo nestabilumas yra kitoks, o šiame pokalbyje turėtų būti laikomasi kai kurių skaičių. Tipiškų branduolinių reakcijų metu dalelės judesios, kurių greitis yra 1/10 šviesos greičio, taigi jie nukelia atstumą, lygų sunkiojo branduolio skersmeniui (ty apie 10 Fermi arba 10-14 m) apie 10-21 c. Šį kartą galima vadinti tipiniu branduoliniu laiku. Jei dviejų branduolių sujungimo metu susidaro sunkus branduolys, kuris neturi menkiausio stabilumo, tada jis maždaug tuo metu suskaido. Jei egzistuoja veiksnys, kuris palaiko branduolio suskaidymą, tada jis gyvena daug ilgiau negu šį kartą.

Tai, ką prancūzai pavyko padaryti, buvo sužinoti, kuris iš branduolių, kurį jie gavo, gyvena daugiau nei 1 antroji (10-18 c), ty tūkstančius kartų ilgiau nei įprastas branduolinis laikas. Tai buvo įrodymas, kad kai kurie izotopai išsiskiria padidėjusiu stabilumu.

Dėl to straipsnio autoriai naudojo vadinamąjį šešėlinį efektą. Šio metodo idėja yra tokia (žr. 2 pav.). Kristale atominiai branduoliai yra išdėstyti reguliariai – kartu su kristalografinėmis plokštumomis (tačiau dėl atominių šiluminių virpesių ši tvarka nėra griežta, bet apytikslė). Jei nedidelis tikslinis kristalas yra apšvitintas sunkiųjų branduolių srautu, tada šūvių branduoliai sujungiami su tikslinės kilmės branduoliais ir tame pačiame taške nukrenta į fragmentiškus gabalus, kurie sklendžia skirtingomis kryptimis. Tačiau tie fragmentai, sklindantys išilgai kristalografinės plokštumos, negalės pasiekti detektoriaus, nes jų takas pasieks kitas plokštumos branduolius. Todėl gimstantių branduolių detektoriuje šioje kryptyje (ty kai kampas ψ yra artimas nuliui), bus pastebėtas realus šešelis iš kristalografinės plokštumos.

Pav. 2. Naudojant šešėlinį efektą, norint išmatuoti nestabilių atominių branduolių gyvenimo trukmę. Kairėje: dukterinių branduolių emisijos geometrija po nestabilaus branduolio išnykimo. Jei skilimas įvyko tiesiai ant kristalografinės plokštumos, dukteriniai branduoliai negalės skristi palei plokštumą, jie bus absorbuojami kitų branduolių. Jei nestabilus branduolys turi laiko judėti, skilimo produktai taip pat gali eiti kartu su kristalografine plokštuma. Dešinėje: tipinė detektorių skaičiaus priklausomybė nuo nukrypimo kampo nuo krištolo ašies, gautos detektoriuje. Mažasis nukrypimo kampas "nepakankamumas" yra kristalografinės plokštumos šešėlis, tačiau šis šešėlis yra dalinis. Pagal "šešėlio" gylį, galite nustatyti apytikslį nestabilių branduolių gyvenimo laiką. Pav. iš istorijos apie Josephą Natovitzą (Josephą B. Natowitzą) apie aptariamą straipsnį Fiz. Rev. Lett.

Jei branduolys turi didelį stabilumą, tada jis nesibaigia ne iš karto po susijungimo, bet po tam tikro laiko. Pakanka 1 attosekundo laiko uždelsimo, kad išliptų iš kristalografinės plokštumos ir išskaidytų tarp plokštumų. Vaikų branduoliai, išstumti griežtai išilgai plokštumos, nebėra absorbuojami ir ramiai pasiekia detektorių.Kitaip tariant, šia kryptimi nėra šešėlio.

Esant realiai situacijai, bus branduoliai, kurie iš karto ir vėluoju suskaido. Todėl šešėlis bus neišsamus, kaip pav. 2 dešinėje. Bet jau pats stebėjimo faktas neišsamus šešėlis rodo, kad bent jau kai kuriuos branduolius uždelsto šimtai ir tūkstančiai kartų daugiau tipiškų branduolinių laikų iki suskaidymo.

Tai buvo tas metodas, kurį prancūzų fizikai taikė elementų 114, 120 ir 124 izotopų stabilumui tirti. Ši užduotis nebuvo lengva, nes skilimo produktai ir jų energija nebuvo fiksuotos ir gali skirtis gana plačiose ribose. Tačiau dėl gerų detektoriaus charakteristikų branduolių su Z = 120 ir 124 atveju jie galėjo nustatyti "ilgai gyvenančius" (ty gyvenančius daug ilgiau nei 1 attosecond) dalį branduolių. Tačiau branduolių su Z = 114 šis poveikis nebuvo pastebėtas.

Gali kilti klausimas: kokia yra šių nestabilių branduolių naudojimas? Koks skirtumas tai daro, jei jie gyvena šimtą kartą per sekundę ar šimtą sekundžių?

Esmė ta, kad visi šie nestabilūs neutronų trūkumo izotopai garantuotas taip pat yra sunkesnių, "neutronų pakankamų" izotopų.Čia taip pat gali pasirodyti tikrosios ilgosios kepenys, galima iki absoliutaus stabilumo. Remiantis patirtimi, jie dar nebuvo sintezuoti, tačiau teoretikai aktyviai tiria jų savybes. Dabar dabar, kiek galima tikėtis vieno ar kito teorinio modelio, dabar galima išbandyti "neutronų trūkumo" branduolius naudojant naujus eksperimentinius duomenis.

Taigi dabar gauti duomenys netiesiogiai rodo, kad 120 ir 124 cheminiuose elementuose gali būti ilgaamžių izotopų, todėl verta juos medžioti.

Šaltinis: M. Morjean ir kt. Skilimo laiko matavimai: naujas zondas į ypač sunkių elementų stabilumą // Fiz. Rev. Lett. 101, 072701 (2008 m. Rugpjūčio 11 d.); Visas tekstas – PDF, 290 Kb.

Taip pat žiūrėkite:
1) J. B. Natowitz. Kiek stabilūs yra sunkiausi branduoliai? // Fizika 1, 12 (2008) – istorija apie nagrinėjamą darbą.
2) S. A. Карамян. Branduolinių reakcijų su sunkiais jonais trukmės matavimas // Etsha, 1986, t. 17, t. 4, s. 753.
3) A. F. Тулинов. Kristalinės grotelės įtaka kai kuriems atominių ir branduolių procesams // Fizika-Universitetai, 1965, T. 87, t. 4, s. 585.

Igoris Ivanovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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