Şek. 1. Anlatılan sonuçların elde edildiği Fransız hızlandırıcı laboratuvar GANIL'daki INDRA dedektörü. Phototheque.in2p3.fr adresinden fotoğraf
Fransız fizikçiler, teorisyenlerin 120 ve 124. elementlerin bazı izotoplarının stabiliteyi arttırdığı yönündeki tahminlerini deneysel olarak doğruladılar. Muhtemelen, bu elementlerin gerçekten uzun ömürlü izotopları var.
Süper-ağır elementlerin uzun ömürlü izotopları için yapılan arama, nükleer fiziğin en büyüleyici bölümlerinden biridir. Bugün, birçok transuranik öğe sentezlenmiştir, ancak bunların hepsi değişmez bir şekilde ortaya çıkmıştır. Teorisyenler, dengesiz izotopların bu “denizi” arasında “anormal uzun ömürlü” çekirdek gruplarının “stabilite adaları” olabileceğini uzun zamandır tahmin etmişlerdir.
Bunun lehine en yaygın argüman, sıradan çekirdeklerin tanımlanması için iyi çalışmış olan nükleer kabuk modelinin tahminidir. Bu modelde, tamamen dolu bir proton veya nötron zarfı, çekirdeği ömrünü önemli ölçüde artıran özel bir stabilite verir. Kabuk modellerine dayalı hesaplamalarBölgedeki bir yerlerde bu tür istikrarlı adaları 114'ten 126ncı elemente kadar tahmin ederler (farklı modellerde farklı değerler elde edilir). Pek çok fizikçinin artık avlandığı bu izotoplar içindir.
Kayıt, Moskova Bölgesi, Dubna'da Nükleer Araştırmalar Ortak Merkezi'nde hala 116 ve 118 elementlerinin sentezi. Dubna fizikçilerinin daha ağır elementleri keşfetme planları vardır, ancak daha açık çekirdeklerin çarpışmasında doğrudan sentezlerinin çok zor bir iş olduğu unutulmamalıdır. İlk olarak, yeterli sayıda nötron bulunan çekirdekler az ya da çok kararlı olabilir. Bunları sentezlemek için, kendileri nadir olan hafif nötron fazlalık çekirdeklerini itmek gerekir. İkincisi, çekirdek ne kadar ağırsa, doğma ihtimali o kadar az olur ki, hızlandırıcının uzun çalışma süresinde sadece birkaç çekirdek doğar.
Bunun ışığında, deneysel fizikçiler, teorisyenlerin tahminlerini doğrulamak için başka, belki de doğrudan o kadar da yollarını aramaktadırlar. Böyle bir yöntem, son zamanlarda Fransız kenti Caen'deki GANIL ağır çekirdek hızlandırıcısı üzerinde INDRA dedektörü ile çalışan bir grup fizik tarafından başarılı bir şekilde test edildi. Son dönemlerde deneylerinin sonuçlarını içeren bir makale çıktı. Fiziksel İnceleme Mektupları.
Fransızlar, süper-ağır çekirdekli çekirdeklerin uzun ömürlü izotoplarından sonra kovalamaya başlamamışlar, ancak elde etmek için nispeten basit olan “nötron-eksik” çekirdeklerinin ömrünü ölçmeye karar vermişlerdir. Bunu yapmak için üç seri deney gerçekleştirdiler – uranyum çekirdekleri ile bir nikel hedefi (bu çekirdeklerin füzyonu sırasında oluşan Z = 120 yükü olan çekirdekler) ve kurşun ve uranyum çekirdeği içeren bir germanyum hedefi (Z = 114 ve 124 ile nükleuslar oluşturuldu) ışınlandı.
Ortaya çıkan çekirdekler çok kararsızdır, ancak kararsızlığın istikrarsızlığı farklıdır ve bu konuşmada bazı rakamlar akılda tutulmalıdır. Tipik nükleer reaksiyonlarda, parçacıklar ışığın hızının 1 / 10'luk sırasındaki hızlarla hareket ederler ve bu nedenle, ağır bir çekirdeğin çapına eşit bir mesafeyi (yani yaklaşık 10 Fermi veya 10) hareket ettirirler.-14 m), yaklaşık 10-21 a. Bu kez tipik nükleer zaman olarak adlandırılabilir. İki çekirdeğin birleşmesi durumunda, en küçük bir dengeye sahip olmayan ağır bir çekirdek oluşursa, o zaman yaklaşık olarak parçalanır. Çekirdeğin parçalanmasını geriye tutan bir faktör varsa, o zaman bu süreden çok daha uzun yaşar.
Fransızların yapmayı başardıkları şey, çekirdikleri çekirdeklerden hangisinin saniyede 1'den fazla canlı olduğunu öğrenmekti (10).-18 c), tipik nükleer zamandan binlerce kez daha uzun. Bu, bazı izotopların artan stabilite ile ayırt edildiğinin kanıtıydı.
Bunun için, kağıdın yazarları gölge efekti kullandı. Bu yöntemin fikri şu şekildedir (bakınız Şekil 2). Bir kristalde, atomik çekirdekler düzenli bir şekilde düzenlenmiştir – kristalografik düzlemler boyunca (bununla birlikte, atomların termal titreşimleri nedeniyle, bu düzen katı değildir, fakat yaklaşık olarak). Eğer küçük bir hedef kristal bir ağır çekirdek akışıyla ışınlanırsa, o zaman mermi çekirdeği hedefin çekirdeği ile birleşir ve daha sonra aynı yerde farklı yönlere ayrılan parça parçalarına düşer. Bununla birlikte, kristalografik düzlemler boyunca uçuran bu parçalar dedektöre ulaşamayacaktır, çünkü onların yolu bu düzlemdeki çekirdeklerin geri kalanından geçecektir. Bu nedenle, bu yönde doğmuş çekirdeklerin detektöründe (yani, açı close sıfıra yakın olduğunda), kristalografik düzlemden gelen gerçek gölge gözlemlenecektir.
Şek. 2. Kararsız atom çekirdeğinin yaşam süresini ölçmek için gölge etkisini kullanma. Solda: Kararsız bir çekirdeğin çürümesinden sonra kız çekirdeklerin emisyon geometrisi. Bozunma doğrudan kristalografik düzlemde meydana gelirse, kız çekirdekler düzlem boyunca uçamaz, diğer çekirdekler tarafından emilirler. Kararsız çekirdeğin hareket etme zamanı varsa, bozunma ürünleri de kristalografik düzlem boyunca ilerleyebilir. Sağda: dedektörde elde edilen kristal eksenden sapma açısı üzerindeki dedektör sayısının tipik bağımlılığı. Küçük sapma açılarında “başarısızlık” kristalografik düzlemin gölgesidir, ancak bu gölge kısmidir. Gölgenin “derinliğine” göre, kararsız çekirdeklerin yaklaşık ömrünü belirlemek mümkündür. Şek. Joseph Natovitz’in (Joseph B. Natowitz) Fiz. Rev. Lett.
Çekirdek yüksek bir stabiliteye sahipse, birleşme sonrası hemen değil, kısa bir süre sonra ayrılır. Kristografik düzlemden uçmak ve düzlemler arasında parçalanmak için 1 atto saniye sırasındaki zaman gecikmesi yeterlidir. Düzgün bir şekilde düzlem boyunca akan çocuk çekirdekleri artık absorbe edilmemekte ve dedektöre sakin bir şekilde ulaşmaktadır.Başka bir deyişle, bu yönde gölge yoktur.
Gerçek bir durumda, hem hemen hem de gecikmeyle parçalanan çekirdekler olacaktır. Bu nedenle, Şekil 8'de olduğu gibi, gölge eksik olacaktır. 2 sağda. Ama zaten gözlemin gerçeği Tamamlanmamış bir gölge, çekirdeklerin en azından bir kısmının çürümeden önce yüzlerce ve binlerce kez daha tipik nükleer zaman geciktiğini ileri sürmektedir.
Fransız fizikçilerinin, 114, 120 ve 124 elementlerinin izotoplarının stabilitesini incelemek için kullandıkları bu yöntemdi. Bu görev kolay değildi çünkü çürüme ürünleri ve enerjileri sabit değildi ve oldukça geniş sınırlar içinde değişebilirdi. Bununla birlikte, Z = 120 ve 124 ile çekirdek durumunda dedektörün iyi karakteristiklerine bağlı olarak, çekirdeklerin bir kısmının “uzun ömürlü” (yani, 1 atto saniye daha uzun bir süre için) olduğunu belirleyebildiler. Ancak Z = 114 ile çekirdekler için, bu etki gözlenmedi.
Soru ortaya çıkabilir: Bu kararsız çekirdeklerin kullanımı nedir? Yüzüncü atto saniye veya yüz atto saniye içinde yaşarlarsa ne fark eder?
Buradaki nokta, tüm bu kararsız nötron eksikliği izotoplarıdır. garantili daha ağır, “nötron-yeterli” izotoplar da vardır.Burada ayrıca gerçek uzun ömürlü görünebilir, mutlak stabiliteye kadar mümkündür. Tecrübe üzerinde henüz sentezlenmemişlerdi, fakat teorisyenler aktif olarak özelliklerini inceliyorlar. Ve şimdi, bir veya daha fazla teorik modelin makul olduğu ölçüde, yeni deneysel verilerin yardımıyla “nötron eksik” çekirdeklerinde test edilebilir.
Böylece, elde edilen veriler, dolaylı olarak, 120. ve 124. kimyasal elementlerin uzun ömürlü izotoplara sahip olabildiğini ve dolayısıyla onlar için avlanmaya değer olduğunu göstermektedir.
Kaynak: M. Morjean ve diğ. Fisyon Zaman Ölçümleri: Superheavy Element Stability // 'ye Yeni Bir Prob Fiz. Rev. Lett. 101, 072701 (11 Ağustos 2008); tam metin – PDF, 290 Kb.
Ayrıca bakınız:
1) J. B. Natowitz. En ağır çekirdekler ne kadar kararlı? // Fizik 1, 12 (2008) – tartışılan çalışma hakkında bir hikaye.
2) S. A. Karamyan. Ağır iyonlarla nükleer reaksiyonların süresinin ölçülmesi // Etsha, 1986, cilt 17, cilt. 4, s. 753.
3) A.F. Tulinov. Kristal örgütün bazı atomik ve nükleer süreçler üzerindeki etkisi // Physics-Uspekhi, 1965, T. 87, vol. 4, s. 585.
Igor Ivanov