Nowe, superciężkie izotopy w zasięgu uczonych

Obliczenia wykonane przez polskich naukowców we współpracy z grupą uczonych z Dubnej (Rosja) pozwalają przewidywać z niedostępną dotąd dokładnością szanse wytworzenia nowych izotopów pierwiastków superciężkich. W pracy opublikowanej w prestiżowym czasopiśmie Physics Letters B zaprezentowali oni najbardziej obiecujące kanały produkcji szerokiej gamy izotopów o liczbie atomowej od 112 do 118 w różnych konfiguracjach zderzeń jądrowych prowadzących do ich powstania. Przewidywania wydają się być wiarygodne, jako że potwierdzają je ze znakomitą zgodnością dane eksperymentalne dostępne dla procesów już przebadanych.

„Do tej pory, gdy liczono prawdopodobieństwa wytwarzania superciężkich izotopów, w ogóle nie brano pod uwagę efektów związanych z powłokowym charakterem punków siodłowych w rozszczepieniu jąder atomowych” – wyjaśnia prof. Kowal. „Wszyscy badacze zakładają brak efektów kwantowych dla tej kluczowej w procesie rozszczepienia konfiguracji jądrowej. My te efekty uwzględniliśmy, a co więcej podaliśmy przepis ich tłumienia wraz ze wzrostem temperatury tworzącego się superciężkiego układu jądrowego. Takie obliczenia nie były dotąd prezentowane nigdzie w literaturze.”

Aby uzyskać swój wynik uczeni posłużyli się metodą statystyczną, generując miliony stanów nad stanem podstawowym i wspominanym punktem siodłowym. Metodę i wyniki opisali szczegółowo w równolegle skierowanej do publikacji pracy. „Mając te wyniki można było dość prosto policzyć prawdopodobieństwo przetrwania jąder wytworzonych w wyniku konkretnego zderzenia pocisku i odpowiednio dobranej tarczy” – opowiada prof. Kowal. „Po prostu, korzystając z podstawowej definicji prawdopodobieństwa przetrwania jądra złożonego, właściwie bez stosowania przybliżeń, oszacowaliśmy współzawodnictwo rozszczepienia z rożnymi innymi kanałami rozpadu.”

Badając stabilność i analizując możliwe kanały rozpadu tworzonych jąder, badacze uwzględnili zarówno rozpady poprzez emisję neutronów, jak i protonów oraz cząstek alfa. Wyniki zaprezentowane w pracy bardzo dobrze zgadzają się z danymi uzyskanymi w przeprowadzonych już eksperymentach. Jednocześnie autorzy wskazują na najbardziej obiecujące kanały produkcji nowych, niewytwarzanych dotąd izotopów, które mogłyby być wykorzystane w przyszłych planowanych eksperymentach. Rewelacyjna zgodność z istniejącymi funkcjami wzbudzania (prawdopodobieństwami syntezy jąder superciężkich) pozwala mieć zaufanie do zaprezentowanych prognoz i przewidywań.

Szczególnie obiecujące dla niektórych kombinacji tarcza-pocisk okazują się być kanały z emisją jednego protonu lub jednej cząstki alfa. Ten wynik jest intrygujący, gdyż może prowadzić do zupełnie nowych, nieznanych dziś izotopów jąder superciężkich. Ponieważ zaproponowane kanały reakcji nie są nadmiernie egzotyczne, a raczej łatwo dostępne w eksperymencie, już wkrótce okaże się czy przewidywania uczonych co do możliwości produkcji tych nowych wyjątkowo ciężkich izotopów się potwierdzą.

Współczesna alchemia

Najcięższym pierwiastkiem występującym w postaci stabilnej w przyrodzie jest ołów. Jego jądro zawiera 82 protony (liczba atomowa Z=82), a sumaryczna liczba neutronów i protonów (liczba masowa A) w stabilnych izotopach ołowiu może wynosić 204, 206, 207 lub 208. Istnieją też niestabilne izotopy tego pierwiastka, które z charakterystycznym okresem półtrwania, rozpadają się na lżejsze fragmenty. Także pierwiastki lżejsze od ołowiu mogą posiadać izotopy niestabilne. Możliwe jest również naturalne powstanie lub sztuczne wytworzenie pierwiastków cięższych od ołowiu o niestabilnych izotopach. Powstają one w wyniku zderzenia dwóch lżejszych jąder. Do zderzeń takich może dochodzić np. w gwałtownych wybuchach obiektów astronomicznych, ale także w laboratoriach na Ziemi wyposażonych w akceleratory służące do rozpędzania i zderzania jąder i cząstek.

Inf. za Dr Marek Pawłowski
https://liderzyinnowacyjnosci.com/nowe-superciezkie-izotopy-w-zasiegu-uczonych/,17.09.2020)