Что такое по мнению ученых остров стабильности
«Остров стабильности» оказался дальше, чем предполагалось
После свинца в таблице Менделеева идут сплошь радиоактивные элементы, нестабильность которых растет по мере увеличения размера ядра. Но в 1960-х было предсказано, что элемент пол номером 114 должен быть стабильнее своих соседей. Теперь оказалось, что это не так
Самый тяжелый стабильный природный элемент — свинец, ядро которого содержит 82 протона. Ядра более тяжелых элементов становятся все более нестабильными из-за увеличения числа положительно заряженных протонов. Поэтому они распадаются все быстрее и быстрее, обычно в течение доли секунды. Однако «волшебная» комбинация протонов и нейтронов может привести к быстрому увеличению продолжительности жизни элементов.
Именно такое «магическое» число протонов уже давно было предсказано для элемента флеровия, имеющего порядковый номер 114 в периодической системе. Такое предположение в конце 1960-х годов высказал физик Свен Нильссон. Его теорию подтвердили и расчеты других физиков. Теперь физики из Лундского университета решили проверить это предположение и изучили стабильность флеровия.
Ученые использовали ускорительный комплекс FAIR GSi в Дармштадте, где разгоняли 6•10 18 атомных ядер кальция-48 до 10% скорости света. Ядра бомбардировали тонкую пленку изотопа плутония-244, в результате чего получались атомы флеровия. В ходе 18-дневного эксперимента исследовательская группа зарегистрировала радиоактивный распад нескольких десятков ядер флеровия в специально разработанном детекторе.
Благодаря точному анализу осколков распада и времени их жизни физики смогли найти новые ветви распада флеровия. Исследователи показали, что эти пути распада не согласуются с ранее предсказанными «магическими» свойствами элемента. Это значит, что теперь ученым придется искать остров стабильности где-то ближе к элементу с порядковым номером 120.
Статья об открытии опубликована в журнале Physical Review Letters.
Новое в блогах
«Остров стабильности» среди химических элементов
Сначала статья о том, что такое «остров стабильности».
Остров стабильности: российские ядерщики лидируют в гонке
3 июня 2011 года экспертная комиссия, в которую вошли специалисты Международных союзов теоретической и прикладной химии (IUPAC) и физики (IUPAP), официально признала открытие 114-го и 116-го элементов таблицы Менделеева. Приоритет открытия отдан группе физиков под руководством академика РАН Юрия Оганесяна из Объединенного института ядерных исследований при содействии американских коллег из Ливероморской национальной лаборатории им. Лоуренса.
Академик РАН Юрий Оганесян, руководитель лаборатории ядерных реакций в ОИЯИ
Элементы, которых нет в природе
В настоящее время весь окружающий нас мир состоит из 83 химических элементов, от водорода (Z=1, Z — количество протонов в ядре) до урана (Z=92), время жизни которых больше времени жизни солнечной системы (4,5 миллиарда лет). Более тяжелые элементы, появившиеся во время нуклеосинтеза незадолго после Большого взрыва, уже распались и не дожили до наших дней. Уран, период полураспада которого составляет около 4,5×10 8 лет, еще распадется и радиоактивен. Однако в середине прошлого века исследователи научились получать элементы, которых нет в природе. В качестве примера такого элемента можно привести вырабатываемый в ядерных реакторах плутоний (Z=94), который производится сотнями тонн и является одним из мощнейших источников энергии. Период полураспада плутония существенно меньше, чем период полураспада урана, но все же достаточно велик, чтобы предположить возможность существования более тяжелых химических элементов. Концепция атома, состоящего из ядра, несущего в себе положительный заряд и основную массу, и электронных орбиталей, предполагает возможность существования элементов с порядковым номером до Z=170. Но на самом деле за счет нестабильности процессов, происходящих в самом ядре, граница существования тяжелых элементов намечается значительно раньше. В природе стабильные образования (ядра элементов, состоящие из разного числа протонов и нейтронов) встречаются только до свинца и висмута, затем следует небольшой полуостров, включающий в себя торий и уран, обнаруженные на Земле. Но как только порядковый номер элемента превышает номер урана, время его жизни резко уменьшается. Например, ядро 100-го элемента в 20 раз менее стабильно, чем ядро урана, а в дальнейшем эта нестабильность только усиливается из-за спонтанного деления ядер.
«Остров стабильности»
структуру. Причем чем тяжелее ядро, тем сильнее становится выражено влияние этой структуры, и картина распада будет выглядеть совсем не так, как прогнозирует модель капли жидкости. Так возникла гипотеза о существовании некой области стабильных сверхтяжелых ядер, далеких от известных сегодня элементов. Область получила название «острова стабильности», и после предсказания ее существования крупнейшие лаборатории США, Франции и Германии начали ряд экспериментов для подтверждения теории. Однако их попытки не увенчались успехом. И только эксперименты на дубненском циклотроне, результатом которых стало открытие 114-го и 116-го элементов, дают возможность утверждать, что область стабильности сверхтяжелых ядер действительно существует.
Карта тяжелых нуклидов
Получив пучок кальция необходимой интенсивности, экспериментаторы облучают плутониевую мишень. Если в результате слияния двух ядер образуются атомы нового элемента, то они должны вылететь из мишени и вместе с пучком продолжить движение вперед. Но их надо отделить от ионов кальция и других продуктов реакции. Эту функцию выполняет сепаратор.
MASHA (Mass Analyzer of Super Heavy Atoms) — установка для сепарации ядер
Схема работы сепаратора
Для проверки теории существования «острова стабильности» ученные наблюдали за продуктами распада ядра 114-го элемента. Если теория справедлива, то получившиеся ядра 114-го элемента должны быть устойчивы к спонтанному делению, и быть альфа-радиоактивны, то есть испускать альфа-частицу, состоящую из двух протонов и двух нейтронов. Для реакции с участием 114-го элемента должен наблюдаться переход 114-го в 112-й. Затем ядра 112-го также испытывают альфа-распад и переходят в ядра 110-го и так далее. Причем время жизни нового элемента должно быть на несколько порядков больше времени жизни более легких ядер. Именно такие долгоживущие события, существование которых было предсказано теоретически, и увидели дубненские физики. Это является прямым указанием на то, что 114-й элемент уже испытывает действие структурных сил, формирующих остров стабильности сверхтяжелых элементов.
Примеры цепочек распада 114-го и 116-го элементов
В настоящее время в ОИЯИ идет подготовка эксперимента по поиску 119-го элемента таблицы Менделеева, а Лаборатория ядерных реакций является мировым лидером в области физики тяжелых ионов и синтеза сверхтяжелых элементов.
Анна Максимчук,
научный сотрудник ОИЯИ,
специально для R&D.CNews.ru
Интересно, конечно. Оказывается, что много ещё может быть открыто химических элементов и даже почти стабильных.
Возникает вопрос: а в чём практический смысл всего этого довольно дорогого мероприятия по поиску новых почти стабильных элементов?
Кажется так, что когда найдут способ производить эти элементы, тогда и будет видно.
Так что уже есть большой смысл учёным трудиться в поте лица, а государству не скупиться на расходы.
Остров Стабильности за пределами таблицы Менделеева
На исходе второго тысячелетия академик Виталий Лазаревич Гинзбург составил список из тридцати проблем физики и астрофизики, которые он считал наиболее важными и интересными (см. «Наука и жизнь» № 11, 1999 г.). В этом списке под № 13 указана задача отыскания сверхтяжёлых элементов. Тогда, 12 лет назад, академик с огорчением отметил, что «существование в космических лучах долгоживущих (речь идёт о миллионах лет) трансурановых ядер пока подтверждено не было». Сегодня следы таких ядер обнаружены. Это даёт надежду открыть наконец остров Стабильности сверхтяжёлых ядер, существование которого предсказал когда-то физик-ядерщик Георгий Николаевич Флёров.
Вопрос, существуют ли элементы тяжелее урана-92 ( 238 U — его стабильный изотоп), долгое время оставался открытым, так как в природе они не наблюдались. Считалось, что стабильных элементов с атомным номером больше 180 нет: мощный положительный заряд ядра разрушит внутренние уровни электронов тяжёлого атома. Однако довольно скоро выяснилось, что стабильность элемента определяется устойчивостью его ядра, а не оболочки. Стабильны ядра с чётным числом протонов Z и нейтронов N, среди которых особенно выделяются ядра с так называемым магическим числом протонов или нейтронов — 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 — это, например, олово, свинец. И наиболее стабильны «дважды магические ядра», у которых число и нейтронов, и протонов — магическое, скажем, гелий и кальций. Таков изотоп свинца 208 Pb: у него Z = 82, N = 126. Устойчивость элемента чрезвычайно сильно зависит от соотношения числа протонов и нейтронов в его ядре. Например, свинец со 126-ю нейтронами стабилен, а другой его изотоп, в ядре которого на один нейтрон больше, распадается за три с лишним часа. Но, отмечал В. Л. Гинзбург, теория предсказывает, что некий элемент Х с числом протонов Z = 114 и нейтронов N = 184, то есть с массовым атомным числом А = Z + N = 298, должен жить примерно 100 миллионов лет.
Элементы, пропавшие за время существования Земли, получают двумя способами. Во-первых, в ядро тяжёлого элемента можно вогнать лишний нейтрон. Там он претерпевает бета-распад, образуя протон, электрон и электронное антинейтрино: n 0 → p + e – + ve. Заряд ядра увеличится на единицу — возникнет новый элемент. Так получали искусственные элементы вплоть до фермия-100 (его изотоп 257 Fm имеет период полураспада 100 лет).
Ещё более тяжёлые элементы создают в ускорителях, которые разгоняют и сталкивают ядра, например золота (см. «Наука и жизнь» № 6, 1997 г.). Именно так в лаборатории ядерных реакций Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна) и получили 117-й и 118-й элементы. Причём теория предсказывает, что далеко за пределами известных ныне тяжёлых радиоактивных элементов должны существовать стабильные сверхтяжёлые ядра. Российский физик Г. Н. Флёров изобразил систему элементов в виде символического архипелага, где стабильные элементы окружены морем короткоживущих изотопов, которые, возможно, так никогда и не будут обнаружены. На главном острове архипелага высятся пики наиболее стабильных элементов — Кальция, Олова и Свинца, за проливом Радиоактивности лежит остров Тяжёлых ядер с пиками Урана, Нептуния и Плутония. А ещё дальше должен располагаться таинственный остров Стабильности сверхтяжёлых элементов, подобных уже упомянутому — Х-298.
Несмотря на все успехи экспериментальной и теоретической физики, остаётся открытым вопрос: существуют ли в природе сверхтяжёлые элементы, или же они — чисто искусственные, рукотворные вещества, подобные синтетическим материалам — капрону, нейлону, лавсану, — природой никогда не создававшимся?
Условия для образования таких элементов в природе есть. Они создаются в недрах пульсаров и при взрывах сверхновых звёзд. Потоки нейтронов в них достигают огромной плотности — 10 38 n 0 /м 2 и способны порождать сверхтяжёлые ядра. Они разлетаются в космосе в потоке межгалактических космических лучей, но их доля чрезвычайно мала — всего несколько частиц на квадратный метр в год. Поэтому возникла мысль использовать природный детектор—накопитель космического излучения, в котором сверхтяжёлые ядра должны оставить специфический, легко узнаваемый след. Такими детекторами с успехом послужили метеориты.
Метеорит — кусок породы, вырванный какой-то космической катастрофой из материнской планеты, — путешествует в космосе сотни миллионов лет. Его непрерывно «обстреливают» космические лучи, которые на 90% состоят из ядер водорода (протонов), на 7% — из ядер гелия (двух протонов) и на 1% — из электронов. На оставшиеся 2% приходятся другие частицы, среди которых могут быть и сверхтяжёлые ядра.
Исследователи из Физического института им. П. Н. Лебедева (ФИАН) и Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ РАН) изучают два палласита — железоникелиевые метеориты с вкраплениями оливина (группа полупрозрачных минералов, в которых к двуокиси кремния SiO4 присоединены в разных пропорциях Mg2, (Mg, Fe)2 и (Mn, Fe)2; прозрачный оливин называется хризолитом). Возраст этих метеоритов — 185 и 300 миллионов лет.
Тяжёлые ядра, пролетая сквозь кристалл оливина, повреждают его решётку, оставляя в ней свои следы — треки. Они становятся видны после химической обработки кристалла — травления. А поскольку оливин полупрозрачен, треки эти можно наблюдать и изучать в микроскоп. По толщине трека, его длине и форме можно судить о заряде и атомной массе ядра. Исследования сильно осложняет то, что кристаллы оливина имеют размеры порядка нескольких миллиметров, а трек тяжёлой частицы гораздо длиннее. Поэтому о величине её заряда приходится судить по косвенным данным — скорости травления, уменьшению толщины трека и пр.
Работы по отысканию следов сверхтяжёлых частиц с острова стабильности назвали «Проект Олимпия». В рамках этого проекта получены сведения примерно о шести тысячах ядер с зарядом более 55 и трёх ультратяжёлых ядрах, заряды которых лежат в интервале от 105 до 130. Все характеристики треков этих ядер измерены комплексом высокоточной аппаратуры, созданным в ФИАНе. Комплекс в автоматическом режиме распознаёт треки, определяет их геометрические параметры и, экстраполируя данные измерений, находит предположительную длину трека до его остановки в массиве оливина (напомним, что реальный размер его кристалла — несколько миллиметров).
Полученные экспериментальные результаты подтверждают реальность существования в природе стабильных сверхтяжёлых элементов.
Было сделано несколько прогнозов относительно точного местоположения острова стабильности, хотя обычно считается, что центр находится недалеко от Copernicium и флеровий изотопов в окрестности предсказанного замкнутого нейтронного оболочка в N = 184. [4] Эти модели убедительно свидетельствуют о том, что закрытая оболочка придаст дополнительную устойчивость к деление и альфа-распад. Хотя ожидается, что эти эффекты будут наибольшими около атомный номер Z = 114 и N = 184, ожидается, что область повышенной стабильности будет охватывать несколько соседних элементов, а вокруг более тяжелых ядер могут появиться дополнительные островки стабильности. вдвойне магия (имеющий магические числа как протонов, так и нейтронов). Период полураспада элементов на острове обычно составляет минуты или дни; по некоторым оценкам период полураспада составляет миллионы лет. [5]
Содержание
Введение
Нуклидная стабильность
Стабильность ядра определяется его энергия связи, более высокая энергия связи обеспечивает большую стабильность. Энергия связи на нуклон увеличивается с увеличением атомного номера до широкого плато вокруг А = 60, затем уменьшается. [14] Если ядро можно разделить на две части, имеющие меньшую полную энергию (следствие массовый дефект в результате большей энергии связи), он нестабилен. Ядро может удерживаться вместе в течение конечного времени, потому что существует потенциальный барьер противодействуя расколу, но этот барьер можно преодолеть квантовое туннелирование. Чем ниже барьер и массы фрагменты, тем больше вероятность разделения на единицу времени. [15]
Протоны в ядре связаны вместе сильная сила, что уравновешивает Кулоновское отталкивание между положительно заряжен протоны. В более тяжелых ядрах требуется большее количество незаряженных нейтронов, чтобы уменьшить отталкивание и придать дополнительную стабильность. Даже в этом случае, когда физики начали синтезировать элементы, которые не встречаются в природе, они обнаружили, что стабильность снижалась по мере того, как ядра становились тяжелее. [16] Таким образом, они предположили, что периодическая таблица Менделеева может прийти к концу. Первооткрыватели плутоний (элемент 94) решил назвать его «ультимиумом», считая его последним. [17] После открытия более тяжелых элементов, некоторые из которых распадались за микросекунды, казалось, что нестабильность в отношении спонтанное деление ограничит существование более тяжелых элементов. В 1939 г. верхний предел синтеза потенциальных элементов оценивался примерно в элемент 104, [18] и после первых открытий трансактинидные элементы в начале 1960-х годов этот прогноз верхнего предела был расширен до элемент 108. [16]
Магические числа
В конце 1960-х годов более сложные модели оболочек были сформулированы американским физиком Уильямом Майерсом и польским физиком. Владислав Свёнтецкий, и независимо немецкий физик Хайнер Мелднер (1939-2019 [31] [32] ). С помощью этих моделей, принимая во внимание кулоновское отталкивание, Мелднер предсказал, что следующее магическое число протона может быть 114 вместо 126. [33] Майерс и Свёнтецкий, кажется, придумали термин «остров стабильности», а американский химик Гленн Сиборг, позже открывший многие из сверхтяжелых элементов, быстро принял этот термин и продвигал его. [28] [34] Майерс и Свёнтецкий также предположили, что некоторые сверхтяжелые ядра будут долгоживущими вследствие более высокого барьеры деления. Дальнейшие усовершенствования модели ядерной оболочки советским физиком Вилен Струтинский привело к появлению макроскопически-микроскопического метода, модели ядерной массы, которая учитывает обе плавные тенденции, характерные для модель капли жидкости и местные колебания, такие как оболочечные эффекты. Такой подход позволил шведскому физику Свен Нильссон и др., а также другие группы, чтобы сделать первые подробные расчеты стабильности ядер внутри острова. [33] С появлением этой модели Струтинский, Нильссон и другие группы выступили за существование дважды магического нуклида. 298 Fl (Z = 114, N = 184), а не 310 Убх (Z = 126, N = 184), что предсказывалось как двойное волшебство еще в 1957 году. [33] Впоследствии оценки магического числа протонов варьировались от 114 до 126, и до сих пор нет единого мнения. [6] [20] [35]
Открытия
| Элемент | Атомный количество | Наиболее стабильный изотоп | Период полураспада [d] | |
|---|---|---|---|---|
| Публикации [36] [37] | НУБАЗА 2016 [38] | |||
| Резерфордий | 104 | 267 Rf | 1,3 ч | 2,5 часа |
| Дубний | 105 | 268 Db | 1,2 дн | 1,1 г |
| Сиборгий | 106 | 269 Sg | 14 мин [39] | 5 минут |
| Бориум | 107 | 270 Bh [e] | 1 мин | 3,8 мин. |
| Калий | 108 | 269 Hs | 9,7 с [41] | 16 с |
| Мейтнерий | 109 | 278 Mt [f] [г] | 4,5 с | 7 с |
| Дармштадтиум | 110 | 281 Ds [f] | 12,7 с | 14 с |
| Рентгений | 111 | 282 Rg [f] [час] | 1,7 мин | 1,6 мин |
| Копернициум | 112 | 285 Cn [f] | 28 с | 32 с |
| Nihonium | 113 | 286 Nh [f] | 9,5 с | 7 с |
| Флеровий | 114 | 289 Fl [f] [я] | 1.9 с | 2,4 с |
| Московиум | 115 | 290 Mc [f] | 650 мс | 410 мс |
| Ливерморий | 116 | 293 Lv [f] | 57 мс | 80 мс |
| Tennessine | 117 | 294 Ц [f] | 51 мс | 70 мс |
| Оганессон | 118 | 294 Og [f] [j] | 690 мкс | 1,15 мс |
Флеровий с ожидаемыми магическими 114 протонами был впервые синтезирован в 1998 г. Объединенный институт ядерных исследований в Дубна, Россия, группой физиков во главе с Юрий Оганесян. Был обнаружен один атом 114-го элемента со временем жизни 30,4 секунды, и его продукты распада период полураспада измеряется минутами. [53] Поскольку образовавшиеся ядра претерпели альфа-распад, а не деление, а период полураспада был несколько порядки величины дольше, чем предполагалось ранее [м] или наблюдается для сверхтяжелых элементов, [53] это событие рассматривалось как «хрестоматийный пример» цепочки распада, характерной для «острова стабильности», что является убедительным доказательством существования «острова стабильности» в этом регионе. [55] Несмотря на то, что исходная цепочка 1998 года больше не наблюдалась, и ее назначение остается неопределенным, [40] дальнейшие успешные эксперименты в следующие два десятилетия привели к открытию всех элементов до Оганессон, период полураспада которых превышает первоначально предсказанные значения; эти свойства распада дополнительно подтверждают наличие острова стабильности. [6] [42] [56] Хотя известные ядра все еще не дотягивают до нескольких нейтронов. N = 184, где ожидается максимальная стабильность (подтвержденные ядра с наибольшим количеством нейтронов, 293 Lv и 294 Ц, только дотянуться N = 177), а точное местоположение центра острова остается неизвестным, [5] [6] тенденция повышения стабильности ближе к N = 184. Например, изотоп 285 Cn, на восемь нейтронов больше, чем 277 Cn имеет период полураспада почти на пять порядков больше. Ожидается, что эта тенденция сохранится и в неизвестных более тяжелых изотопах. [57]
Деформированные ядра
Прогнозируемые свойства распада
В период полураспада ядер на самом острове стабильности неизвестны, так как ни один из нуклидов, которые были бы «на острове», не наблюдался. Многие физики считают, что период полураспада этих ядер относительно невелик, порядка минут или дней. [5] Некоторые теоретические расчеты показывают, что их период полураспада может быть длительным, порядка 100 лет, [4] [51] или, возможно, до 10 9 лет. [44]
Закрытие корпуса на N = 184 приведет к увеличению частичный период полураспада для альфа-распада и спонтанного деления. [4] Считается, что закрытие оболочки приведет к более высоким барьерам деления ядер вокруг 298 Fl, сильно затрудняя деление и, возможно, приводя к периодам полураспада на 30 порядков больше, чем у ядер, не затронутых закрытием оболочки. [33] [68] Например, нейтронодефицитный изотоп 284 Fl (с участием N = 170) подвергается делению с периодом полураспада 2,5 миллисекунды и считается одним из наиболее нейтронодефицитных нуклидов с повышенной стабильностью вблизи N = 184 закрытие корпуса. [39] По прогнозам, за пределами этой точки некоторые неоткрытые изотопы будут подвергаться делению с еще более короткими периодами полураспада, что ограничивает существование [n] и возможное наблюдение [k] сверхтяжелых ядер вдали от острова стабильности (а именно для N 120 и N > 184). [13] [18] Эти ядра могут подвергаться альфа-распаду или спонтанному делению за микросекунды или меньше, с некоторым периодом полураспада деления, по оценкам, порядка 10 −20 секунд при отсутствии барьеров деления. [61] [62] [63] [68] Напротив, 298 Fl (предположительно находящийся в области максимальных оболочечных эффектов) может иметь гораздо более длительный период полураспада спонтанного деления, возможно, порядка 10 19 лет. [33]
В центре острова может происходить конкуренция между альфа-распадом и спонтанным делением, хотя точное соотношение зависит от модели. [4] Период полураспада при альфа-распаде 1700 ядер с 100 ≤Z ≤ 130 были рассчитаны в модели квантового туннелирования с экспериментальным и теоретическим альфа-распадом. Q-значения, и согласуются с наблюдаемыми периодами полураспада для некоторых из самых тяжелых изотопов. [61] [62] [63] [72] [73] [74]
Также прогнозируется, что самые долгоживущие нуклиды будут находиться на линия бета-стабильности, для бета-распад предсказывается, что он будет конкурировать с другими модами распада вблизи предсказанного центра острова, особенно для изотопов элементов 111–115. В отличие от других режимов распада, предсказанных для этих нуклидов, бета-распад не изменяет массовое число. Вместо этого нейтрон превращается в протон или наоборот, образуя соседний изобара ближе к центру устойчивости (изобара с наименьшим избыток массы). Например, значительные ветви бета-распада могут существовать в таких нуклидах, как 291 Fl и 291 Nh; эти нуклиды имеют лишь на несколько нейтронов больше, чем известные нуклиды, и могут распадаться по «узкому пути» к центру острова стабильности. [3] [4] Возможная роль бета-распада весьма неопределенна, поскольку некоторые изотопы этих элементов (например, 290 Fl и 293 Mc), как предполагается, будут иметь более короткие частичные периоды полураспада для альфа-распада. Бета-распад снизит конкуренцию и приведет к тому, что альфа-распад останется доминирующим каналом распада, если только не существует дополнительной устойчивости к альфа-распаду в супердеформированный изомеры этих нуклидов. [75]
Рассматривая все моды распада, различные модели указывают на смещение центра острова (т. Е. Самого долгоживущего нуклида) от 298 Fl на более низкий атомный номер и конкуренция между альфа-распадом и спонтанным делением в этих нуклидах; [76] они включают 100-летний период полураспада для 291 Cn и 293 Сп, [51] [71] период полураспада 1000 лет для 296 Сп, [51] и период полураспада 300 лет для 294 Ds, [68] последние два точно в N = 184 закрытие корпуса. Также предполагалось, что эта область повышенной устойчивости для элементов с 112 ≤Z ≤ 118 может быть следствием деформации ядра, и что истинный центр острова стабильности для сферических сверхтяжелых ядер находится вокруг 306 Ubb (Z = 122, N = 184). [19] Эта модель определяет остров стабильности как область с наибольшим сопротивлением делению, а не с наибольшим полным периодом полураспада; [19] нуклид 306 У Ubb все еще прогнозируется короткий период полураспада по отношению к альфа-распаду. [4] [63]
Другой потенциально значимый режим распада наиболее тяжелых сверхтяжелых элементов был предложен кластерный распад румынскими физиками Дорин Н. Поэнару и Раду А. Гергеску и немецкий физик Уолтер Грейнер. это коэффициент ветвления относительно альфа-распада, как ожидается, будет увеличиваться с увеличением атомного номера, так что он может конкурировать с альфа-распадом около Z = 120, и, возможно, станет доминирующей модой распада более тяжелых нуклидов вокруг Z = 124. Таким образом, ожидается, что он будет играть большую роль за пределами центра острова стабильности (хотя все еще подвержен влиянию оболочечных эффектов), если только центр острова не находится под более высоким атомным номером, чем предсказывалось. [77]
Возможное естественное возникновение
Несмотря на эти препятствия на пути их синтеза, исследование 2013 года, опубликованное группой российских физиков под руководством Валерий Загребаев предполагает, что самые долгоживущие изотопы коперниция могут встречаться в количестве 10 −12 относительно свинца, благодаря чему они могут быть обнаружены в космические лучи. [57] Аналогичным образом, в эксперименте 2013 года группа российских физиков во главе с Александром Багулей сообщила о возможном наблюдении трех космогенный сверхтяжелые ядра в оливин кристаллы в метеоритах. Атомный номер этих ядер оценивался от 105 до 130, при этом одно ядро, вероятно, ограничивалось от 113 до 129, а их время жизни оценивалось как минимум 3000 лет. Хотя это наблюдение еще не подтверждено независимыми исследованиями, оно убедительно свидетельствует о существовании острова стабильности и согласуется с теоретическими расчетами периодов полураспада этих нуклидов. [82] [83] [84]
Возможный синтез и трудности
Производство ядер на острове стабильности оказывается очень трудным, поскольку ядра, доступные в качестве исходных материалов, не доставляют необходимое количество нейтронов. Пучки радиоактивных ионов (например, 44 S) в сочетании с актинидами-мишенями (такими как 248 См) может позволить получить более богатые нейтронами ядра ближе к центру острова стабильности, хотя в настоящее время такие пучки не доступны с интенсивностью, необходимой для проведения таких экспериментов. [57] [85] [86] Несколько более тяжелых изотопов, таких как 250 См и 254 Es могут по-прежнему использоваться в качестве мишеней, позволяя производить изотопы с одним или двумя нейтронами больше, чем известные изотопы, [57] хотя производство нескольких миллиграммов этих редких изотопов для создания мишени затруднено. [87] Также возможно исследовать альтернативные каналы реакции в том же 48 Ca-индуцированные реакции термоядерного испарения, которые заселяют самые богатые нейтронами известные изотопы, а именно pxn и αxn (испускание протона или альфа-частицасоответственно, за которыми следуют несколько нейтронных) каналов. Это может позволить синтез нейтронно-обогащенных изотопов элементов 111–117. [88] Хотя предсказанные сечения порядка 1–900fb, меньше, чем в xn (только излучение нейтронов) каналов, в этих реакциях все еще может быть возможно генерировать недоступные иным образом изотопы сверхтяжелых элементов. [88] [89] Некоторые из этих более тяжелых изотопов (например, 291 Mc, 291 Fl и 291 Nh) также может пройти захват электронов (превращая протон в нейтрон) в дополнение к альфа-распаду с относительно большим периодом полураспада, распадаясь на ядра, такие как 291 Cn, которые, по прогнозам, лежат около центра острова стабильности. Однако это остается в значительной степени гипотетическим, поскольку сверхтяжелые ядра вблизи линии бета-стабильности еще не синтезированы, и предсказания их свойств значительно различаются в разных моделях. [3] [57]
Процесс медленного захват нейтронов используется для производства нуклидов такой тяжелой, как 257 FM заблокирован кратковременным изотопы фермия которые подвергаются самопроизвольному делению (например, 258 Fm имеет период полураспада 370 мкс); это известно как «фермиевый промежуток» и предотвращает синтез более тяжелых элементов в такой реакции. Возможно, удастся обойти этот пробел, а также еще одну прогнозируемую область нестабильности вокруг А = 275 и Z = 104–108, в серии управляемых ядерных взрывов с более высокой нейтронный поток (примерно в тысячу раз больше, чем потоки в существующих реакторах), что имитирует астрофизические р-обработать. [57] Впервые предложенная Мельднером в 1972 году, такая реакция могла бы позволить производство макроскопических количеств сверхтяжелых элементов внутри острова стабильности; [3] роль деления в промежуточных сверхтяжелых нуклидах весьма неопределенна и может сильно повлиять на выход такой реакции. [78]
Также возможно образование изотопов на острове стабильности, таких как 298 Fl в многонуклонных реакции переноса при низкоэнергетических столкновениях актинид ядра (например, 238 U и 248 См). [85] Этот механизм обратного квазиделения (частичное слияние с последующим делением со смещением от равновесия масс, что приводит к более асимметричным продуктам) [90] может обеспечить путь к острову стабильности, если вокруг Z = 114 являются достаточно прочными, хотя более легкие элементы, такие как нобелий и сиборгий (Z = 102–106), как ожидается, принесут более высокие урожаи. [57] [91] Предварительные исследования 238 U + 238 U и 238 U + 248 Реакции переноса см не привели к образованию элементов тяжелее менделевий (Z = 101), хотя увеличение выхода в последней реакции предполагает, что использование еще более тяжелых мишеней, таких как 254 Es (при наличии) может позволить производство сверхтяжелых элементов. [92] Этот результат подтверждается более поздним расчетом, предполагающим, что выход сверхтяжелых нуклидов (с Z ≤ 109), вероятно, будет выше в реакциях переноса с использованием более тяжелых мишеней. [86] Исследование 2018 г. 238 U + 232 Реакция на Техас A&M Институт циклотрона, Сара Вуэншель и др. обнаружил несколько неизвестных альфа-распадов, которые, возможно, можно отнести к новым, богатым нейтронами изотопам сверхтяжелых элементов с 104 [86] [93] Этот результат убедительно свидетельствует о том, что оболочечные эффекты оказывают значительное влияние на поперечные сечения и что остров стабильности, возможно, может быть достигнут в будущих экспериментах с реакциями переноса. [93]