ایزوتوپ‌های جدید از عناصر سنگین خاکی کمیاب کشف شد

فیزیکدانان ایزوتوپ های کاملاً جدیدی از عناصر سنگین خاکی کمیاب را کشف کرده اند.

کد خبر: ۷۲۱۸۷

تاریخ: ۰۲ اسفند ۱۴۰۲ - ۱۸:۳۷

نسبت هایی از ذرات تشکیل دهنده هسته های اتم که تاکنون هرگز دیده نشده بود در آزمایشی برجسته که شامل تکه تکه شدن عناصر سنگین بود، پدیدار شد.

فیزیکدانان به رهبری اولگ تاراسوف از دانشگاه ایالتی میشیگان با شکستن هسته های پلاتین، ایزوتوپ های جدیدی از عناصر کمیاب تولیوم، ایتربیوم و لوتسیم را کشف کردند.

این دستاوردی است که دانشمندان معتقدند به آن ها کمک می کند تا خواص هسته های غنی از نوترون و فرآیندهایی را که عناصر جدیدی را در برخورد ستارگان نوترونی ایجاد می کنند، درک کنند.

به گفته پژوهشگران، این کار همچنین قدرت تأسیسات اخیراً تکمیل شده برای پرتوهای ایزوتوپ نادر (FRIB) دانشگاه ایالتی میشیگان را نشان می دهد که نخستین آزمایش خود را در ژوئن ۲۰۲۲ انجام داد.

همه اشکال یک عنصر، یکسان تشکیل نمی شوند. هر هسته اتمی متشکل از تعدادی ذرات زیر اتمی است که به نوکلئون ها (پروتون و نوترون) معروف هستند. تعداد پروتون ها در تمام اشکال یک عنصر ثابت است و به آن عنصر عدد اتمی آن را می دهد. با این حال، تعداد نوترون ها می تواند متفاوت باشد و همین تغییرات تعیین می کنند که چه چیزی بعنوان ایزوتوپ یک عنصر شناخته می شود.

همه عناصر دارای تعدادی ایزوتوپ هستند که با سطوح مختلف پایداری تشکیل می شوند. بعضی از آن ها به شکل فوق العاده ای سریع تجزیه میشوند و در یک پرتوافشانی کوتاه تشعشع یونیزه به عناصر سبک تر تجزیه می شوند. بعضی ها نیز ثبات خود را حفظ می کنند.

شناخت ایزوتوپ های مختلف و نحوه رفتار آن ها به دانشمندان کمک می کند تا بفهمند جهان چگونه عناصر را می سازد و فراوانی آن عناصر را در فضا و زمان تخمین بزنند.

تاراسوف و همکارانش برای ساخت ایزوتوپ های جدید خود با یک ایزوتوپ پلاتین با ۱۲۰ نوترون به نام ۱۹۸Pt شروع کردند. پلاتین استاندارد دارای ۱۱۷ نوترون است. استفاده از ایزوتوپ سنگین تر میتواند نحوه تقسیم شدن هسته را تغییر دهد.

آنها این اتم ها را در FRIB قرار دادند که از یک شتاب دهنده یون سنگین برای تقسیم هسته های اتم استفاده می کند. پرتوهای ایزوتوپ های کمیاب با سرعتی بیش از نیمی از سرعت نور به سمت هدف شلیک می شوند. هنگامی که آن ها به هدف برخورد می کنند، این ایزوتوپ ها به ایزوتوپ های سبک تر از هسته تبدیل می شوند. سپس فیزیکدانان می توانند این ایزوتوپ ها را شناسایی و مطالعه کنند.

در تجزیه و تقسیم هسته ۱۹۸Pt تیم پژوهشگران تاراسوف ۱۸۲Tm و ۱۸۳Tm را با ۱۱۳ و ۱۱۴ نوترون کشف کردند. تولیوم استاندارد دارای ۶۹ نوترون است.

آن ها همچنین ۱۸۶Yb و ۱۸۷Yb را به ترتیب با ۱۱۶ و ۱۱۷ نوترون یافتند. در حالیکه ایتربیوم استاندارد دارای ۱۰۳ نوترون است.

پژوهشگران همچنین ۱۹۰Lu را با ۱۱۹ نوترون کشف کردند. لوتسیم استاندارد نیز دارای ۱۰۴ نوترون است.

هر یک از این ایزوتوپ ها در چندین دور شتاب دهنده دیده شدند. پژوهشگران می گویند این بدان معناست که FRIB می تواند برای مطالعه سنتز ایزوتوپ های غنی از نوترون عناصر سنگین در ترکیباتی استفاده شود که تاکنون بسیار نادیده گرفته شده اند، البته نه به دلیل عدم علاقه دانشمندان، بلکه توانایی ایجاد و شناسایی آنها وجود نداشته است.

این به نوبه خود می تواند به ما کمک کند تا بفهمیم که چگونه رویدادهای کیهانی خشونت آمیز سنگین ترین عناصر را در کیهان ایجاد می کنند. هر چیزی سنگین تر از آهن در کیهان فقط در شرایط شدید و خشن ایجاد می شود ، مثلاً در شرایطی که در ابرنواخترها یا در برخورد بین ستاره های نوترونی دیده می شود.

یکی از فرآیندهای سنتز هسته که در برخورد ستاره های نوترونی مشاهده می شود، فرآیند جذب سریع نوترون یا فرآیند r است. این فرآیند زمانی اتفاق می افتد که هسته های اتمی به سرعت نوترون های شناور آزاد را که در جریان انفجار کیلونووا از بین می روند ، می گیرند و تبدیل آنها به عنصری سنگین تر آغاز می شود. طلا، استرانسیم، پلاتین و سایر فلزات سنگین را از این طریق بدست می آوریم.

پژوهشگران می گویند که آزمایش شان به بازتولید فرآیند r بسیار نزدیک شده است. این بدان معناست که ما ممکن است در آینده ای بسیار نزدیک، ابزاری در اختیار داشته باشیم که می تواند یکی از مسیرهای سنتز هسته را که در برخی از خشن ترین رویدادهایی که کیهان ارائه می دهد، تکرار کند.

پژوهشگران می گویند: قابلیت های منحصر به فرد FRIB، از جمله پرتوهای اولیه بسیار شدید در انرژی هایی بیش از انرژی موجود در آزمایشگاه ملی سیکلوترون ابررسانا، آن را به یک ابزار ایده آل برای کاوش حوزه نوترون ها و فراتر از آن تبدیل می کند.

پژوهشگران در FRIB میتوانند از این واکنش ها برای تولید، شناسایی و مطالعه خواص ایزوتوپ های جدید استفاده کنند و به پیشرفت های فیزیک هسته ای، اخترفیزیک و درک ما از خواص اساسی ماده کمک کنند.

این پژوهش در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.

987654