Trójwymiarowa wizualizacja trwałości izotopów w zależności od liczby neutronów i protonów w jądrze. Wyspa stabilności (Island of Stability) znajduje się tu w okolicach przecięcia współrzędnych N = 180 i Z = 110.
Współczesna (2012) ocena położenia i rozmiarów wyspy stabilności, z maksimum czasu życia dla izotopów koperniku (Z = 112). Widoczny jest także obszar wysokiej niestabilności jąder, który dla obecnie badanych dróg syntezy rozciąga się powyżej Z ≈ 120 (unbinil).

Wyspa stabilności – częściowo potwierdzona hipoteza głosząca, że istnieje grupa izotopów superciężkich pierwiastków chemicznych, których jądra atomowe wykazują znacznie wyższą trwałość, niż inne z tego obszaru liczb atomowych (Z). Termin ten został wprowadzony do terminologii fizycznej w 1966 r. przez Williama Myersa i Władysława Świąteckiego[1][2][3], a następnie był promowany przez laureata Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, Glenna Seaborga[2].

Czas połowicznego rozpadu takich izotopów może być rzędu minut, godzin, miesięcy; bardzo optymistyczne oszacowania mówią nawet o czasach rzędu milionów lat[4][5]. Uwzględnienie w obliczeniach nie jednego, a różnych możliwych kanałów (sposobów) rozpadu zmniejsza znacznie przewidywane rozmiary wyspy stabilności i przewidywany czas życia. Po uwzględnieniu możliwości rozpadu alfa, beta i rozszczepienia jądra w pobliżu Z = 114 możliwe jest istnienie kilku izotopów o czasach połowicznego rozpadu rzędu co najwyżej miesięcy[6].

Stabilność jąder

Żaden znany pierwiastek chemiczny cięższy od ołowiu nie posiada stabilnych izotopów. Co prawda bizmut, tor i uran mają izotopy, których czas połowicznego rozpadu jest rzędu miliardów lat – dlatego też spotykamy je na Ziemi – jednak żaden z nich nie jest stabilny. Olbrzymia większość masywnych jąder atomowych otrzymywanych w sztuczny sposób jest skrajnie niestabilna, co uniemożliwia syntezę wielu potencjalnie istniejących pierwiastków z „dołu” układu okresowego.

Przyczyną tego jest energia wiązania jądra, spadająca (od izotopu żelaza 56Fe) ze wzrostem liczby nukleonów. Jednak model powłokowy budowy jądra atomowego sugeruje, że dla pewnych określonych liczb protonów i neutronów jądro jest dużo silniej związane. Mówi się w takim przypadku o zamkniętej powłoce nukleonowej. Liczby takie nazywane są „liczbami magicznymi”, a największą trwałość wykazują jądra o „magicznej” liczbie zarówno protonów, jak i neutronów. Najcięższym takim znanym jądrem jest jądro 208Pb (Z = 82, N = 126).

Takie jądra posiadają teoretycznie także pierwiastki transuranowe. Obliczenia sugerują, że następna magiczna liczba protonów to 114, 120 lub 126, a neutronów to 184 lub 196. Najwyższą odporność na rozszczepienie, a zatem podwyższoną stabilność, powinny zatem wykazywać jądra Fl-298, Ubn-304 lub Ubh-310. Żadne z nich nie zostało dotąd wytworzone.

Aktualny stan badań

Dotychczasowe badania z zakresu syntezy izotopów superciężkich wskazują na wzrost czasu życia nuklidów wraz ze zbliżaniem się do przewidywanej wyspy stabilności. Wszystkie syntetyzowane obecnie izotopy najcięższych pierwiastków są zbyt ubogie w neutrony, zatem leżą daleko od jej centrum i rozpadają się zazwyczaj po upływie milisekund. Nuklidy o większej liczbie neutronów są trwalsze, przykładowo 285Cn ma czas połowicznego rozpadu ok. 29 sekund (a jego metastabilny izomer 285mCn nawet 8,9 minuty).

Jądra zdeformowane

Innym odkryciem związanym z badaniem stabilności transuranowców było stwierdzenie podwyższonej trwałości niesferycznych jąder pomiędzy obszarem względnie stabilnych izotopów uranu i toru a hipotetyczną wyspą stabilności. Nuklidy te nie rozszczepiają się, ani nie emitują promieniowania beta, lecz ulegają rozpadowi alfa. Obszar ten znajduje się w zakresie Z = 106–108, N = 160–164, znajduje się w nim podwójnie magiczne[uwaga 1] jądro 270Hs o czasie połowicznego rozpadu ok. 22 s[7].

Druga wyspa stabilności

Obliczenia teoretyczne wskazują na możliwość istnienia następnego obszaru podwyższonej stabilności w pobliżu Z = 164. Po uwzględnieniu różnych możliwych kanałów rozpadu, w pobliżu nuklidu 482164Uhq mogą istnieć jądra o czasie połowicznego zaniku rzędu godzin. Wytworzenie takich nuklidów jest poza zasięgiem obecnej aparatury naukowej. Ekstrapolacja istniejących modeli tak daleko poza obszar znanych jąder jest obarczona znacznie większą niepewnością, niż w przypadku pierwszej wyspy stabilności[6].

Uwagi

  1. ↑ Liczby magiczne dla jąder zdeformowanych są inne niż dla sferycznych.

Przypisy

  1. ↑ Helge Kragh, The search for superheavy elements: Historical and philosophical perspectives, „arXiv”, 14 sierpnia 2017, arXiv:1708.04064 [dostęp 2022-02-04] (ang.).
  2. 1 2 Transuranic Alchemy, [w:] Helge Kragh, Transuranic Alchemy, Cham: Springer International Publishing, 2018, s. 17–29, DOI: 10.1007/978-3-319-75813-8_2, ISBN 978-3-319-75812-1, OCLC 1023426787 (ang.).
  3. ↑ William D. Myers, Wladyslaw J. Swiatecki, Nuclear masses and deformations, „Nuclear Physics”, 81 (1), 1966, s. 1–60, DOI: 10.1016/0029-5582(66)90639-0 [dostęp 2022-02-04] (ang.).
  4. ↑ Superheavy Element 114 Confirmed: A Stepping Stone to the Island of Stability [online], PhysOrg.com, 24 września 2009.
  5. ↑ L. Stavsetra i inni, Independent verification of element 114 Production in the 48Ca + 242Pu reaction, „Physical Review Letters”, 103 (13), 2009, s. 132502, DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.132502, PMID: 19905506 [dostęp 2022-02-04] (ang.).
  6. 1 2 Jens Grumann i inni, Investigation of the stability of superheavy nuclei aroundZ=114 andZ=164, „Zeitschrift für Physik”, 228 (5), 1969, s. 371–386, DOI: 10.1007/BF01406719 [dostęp 2022-02-04] (ang.).
  7. ↑ J. Dvorak, W. Brüchle, M. Chelnokov, R. Dressler, Ch E. Düllmann, K. Eberhardt, V. Gorshkov, E. Jäger, R. Krücken, A. Kuznetsov, Y. Nagame, F. Nebel, Z. Novackova, Z. Qin, M. Schädel, B. Schausten, E. Schimpf, A. Semchenkov, P. Thörle, A. Türler, M. Wegrzecki, B. Wierczinski, A. Yakushev, A. Yeremin. Doubly Magic Nucleus 270108Hs162. „Physical Review Letters”. 97 (24), s. art. nr 242501, 2006. DOI: 10.1103/PhysRevLett.97.242501. PMID: 17280272. (ang.).
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.