Các đồng vị của các nguyên tố hóa học thứ 120 và thứ 124 có khuynh hướng tuổi thọ • Igor Ivanov • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • Vật lý, Hóa học

Các đồng vị của các nguyên tố hóa học thứ 120 và 124 có khuynh hướng kéo dài tuổi thọ

Hình 1. Máy dò INDRA trong phòng thí nghiệm gia tốc GANIL của Pháp, nơi thu được kết quả mô tả. Ảnh từ phototheque.in2p3.fr

Các nhà vật lí Pháp đã xác nhận một cách thực nghiệm những dự đoán của các nhà lí thuyết rằng một số đồng vị của các nguyên tố 120 và 124 đã tăng tính ổn định. Có lẽ, những nguyên tố này có đồng vị thực sự tồn tại lâu.

Việc tìm kiếm các đồng vị tồn tại lâu dài của các yếu tố siêu nặng là một trong những phần hấp dẫn nhất của vật lý hạt nhân. Ngày nay, nhiều yếu tố chuyển hóa đã được tổng hợp, nhưng tất cả chúng đều không ổn định. Các nhà lý thuyết từ lâu đã tiên đoán rằng trong số “biển” của các đồng vị không ổn định này có thể tồn tại “các hòn đảo ổn định” – các nhóm đặc biệt của hạt nhân có tuổi thọ dài bất thường.

Lập luận phổ biến nhất ủng hộ điều này là dự báo của mô hình hạt nhân, vốn đã làm việc tốt cho mô tả của hạt nhân bình thường. Trong mô hình này, một proton hoặc nơtron chứa đầy đầy đủ mang lại cho hạt nhân sự ổn định đặc biệt, làm tăng đáng kể tuổi thọ của nó. Tính toán dựa trên các mô hình vỏhọ dự đoán những hòn đảo ổn định ở đâu đó trong khu vực từ thứ 114 đến phần tử thứ 126 (các giá trị khác nhau thu được trong các mô hình khác nhau). Nó là cho các đồng vị như vậy mà nhiều nhà vật lý đang săn bắn.

Kỷ lục vẫn là sự tổng hợp các yếu tố 116 và 118 tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Chung ở Dubna, Vùng Moscow. Các nhà vật lí Dubna có kế hoạch khám phá những nguyên tố nặng hơn, nhưng phải nhớ rằng sự tổng hợp trực tiếp của chúng trong sự va chạm của hạt nhân nhẹ hơn là một nhiệm vụ rất khó khăn. Thứ nhất, chỉ có hạt nhân có đủ số lượng neutron mới có thể ổn định hơn hoặc ít hơn. Để tổng hợp chúng, cần phải đẩy các hạt nhân thừa neutron ánh sáng, đó là bản thân chúng hiếm. Thứ hai, cốt lõi càng nặng thì khả năng sinh ra càng ít, do đó trong những tháng dài hoạt động của máy gia tốc chỉ có một vài lõi được sinh ra.

Trong ánh sáng này, các nhà vật lý thực nghiệm cũng đang tìm kiếm những thứ khác, có lẽ không trực tiếp, cách để xác minh các dự đoán của các nhà lý thuyết. Một phương pháp như vậy đã được thử nghiệm thành công gần đây bởi một nhóm các nhà vật lý làm việc với máy dò INDRA trên máy gia tốc hạt nhân nặng GANIL ở thành phố Caen của Pháp. Một bài báo có kết quả thử nghiệm của họ đã xuất hiện gần đây trên tạp chí Thư đánh giá vật lý.

Người Pháp đã không bắt đầu đuổi theo các đồng vị dài của các hạt nhân siêu nặng, nhưng quyết định chỉ đơn giản là đo tuổi thọ của hạt nhân “thiếu neutron”, tương đối đơn giản để có được. Để thực hiện điều này, họ đã tiến hành ba loạt thí nghiệm – chiếu xạ một mục tiêu niken với hạt nhân urani (hạt nhân có điện tích Z = 120 được hình thành ở sự hợp nhất của các hạt nhân), và một mục tiêu germanium với hạt nhân chì và urani (hạt nhân với Z = 114 và 124 được hình thành).

Các hạt nhân kết quả là rất không ổn định, nhưng sự bất ổn định của sự bất ổn là khác nhau, và trong cuộc trò chuyện này một số con số nên được lưu giữ trong tâm trí. Trong các phản ứng hạt nhân điển hình, các hạt chuyển động với tốc độ 1/10 tốc độ ánh sáng, và do đó, chúng di chuyển một khoảng cách bằng đường kính của một hạt nhân nặng (tức là, khoảng 10 Fermi, hoặc 10-14 m), khoảng 10-21 c. Lần này có thể được gọi là thời gian hạt nhân điển hình. Nếu tại sự kết hợp của hai hạt nhân một hạt nhân nặng được hình thành, mà không có sự ổn định nhỏ, sau đó nó sẽ tan rã trong khoảng thời gian đó. Nếu có một yếu tố giữ lại sự tan rã của hạt nhân, thì nó tồn tại lâu hơn thời gian này.

Điều mà người Pháp quản lý là tìm ra hạt nhân nào họ nhận được sống hơn 1 atto giây (10-18 c), dài hơn hàng nghìn lần so với thời gian hạt nhân điển hình. Đây là bằng chứng cho thấy một số đồng vị được phân biệt bằng sự ổn định gia tăng.

Đối với điều này, các tác giả của bài báo sử dụng cái gọi là hiệu ứng đổ bóng. Ý tưởng của phương pháp này như sau (xem Hình 2). Trong tinh thể, hạt nhân nguyên tử được sắp xếp theo kiểu thông thường – dọc theo mặt phẳng tinh thể (tuy nhiên, do sự rung động nhiệt của nguyên tử, thứ tự này không nghiêm ngặt, nhưng gần đúng). Nếu một tinh thể mục tiêu nhỏ được chiếu xạ với một dòng hạt nhân nặng, thì hạt nhân phóng xạ hợp nhất với hạt nhân của mục tiêu và sau đó, ở cùng một chỗ, rơi thành từng mảnh mảnh, bay theo các hướng khác nhau. Tuy nhiên, những mảnh vỡ bay dọc theo các mặt phẳng tinh thể sẽ không thể chạm tới detector, vì đường đi của chúng sẽ đi qua phần còn lại của hạt nhân trong mặt phẳng này. Do đó, trong detector của hạt nhân sinh ra theo hướng này (nghĩa là, khi góc ψ gần bằng không), bóng thực từ mặt phẳng tinh thể sẽ được quan sát.

Hình 2. Sử dụng hiệu ứng đổ bóng để đo thời gian sống của hạt nhân nguyên tử không ổn định. Ở bên trái: hình học của sự phát xạ của hạt nhân con gái sau sự phân rã của một hạt nhân không ổn định. Nếu phân rã xảy ra trực tiếp trên mặt phẳng tinh thể, thì hạt nhân con gái sẽ không thể bay dọc theo mặt phẳng, chúng sẽ bị hấp thụ bởi các hạt nhân khác. Nếu hạt nhân không ổn định có thời gian để di chuyển, các sản phẩm phân rã cũng có thể đi dọc theo mặt phẳng tinh thể. Ở bên phải: sự phụ thuộc điển hình của số lần phát hiện trên góc lệch của trục tinh thể, thu được trong detector. "Thất bại" ở góc độ lệch nhỏ là bóng từ mặt phẳng tinh thể, nhưng bóng này là một phần. Theo "chiều sâu" của bóng tối, có thể xác định tuổi thọ gần đúng của hạt nhân không ổn định. Hình từ câu chuyện của Joseph Natovitz (Joseph B. Natowitz) về bài viết đang được thảo luận trong Phys. Rev. Lett.

Nếu lõi có độ ổn định cao, thì nó sẽ sụp đổ không ngay lập tức sau khi sáp nhập, nhưng sau một thời gian ngắn. Độ trễ thời gian của thứ tự là 1 attosecond là đủ để nó bay ra khỏi mặt phẳng tinh thể và tan rã giữa các mặt phẳng. Các hạt nhân con đã bay thẳng dọc theo mặt phẳng không còn bị hấp thụ và bình tĩnh tiếp cận máy dò.Nói cách khác, không có bóng theo hướng này.

Trong một tình huống thực tế sẽ có hạt nhân chia tay ngay lập tức và với một sự chậm trễ. Do đó, bóng sẽ không đầy đủ, như trong hình. 2 bên phải. Nhưng đã thực tế rất quan sát một cái bóng không hoàn chỉnh cho thấy rằng ít nhất một số hạt nhân bị trì hoãn bởi hàng trăm và hàng nghìn lần thời gian hạt nhân điển hình hơn trước khi phân rã.

Đó là phương pháp mà các nhà vật lý Pháp sử dụng để nghiên cứu sự ổn định của các đồng vị của các nguyên tố 114, 120 và 124. Nhiệm vụ này không dễ dàng, vì các sản phẩm phân rã và năng lượng của chúng không cố định và có thể thay đổi trong giới hạn khá rộng. Tuy nhiên, do đặc điểm tốt của máy dò trong trường hợp của hạt nhân với Z = 120 và 124, họ đã có thể xác định phần “sống lâu” (tức là, sống đáng chú ý lâu hơn 1 attosecond) một phần của hạt nhân. Nhưng đối với hạt nhân với Z = 114, hiệu ứng này không được quan sát.

Câu hỏi có thể nảy sinh: việc sử dụng những hạt nhân không ổn định này là gì? Điều gì làm cho nó khác biệt nếu họ sống trong một phần trăm giây hoặc một trăm attosecond?

Vấn đề ở đây là tất cả các đồng vị thiếu neutron thiếu ổn định được đảm bảo cũng có đồng vị nặng hơn, “đủ neutron”.Ở đây chúng cũng có thể xuất hiện những cái gan thật dài, có thể đạt tới độ ổn định tuyệt đối. Theo kinh nghiệm, họ vẫn chưa được tổng hợp, nhưng các nhà lý thuyết đang tích cực nghiên cứu tài sản của họ. Và bây giờ, mức độ mà một hoặc một mô hình lý thuyết khác có thể được kiểm tra trên hạt nhân “thiếu neutron” với sự trợ giúp của dữ liệu thực nghiệm mới.

Do đó, dữ liệu thu được gián tiếp chỉ ra rằng các nguyên tố hóa học thứ 120 và 124 có thể có các đồng vị tồn tại lâu dài, và do đó, nó đáng để săn tìm chúng.

Nguồn: M. Morjean et al. Các phép đo thời gian phân hạch: Một đầu dò mới vào thành phần Superheavy Stability // Phys. Rev. Lett. 101, 072701 (11 tháng 8 năm 2008); toàn văn – PDF, 290 Kb.

Xem thêm:
1) J. B. Natowitz. Làm thế nào ổn định là hạt nhân nặng nhất? // Vật lý 1, 12 (2008) – một câu chuyện về công việc đang thảo luận.
2) S. A. Karamyan. Phép đo thời gian phản ứng hạt nhân với các ion nặng // Etsha, 1986, vol. 17, vol. 4, s. 753.
3) A.F. Tulinov. Ảnh hưởng của mạng tinh thể trên một số quá trình nguyên tử và hạt nhân // Physics-Uspekhi, 1965, T. 87, vol. 4, s. 585.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: