Σημαντικό βήμα για την ανακάλυψη νέων σταθερών σούπερ-βαρέων στοιχείων
Ευρωπαίοι ερευνητές έκαναν μια πολύ σημαντική πρόοδο στο πεδίο της πυρηνικής φυσικής. Πέτυχαν, χάρη σε μια νέα τεχνική, την πρώτη άμεση μέτρηση της μάζας ενός στοιχείου βαρύτερου από το ουράνιο. Το επίτευγμα βοηθά σημαντικά στην κατανόηση των υπερ-βαρέων στοιχείων. Και τούτο διότι για να μελετηθούν οι ιδιότητες των εν λόγω στοιχείων, που στο μέλλον μπορεί να αποδειχτούν πολύτιμα πυρηνικά καύσιμα, πρέπει να είναι γνωστή η μάζα τους.
Η ανακάλυψη φέρνει πιο κοντά τη λεγόμενη "νήσο σταθερότητας", μια - θεωρητική μέχρι σήμερα - ομάδα υπερ-βαρέων στοιχείων που έχουν πολύ μεγαλύτερη ημι-ζωή από το ουράνιο και βρίσκονται πέρα από το σημερινό γνωστό Περιοδικό Πίνακα των στοιχείων.
Το ουράνιο, με 92 πρωτόνια, είναι το βαρύτερο στοιχείο που είναι γνωστό ότι υπάρχει στη φύση. Οι επιστήμονες όμως έχουν μόνοι τους συνθέσει διάφορα άλλα στοιχεία πολύ πιο βαριά, που περιέχουν μέχρι 118 πρωτόνια, αλλά συνήθως αυτά "ζουν" μόλις ελάχιστα χιλιοστά του δευτερολέπτου από τη στιγμή που δημιουργούνται σε κάποιο ερευνητικό εργαστήριο.
Το στοιχείο που μετρήθηκε άμεσα για πρώτη φορά, είναι το τεχνητό ραδιενεργό μέταλλο νομπέλιο (Νο), το οποίο πήρε το όνομά του προς τιμήν του Άλφρεντ Νόμπελ και διαθέτει 102 πρωτόνια (δέκα περισσότερα από το ουράνιο). Το νομπέλιο παρήχθη με "βομβαρδισμό" ενός στόχου μολύβδου από ισότοπα ασβεστίου. Αυτή η διαδικασία παράγει κάθε δευτερόλεπτο ένα ισότοπο είτε Νο252, είτε Νο253, είτε Νο254.
Οι ερευνητές, υπό τον γερμανό Μίκαελ Μπλοκ του ερευνητικού εργαστηρίου Κέντρου Βαρέων Ιόντων GSI Χέλμχολτς στο Ντάρμστατ, μπόρεσαν να βρουν ένα τρόπο, για πρώτη φορά, να επιβραδύνουν τα άκρως ενεργητικά νεαρά ιόντα νομπελίου, ώστε να τα θέσουν υπό τον έλεγχό τους, προκειμένου να μετρήσουν το βάρος τους. Το πέτυχαν καθοδηγώντας τα ιόντα να διέλθουν από ένα νέφος ατόμων αερίου ηλίου, πράγμα που ανάγκασε τα ιόντα νομπελίου να χάσουν ένα σημαντικό μέρος της ενέργειάς τους μέσα από διαδοχικές συγκρούσεις.
Η ίδια η μέτρηση της μάζας των ισοτόπων του νομπελίου επιτεύχθηκε, όταν αυτά οδηγήθηκαν σε ένα θάλαμο κενού περιβεβλημένο με ισχυρά ηλεκτρο-μαγνητικά πεδία, ονομαζόμενο "παγίδα Πένιγνκ". Αφού βρέθηκαν μέσα στην "παγίδα", τα φορτισμένα ισότοπα νομπελίου "συνελήφθησαν" από το μαγνητικό πεδίο και οι μάζες τους καθορίστηκαν από τη συχνότητα κυκλοφορίας τους μέσα στο θάλαμο.
Οι πρώτες αυτές άμεσες μετρήσεις επιβεβαίωσαν προηγούμενες έμμεσες μετρήσεις. Μέχρι τώρα, ο μόνος (έμμεσος) τρόπος να μετρηθεί η μάζα ενός στοιχείου βαρύτερου από το ουράνιο, ήταν να μελετηθούν τα προϊόντα αποσύνθεσής του και να γίνουν "ανάστροφοι" υπολογισμοί μέχρι το μητρικό ισότοπο.
Η μελέτη και η μέτρηση στοιχείων βαρύτερων από το ουράνιο αποτελεί μείζονα πρόκληση για τους φυσικούς, επειδή τα ισότοπα αυτά παράγονται πολύ δύσκολα και έχουν πολύ σύντομες ημι-ζωές. Αυτό συμβαίνει επειδή ο μεγάλος αριθμός πρωτονίων και νετρονίων που συμπιέζονται στον πυρήνα τους, τα καθιστά άκρως ασταθή και επιρρεπή για σχάση.
Οι επιστήμονες όμως προσδοκούν ότι κάποια μέρα θα φτάσουν τελικά σε μια ομάδα υπερ-βαρέων στοιχείων, με τον "κατάλληλο" αριθμό πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα τους, τα οποία θα είναι πολύ πιο σταθερά και θα "ζουν" για δεκαετίες ή και περισσότερο. Τέτοια στοιχεία, αν και όταν βρεθούν, θα είναι πολύτιμα ως πυρηνικά καύσιμα, π.χ. για μελλοντικές μακρινές διαστημικές αποστολές.
Οι φυσικοί προβλέπουν ότι καθώς βαρύτερα στοιχεία ανακαλύπτονται, θα φτάσουν τελικά στην αποκαλούμενη "νήσο σταθερότητας". Κανείς δεν ξέρει με σιγουριά που θα βρίσκεται αυτή - αν όντως υπάρχει. Μερικοί επιστήμονες λένε ότι θα αφορά στοιχεία με αριθμό περίπου 120 (ή 126) πρωτονίων και 184 νετρονίων, ενώ άλλοι την τοποθετούν σε άτομα με 114 πρωτόνια. Σε κάθε περίπτωση, σύμφωνα με την θεωρία αυτή, υπάρχουν μερικοί "μαγικοί αριθμοί" που οδηγούν σε ισχυρότερους πυρηνικούς δεσμούς ανάμεσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια, καθιστώντας αυτά τα στοιχεία σταθερά.
"Απέχουμε ακόμα πολύ από τη νήσο της σταθερότητας, αλλά είναι σημαντικό να έχουμε μια λεπτομερή εικόνα για τα ραδιενεργά στοιχεία μέχρι να φτάσουμε εκεί", δήλωσε ο Μπλοκ, σύμφωνα με το Physics World και το New Scientist.
enet.gr
Το ουράνιο, με 92 πρωτόνια, είναι το βαρύτερο στοιχείο που είναι γνωστό ότι υπάρχει στη φύση. Οι επιστήμονες όμως έχουν μόνοι τους συνθέσει διάφορα άλλα στοιχεία πολύ πιο βαριά, που περιέχουν μέχρι 118 πρωτόνια, αλλά συνήθως αυτά "ζουν" μόλις ελάχιστα χιλιοστά του δευτερολέπτου από τη στιγμή που δημιουργούνται σε κάποιο ερευνητικό εργαστήριο.
Το στοιχείο που μετρήθηκε άμεσα για πρώτη φορά, είναι το τεχνητό ραδιενεργό μέταλλο νομπέλιο (Νο), το οποίο πήρε το όνομά του προς τιμήν του Άλφρεντ Νόμπελ και διαθέτει 102 πρωτόνια (δέκα περισσότερα από το ουράνιο). Το νομπέλιο παρήχθη με "βομβαρδισμό" ενός στόχου μολύβδου από ισότοπα ασβεστίου. Αυτή η διαδικασία παράγει κάθε δευτερόλεπτο ένα ισότοπο είτε Νο252, είτε Νο253, είτε Νο254.
Οι ερευνητές, υπό τον γερμανό Μίκαελ Μπλοκ του ερευνητικού εργαστηρίου Κέντρου Βαρέων Ιόντων GSI Χέλμχολτς στο Ντάρμστατ, μπόρεσαν να βρουν ένα τρόπο, για πρώτη φορά, να επιβραδύνουν τα άκρως ενεργητικά νεαρά ιόντα νομπελίου, ώστε να τα θέσουν υπό τον έλεγχό τους, προκειμένου να μετρήσουν το βάρος τους. Το πέτυχαν καθοδηγώντας τα ιόντα να διέλθουν από ένα νέφος ατόμων αερίου ηλίου, πράγμα που ανάγκασε τα ιόντα νομπελίου να χάσουν ένα σημαντικό μέρος της ενέργειάς τους μέσα από διαδοχικές συγκρούσεις.
Η ίδια η μέτρηση της μάζας των ισοτόπων του νομπελίου επιτεύχθηκε, όταν αυτά οδηγήθηκαν σε ένα θάλαμο κενού περιβεβλημένο με ισχυρά ηλεκτρο-μαγνητικά πεδία, ονομαζόμενο "παγίδα Πένιγνκ". Αφού βρέθηκαν μέσα στην "παγίδα", τα φορτισμένα ισότοπα νομπελίου "συνελήφθησαν" από το μαγνητικό πεδίο και οι μάζες τους καθορίστηκαν από τη συχνότητα κυκλοφορίας τους μέσα στο θάλαμο.
Οι πρώτες αυτές άμεσες μετρήσεις επιβεβαίωσαν προηγούμενες έμμεσες μετρήσεις. Μέχρι τώρα, ο μόνος (έμμεσος) τρόπος να μετρηθεί η μάζα ενός στοιχείου βαρύτερου από το ουράνιο, ήταν να μελετηθούν τα προϊόντα αποσύνθεσής του και να γίνουν "ανάστροφοι" υπολογισμοί μέχρι το μητρικό ισότοπο.
Η μελέτη και η μέτρηση στοιχείων βαρύτερων από το ουράνιο αποτελεί μείζονα πρόκληση για τους φυσικούς, επειδή τα ισότοπα αυτά παράγονται πολύ δύσκολα και έχουν πολύ σύντομες ημι-ζωές. Αυτό συμβαίνει επειδή ο μεγάλος αριθμός πρωτονίων και νετρονίων που συμπιέζονται στον πυρήνα τους, τα καθιστά άκρως ασταθή και επιρρεπή για σχάση.
Οι επιστήμονες όμως προσδοκούν ότι κάποια μέρα θα φτάσουν τελικά σε μια ομάδα υπερ-βαρέων στοιχείων, με τον "κατάλληλο" αριθμό πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα τους, τα οποία θα είναι πολύ πιο σταθερά και θα "ζουν" για δεκαετίες ή και περισσότερο. Τέτοια στοιχεία, αν και όταν βρεθούν, θα είναι πολύτιμα ως πυρηνικά καύσιμα, π.χ. για μελλοντικές μακρινές διαστημικές αποστολές.
Οι φυσικοί προβλέπουν ότι καθώς βαρύτερα στοιχεία ανακαλύπτονται, θα φτάσουν τελικά στην αποκαλούμενη "νήσο σταθερότητας". Κανείς δεν ξέρει με σιγουριά που θα βρίσκεται αυτή - αν όντως υπάρχει. Μερικοί επιστήμονες λένε ότι θα αφορά στοιχεία με αριθμό περίπου 120 (ή 126) πρωτονίων και 184 νετρονίων, ενώ άλλοι την τοποθετούν σε άτομα με 114 πρωτόνια. Σε κάθε περίπτωση, σύμφωνα με την θεωρία αυτή, υπάρχουν μερικοί "μαγικοί αριθμοί" που οδηγούν σε ισχυρότερους πυρηνικούς δεσμούς ανάμεσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια, καθιστώντας αυτά τα στοιχεία σταθερά.
"Απέχουμε ακόμα πολύ από τη νήσο της σταθερότητας, αλλά είναι σημαντικό να έχουμε μια λεπτομερή εικόνα για τα ραδιενεργά στοιχεία μέχρι να φτάσουμε εκεί", δήλωσε ο Μπλοκ, σύμφωνα με το Physics World και το New Scientist.
enet.gr
Αναρτήσεις
