Новости химической науки > Шаг за шагом к острову стабильности

Международной группе исследователей впервые удалось провести непосредственное измерение атомной массы трансуранового элемента.

Результаты работы демонстрируют возможность сепарации и измерения массы нестойких сверхтяжелых элементов, являясь еще одной вехой на пути к ранее теоретически предсказанной области Периодической системы химических элементов, в которой сверхтяжелые химические элементы могут, вопреки ожиданиям, существовать в стабильном состоянии – так называемого «острова стабильности».

Исследователи впервые смогли провести непосредственное измерение массы нобелия, трансуранового элемента. (Рисунок из Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature08774)

Группа исследователей из Европы и США под руководством Микаэля Блока (Michael Block) из Центра Исследования Тяжелых Ионов Гельмгольца (Германия) смогли получить, уловить и измерить массу изотопов нобелия, в состав которого входит 102 протона и от 150 до 152 нейтронов (в состав ядра атома урана входит 92 протона).

До настоящего времени определение высокоточных значений атомных масс трансурановых элементов, получаемых искусственно в термоядерных реакторах, затрудняется из-за помех, вызванных продуктами распада тяжелых ядер. Эти осколки понижают точность измерения атомных масс сверхтяжелых элементов.

По мере увеличения атомной массы химического элемента его стабильность понижается – увеличение количества протонов и нейтронов в ядре приводит к понижению устойчивости атома и увеличению вероятности самопроизвольного распада. Однако давно существуют теоретические предсказания того, что возможно существование сверхтяжелых атомов, в которых конфигурация протонов и нейтронов, а также энергия сильного внутриядерного взаимодействия, связывающего эти нуклоны, может принять состояние, позволяющее увеличить стабильность атомного ядра.

Измерение энергии связывания нуклонов в сверхтяжелых ядрах является важным фактором для понимания особенностей строения ядер этих элементов, при этом единственным надежным методом измерения этой энергии является точное измерение атомных масс – масса ядра атома отличается от суммы масс составляющих его элементарных частиц на величину так называемого «дефекта массы», величина которого позволяет определить энергию по формуле E=mc².

С помощью термоядерного реактора исследователи смогли получать небольшие количества атомов нобелия, примерно со скоростью один атом в секунду, и улавливать полученные атомы с помощью магнитного поля. Обычно атомы выходят из реактора, обладая высокой энергией, поэтому перед улавливанием их необходимо замедлить. Уменьшение скорости атомов и, соответственно, понижение их кинетической энергии, осуществлялось за счет пропускания потока атомов через камеру, заполненную гелием. После прохождения через гелий замедлившиеся атомы нобелия попадают в круговую электромагнитную камеру, в которой может быть измерена частота кругового вращения, исходя из которой вычисляется точная масса атома.

Блок отмечает, что для дальнейшей работы по поиску «острова стабильности» необходимо определить точные значения энергии сильного внутриядерного взаимодействия в сверхтыжелых элементах. В планах исследователя измерить атомную массу трансуранового элемента с большим порядковым номером.

Источник: Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature08774

метки статьи: #аналитическая химия, #радиохимия и химия высоких энергий