Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Naukowcy z Wydziału Fizyki UW oraz z Narodowego Centrum Badań Jądrowych wskazują na możliwość wytworzenia w laboratoriach w niedługim czasie dwóch nowych pierwiastków superciężkich oraz kilku nowych izotopów pierwiastków już odkrytych. W obliczeniach uwzględniających nie brane wcześniej pod uwagę procesy wykorzystano model teoretyczny stworzony w Warszawie.

Wolne miejsca w 7. rzędzie układu okresowego zostały niedawno wypełnione, a nowe pierwiastki uzyskały swoje nowe nazwy. Najcięższy (o liczbie protonów Z=118) nazwano oganesson na cześć akademika i odkrywcy Yuriego Oganessiana. Naukowców wciąż jednak nurtuje pytanie czy uda się wytworzyć sztucznie jeszcze cięższe pierwiastki? Jeśli tak, to do której grupy układu okresowego będą one przynależeć? Ze względu na silne efekty relatywistyczne, które deformują rozkłady elektronów na powłokach atomowych, odpowiedź na to pytanie nie jest prosta i oczywista, a wpływ deformacji relatywistycznych na właściwości chemiczne trudny do przewidzenia.

Superciężkie pierwiastki otrzymuje się bombardując ciężkie tarcze jądrowe dużo lżejszymi rozpędzonymi jonami. Zarówno tarcze, pociski jak i energie bombardowania muszą być odpowiednio dobrane. Prawdopodobieństwo zajścia oczekiwanej reakcji jądrowej uwieńczonej wytworzeniem na ułamek sekundy jądra o nowym składzie jest ekstremalnie małe. Istniejące akceleratory służące do tego typu badań osiągnęły już granice swoich możliwości, ale buduje się nowe zderzacze, takie jak SHE-Factory w międzynarodowym instytucie w Dubnej w Rosji, które zwiększą "potencjał wytwórczy" nawet stukrotnie.

W Warszawie dysponujemy prostym, ale wiarygodnym modelem pozwalającym oszacować prawdopodobieństwo wytworzenia nowych pierwiastków w powstających nowych instalacjach – wyjaśnia profesor Krystyna Siwek-Wilczyńska z wydziału fizyki UW. Model nazywany modelem "fuzji przez dyfuzję" (ang. Fusion by Diffusion - FBD), w którym proces prowadzący do powstania nowych jąder (syntezy jądrowej) dzielimy na trzy niezależne, następujące kolejno po sobie etapy. Pierwszy opisuje prawdopodobieństwo pokonania odpychającej bariery związanej z dużym dodatnim ładunkiem jąder w zainicjowanej reakcji. Ta faza w miarę łatwo poddaje się modelowaniu.

Dużo trudniejszy w opisie jest kolejny etap, określający prawdopodobieństwo takiego przekonfigurowania układu dwóch składników, aby nowo powstała konfiguracja była na tyle stabilna, by można było traktować ją jako istniejący przez chwilę samodzielny niezależny układ jądrowy – kontynuuje wyjaśnienia profesor Michał Kowal, kierownik Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ, współautor pracy. Prawdopodobieństwo zajścia takiego procesu jest zwykle niesłychanie małe. Jeśli proces zajdzie, to takie jądro nazywamy jądrem złożonym.

Do obliczeń drugiego etapu wykorzystujemy równania Smoluchowskiego opisujące proces dyfuzji i stąd pochodzi nazwa naszego modelu – opisuje prof. Wilczyńska. Jednak analogia ze zwykłym procesem dyfuzji nie jest oczywista. Możemy w bardzo uproszczony sposób powiedzieć, że to układ jądrowy dyfunduje z konfiguracji początkowej do konfiguracji jądra złożonego. Przeszkodą dla tego procesu jest bariera potencjału oddzielająca obie konfiguracje. Proces dyfuzji jest możliwy dzięki termicznym fluktuacjom kształtu układu. Trzeci etap to rozpad utworzonego jądra złożonego. W naszych obliczeniach uwzględniamy kilka możliwych kanałów rozpadu. Najważniejsze to emisja neutronu i rozszczepienie. Nowością jest włączenie nieuwzględnionych wcześniej w modelu FBD możliwości emisji protonu lub nawet cząstki alfa. Prawdopodobieństwo emisji cząstki naładowanej jest mniejsze od prawdopodobieństwa dwóch konkurencyjnych procesów emisji neutronu lub rozszczepienia. Okazało się jednak, że wyznaczone wartości przekrojów czynnych dla tych nowych kanałów rozpadu wskazują na możliwość ich obserwacji w nowo budowanych zderzaczach. Proces emisji protonu lub cząstki alfa prowadzi do wytworzenia jąder superciężkich, które są względnie bogatsze w neutrony, a więc znajdują się bliżej hipotetycznej wyspy stabilności.

Wcześniej już zauważyliśmy, że bardzo istotne jest prawidłowe uwzględnienie zależności wyznaczanych przekrojów czynnych od momentu pędu jaki układ uzyskuje na początku procesu – dodaje dr Tomasz Cap z Zakładu Fizyki Jądrowej w NCBJ, współautor pracy. Tę zależność włączaliśmy do opisu na każdym etapie reakcji. Bardzo ważne było też wykorzystanie konsystentnego zestawu wejściowych danych takich jak masy jąder, bariery na rozszczepienie, poprawki powłokowe, deformacje jądrowe. Nasz zespół pracujący w NCBJ specjalizuje się w wykonywaniu takich obliczeń dla pierwiastków superciężkich, a wiarygodność uzyskiwanych w NCBJ wyników została potwierdzona wielokrotnie w sytuacjach, gdy możliwe jest porównanie z istniejącymi danymi doświadczalnymi. Można więc zakładać z dużym prawdopodobieństwem, że wyniki tych obliczeń, które są wiarygodne w obszarze jąder znanych, można stosować również dla nowych, niezbadanych jeszcze jąder, których prawdopodobieństwo wytworzenia chcieliśmy właśnie oszacować.

Wyniki uzyskane przez autorów są intrygujące i spektakularne. Przewidują oni, że istnieje pewna wcale nieznikoma szansa wytworzenia w nowych eksperymentach dwóch nowych pierwiastków o Z=119 i Z=120. Szczególnie obiecująca wydaje się reakcja prowadzona na tarczy 249Bk (berkelium) z użyciem pocisku 50Ti (tytanium) - przekonuje prof. Kowal. Tylko o rząd wielkości mniej prawdopodobne powinno być wytworzenie pierwiastka Z=119 na tarczy 248Cm (kiur) z wanadem (51V) jako pociskiem. Ta reakcja jest właśnie testowana w laboratorium RIKEN w Japonii. Istnieje też ciekawa możliwość wytworzenia pierwiastka Z=120 w wyniku bombardowania kiuru-248 jadrami jądrami chromu-54.

Oprócz perspektywy wytworzenia nowych pierwiastków bardzo optymistycznie wygląda sprawa wytworzenia nowych izotopów pierwiastków już znanych - uzupełnia dr Cap. Przewidujemy możliwość wytworzenia około dwudziestu takich nowych superciężkich nuklidów! Są to nowe izotopy copernicium (Z=112), nihonium (Z=113), flerovium (Z=114), moscovium (Z=115), livermorium (Z=116), a także tennessin (Z=117). To bardzo ekscytująca perspektywa.

Pomimo sporego optymizmu co do perspektyw wytwarzania nowych pierwiastków oraz ich nowych izotopów, zawsze należy zachować pewną dozę ostrożności ze względu na skalę skomplikowania opisywanego zjawiska - podkreśla profesor Siwek-Wilczyńska. Po raz pierwszy w tego typu rachunkach udało się nam prostą acz sprytną metodą oszacować błąd teoretyczny podanych przewidywań. Pokazaliśmy, że przekroje czynne, a co za tym idzie prawdopodobieństwa wytworzenia nowych superciężkich jąder, nie mogą być wyznaczone z dokładnością większą niż rząd wielkości.

Praca zatytułowana Exploring the production of new superheavy nuclei with proton and α-particle evaporation channels została opublikowana na początku maja tego roku w wiodącym czasopiśmie Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego Physical Review C.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Oczywiście, że istnieje wyspa stabilności. Tak w okolicy gwiazd neutronowych.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy teoretycy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych i Uniwersytetu Zielonogórskiego wyznaczyli i podali niezwykle istotne parametry dla ponad 1300 jąder, w tym dla jąder pierwiastków superciężkich, które do tej pory nie zostały wytworzone w laboratoriach. Wyniki te zostały właśnie opublikowane w podstawowym czasopiśmie referencyjnym fizyki jądrowej Atomic Data and Nuclear Data Tables.
      Naukowcy w wielu ośrodkach na świecie nie ustają w dążeniach do wytworzenia i zbadania nowych pierwiastków oraz ich izotopów. Ten międzynarodowy wyścig ma na celu przede wszystkim poznanie nadal tajemniczych sił wiążących jądra atomowe. Badania koncentrują się równolegle na pracach eksperymentalnych wykorzystujących potężne akceleratory i detektory oraz na pracach teoretycznych, mających wskazać najbardziej obiecujące drogi poszukiwań i zaproponować modele, które będzie można potwierdzić lub odrzucić po konfrontacji z doświadczeniem. Polscy naukowcy od kilkudziesięciu lat specjalizują się właśnie w tego typu badaniach teoretycznych, stanowiąc światową czołówkę, czego dobitnym potwierdzeniem jest zaprezentowana właśnie niezwykle obszerna i kompletna praca.
      Trzech polskich uczonych - dr Piotr Jachimowicz z Uniwersytetu Zielonogórskiego oraz Michał Kowal i Janusz Skalski profesorowie w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) - oszacowało kluczowe parametry dla 1305 jąder ciężkich i superciężkich w zakresie liczby atomowej Z od 98 do 126 (a więc także dla pierwiastków jeszcze nieodkrytych) i dla liczby neutronów N od 134 do 192.
      Do naszych obliczeń wykorzystaliśmy wielowymiarowy mikroskopowo-makroskopowy model pozwalający wyznaczyć energię wiązania jąder atomowych - tłumaczy dr Piotr Jachimowicz z UZ. Dla stanów podstawowych oraz tzw. punktów siodłowych wyznaczyliśmy takie parametry, jak: masy jądrowe, energie makroskopowe, poprawki powłokowe i deformacje jądrowe – czyli kształty, jakie przybierają jądra w stanie podstawowym, jak i w punkcie siodłowym. Z nich wyprowadziliśmy energie rozpadu alfa pomiędzy stanami podstawowymi, energie separacji jednego i dwóch nukleonów oraz statyczne, adiabatyczne wysokości barier rozszczepieniowych.
      Systematyczne rachunki dla jąder nieparzystych, szczególnie ich barier rozszczepieniowych, są bardzo rzadkie - nasza praca wypełnia tę lukę – dodaje dr hab. Michał Kowal, Kierownik Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ. W przypadku układów z nieparzystą liczbą protonów, neutronów lub obu używaliśmy standardowej metody BCS z blokowaniem. Kształty i energie w stanie podstawowym mogliśmy znaleźć poprzez minimalizację siedmiu odkształceń osiowo-symetrycznych. Poszukiwania punktów siodłowych przeprowadziliśmy metodą tzw. "zatapiania" w trzech kolejnych etapach, stosując wielowymiarowe przestrzenie deformacji, co wiązało się z potrzebą generowania gigantycznych sieci symulujących różne jądrowe kształty. W tym celu zaprzęgliśmy do obliczeń nasz superkomputer w Centrum Informatycznym w Świerku.
      Część wyników uzyskanych przez badaczy dotyczy parametrów już poznanych w eksperymencie i bardzo dobrze się z tymi danymi zgadza. Stanowi to potwierdzenie poprawności przeprowadzonej analizy i pozwala wierzyć, że wyznaczone wartości nieznanych dotąd parametrów są wiarygodne.
      Uczeni podkreślają, że udało im się stworzyć jeden z najbardziej kompletnych zestawów danych dostępnych "na rynku", niezbędny do analiz przekrojów czynnych, czyli prawdopodobieństw wytwarzania jąder superciężkich w poszczególnych kanałach syntezy. Dokładność odtwarzania mas i innych wielkości wyznaczonych w analizowanym przez nas obszarze jest jedną z najlepszych pośród istniejących oszacowań - dodaje dr hab. Janusz Skalski. Wykorzystanie przez nas pięcio- i siedmiowymiarowych przestrzeni deformacji stanowi znaczący postęp w stosunku do innych obliczeń wykonywanych do tej pory. Przeprowadzona przez nas analiza jest też jedną z niewielu, które uwzględniają jądra nieparzyste, zwykle pomijane ze względu na trudności związane z traktowaniem nieparzystego nukleonu.
      Otrzymane wyniki nieprzypadkowo trafią do annałów Atomic Data and Nuclear Data Tables. Ich znaczenie nie ogranicza się bowiem tylko do eksperymentów mających na celu wytworzenie nowych nuklidów. Wyznaczyliśmy parametry, których znajomość może mieć istotne znaczenie także i dla innych obszarów badań - wyjaśnia dr hab. Michał Kowal. Między innymi wyznaczyliśmy własności dla jąder z grupy aktynowców, ważne z punktu widzenia fizyki reaktorowej. Wyznaczone i podane w pracy parametry mogą zostać wykorzystane w analizach astrofizycznych i przewidywaniach dotyczących nukleosyntezy na poszczególnych etapach ewolucji wszechświata.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Tonąca padlina ryb żyjących w wodach przy powierzchni transportuje toksyczną rtęć do najbardziej odległych i niedostępnych części oceanów, w tym do Rowu Mariańskiego.
      Większość tej rtęci zaczyna swoją długą podróż do rowów oceanicznych jako zanieczyszczenie atmosferyczne z elektrowni węglowych, górnictwa czy fabryk cementu.
      To 2 podstawowe wnioski, wysnute przez zespół, którego pracami kierował Joel Blum z Uniwersytetu Michigan. Autorzy publikacji z pisma PNAS analizowali izotopowy skład rtęci z ryb (dennikowatych) i skorupiaków (obunogów) z dwóch rowów oceanicznych: Rowu Mariańskiego i Kermadec.
      Rtęć, która jak sądzimy, była kiedyś w stratosferze, znajduje się teraz w najgłębszych rowach oceanicznych na Ziemi - podkreśla Blum.
      Wcześniej wiele osób uważało, że antropogeniczna rtęć jest ograniczona głównie do 1000 m pod powierzchnią oceanów. My jednak odkryliśmy, że choć część rtęci w rowach oceanicznych ma pochodzenie naturalne, to większość wiąże się z ludzką działalnością.
      Na czerwcowej konferencji ekipa Bluma i grupa Ruoyu Suna z Tianjin University niezależnie doniosły o wykryciu antropogenicznej rtęci w organizmach z rowów oceanicznych.
      Chińczycy (ich wyniki ukazały się 7 lipca w Nature Communications) doszli do wniosku, że rtęć dostaje się do rowów oceanicznych z mikroskopijnymi fragmentami tonącej materii organicznej, nieustannie opadającymi z położonych wyżej warstw wody.
      W artykule z PNAS Blum i inni sugerują jednak, że większość rtęci dostaje się do rowów z padliną ryb żerujących w wyższych warstwach oceanu.
      Czemu ma znaczenie, czy rtęć z rowów pochodzi z tonącej padliny ryb, czy z deszczu detrytusu? Ponieważ naukowcy i ustawodawcy chcą wiedzieć, jak globalne zmiany w emisji rtęci wpłyną na jej poziom w organizmach morskich. Mimo że w ostatnich latach emisje w Ameryce Północnej i Europie uległy obniżeniu, Chiny oraz Indie rozszerzają wykorzystanie węgla, przez co emisje w skali globalnej rosną.
      Próbując określić wpływ na organizmy morskie, naukowcy polegają na modelach globalnych. Dopracowanie tych modeli wymaga jak najdokładniejszego określenia obiegu rtęci w oceanach, a także między oceanem a atmosferą.
      Owszem, jemy ryby schwytane w płytszych wodach, a nie w rowach oceanicznych. Aby jednak modelować przyszłe zmiany w wodach blisko powierzchni, musimy określić obieg rtęci w całym oceanie - wyjaśnia Blum.
      Naukowcy przypominają, że każdego roku w wyniku ludzkiej aktywności do atmosfery dostaje się sporo rtęci (> 2000 t). Bywa, że pokonuje ona wiele kilometrów, nim osiądzie na ziemi lub na powierzchni wody. Mikroorganizmy mogą ją biotransformować do metylortęci (MeHg), która akumuluje się w rybach, osiągając poziomy toksyczne dla ludzi i innych stworzeń.
      Naukowcy przypominają o neurotoksycznym działaniu MeHg. Wg autorów publikacji "Ryby i owoce morza jako źródło narażenia człowieka na metylortęć" [PDF], metylortęć łatwo przenika przez barierę krew-mózg oraz krew-łożysko. Przechodzi także do mleka matek, przyczyniając się do narażenia niemowląt, które mogą kumulować rtęć w krwinkach i mózgu. Powoduje to uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego. Mózg rozwijającego się płodu jest najbardziej wrażliwy na toksyczne działanie metylortęci.
      W ramach swoich badań Blum i inni analizowali skład izotopowy metylortęci z tkanek dennikowatych i obunogów, schwytanych na głębokości do 10.250 m w Rowie Mariańskim i do 10.000 m w Rowie Kermadec.
      Zważywszy na głębokość rowów i ciśnienie, trudno zdobyć te próbki. Rowy oceaniczne należą do najsłabiej zbadanych ekosystemów, a dennikowate z Rowu Mariańskiego odkryto dopiero w 2014 r.
      Akademicy przypominają, że rtęć ma siedem stabilnych (nieradioaktywnych) izotopów. Stosunek różnych izotopów daje unikatową chemiczną sygnaturę, którą można wykorzystać jako narzędzie diagnostyczne do porównywania próbek z poszczególnych lokalizacji.
      Stosując różne techniki (wiele z nich powstało w laboratorium Bluma), naukowcy wykazali, że rtęć z obunogów i dennikowatych z rowów miała sygnaturę pasującą do rtęci z żerujących na głębokości ok. 500 m ryb ze środkowego Pacyfiku. Ryby te były analizowane przez zespół Bluma w ramach wcześniejszego badania.
      Jednocześnie Amerykanie zauważyli, że izotopowy skład rtęci z tonących drobinek detrytusu nie pasował do sygnatury organizmów z rowów.
      Naukowcy wyciągnęli więc wniosek, że rtęć z organizmów z rowów została przetransportowana z padliną ryb żerujących w oświetlonej warstwie wody blisko powierzchni (tam zaś większość rtęci pochodzi ze źródeł antropogenicznych).
      Badaliśmy organizmy z rowów, ponieważ żyją one w najgłębszych i najodleglejszych zakątkach Ziemi i oczekiwaliśmy, że tamtejsza rtęć będzie niemal wyłącznie pochodzenia geologicznego - z głębinowych źródeł wulkanicznych. Tymczasem, ku naszemu zdziwieniu, znaleźliśmy dowody wskazujące, że rtęć w organizmach z rowów pochodzi z warstwy fotycznej oceanu.
      Antropogeniczna rtęć trafia do oceanu w postaci opadu, depozycji suchej (kurzu naniesionego przez wiatr), a także spływu z rzek.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...