Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Poznaliśmy nowy izotop najrzadszego pierwiastka na Ziemi, astatu
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Zespół kierowany przez naukowców z Instytutu Współczesnej Fizyki (IMP) Chińskiej Akademii Nauk zsyntetyzował nowy izotop plutonu, 227Pu. To 39. nowy izotop odkryty przez uczonych z IMP oraz pierwszy izotop plutonu zaobserwowany przez chińskich naukowców. Prace zostały przeprowadzone przy użyciu Spectrometer for Heavy Atoms and Nuclear Structure znajdującym się w Ośrodku Badań Ciężkich Jonów w Lanzhou.
Nowy izotop uzyskano w reakcji fuzji-ewaporacji 192Os(40Ar,5n). Uczeni zaobserwowali dziewięć szeregów promieniotwórczych, dzięki którym energię promieniowania alfa nowego izotopu określili na 8191 keV, a jego czas półrozpadu na 0,78 s. Dane te dobrze pasują do systematyki wcześniej znanych izotopów plutonu.
Chińscy uczeni skupiają się na poszukiwaniu kolejnych izotopów Pu. Chcą dzięki nim zrozumieć ewolucję powłok tego pierwiastka. Nowo odkryty pluton-227 ma 133 neutrony, zatem o 7 więcej od magicznej liczby 126. Uczeni chcą zbadać zjawiska zachodzące przy liczbie magicznej, dlatego też będą starali się uzyskać lżejsze izotopy plutonu, od 221Pu do 226Pu.
Określenie „magiczny” w odniesieniu do jąder atomowych wynika z modelu powłokowego. Możemy bowiem z niego wywnioskować, że te jądra, których powłoki są wypełnione, mają większą energię wiązania, są zatem stabilniejsze niż inne jądra. Liczby protonów i neutronów, dla których powłoki są wypełnione, nazywane są liczbami magicznymi. Obecnie uznane liczby magiczne zarówno dla protonów jak i neutronów to 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126. Stąd też chęć dotarcia do „wyspy stabilności”, która powinna znajdować się przy 126 neutronach.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Chińscy astronomowie znaleźli najcięższy pierwiastek kiedykolwiek zauważony na egzoplanecie. Wei Wang i jego koledzy z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Chin poinformowali o zaobserwowaniu samaru w atmosferze planety MASCARA-4b. Pierwiastki o tak dużej masie są dość rzadkie i trudne do zaobserwowania, jednak mogą nam wiele powiedzieć o tworzeniu się i ewolucji planet.
MASCARA-4b znajduje się w odległości około 550 lat świetlnych od Ziemi. To gorący jowisz, gazowy olbrzym, o średnicy 1,5 raza większej od średnicy Jowisza. Masa planety jest ponad 3 razy większa od masy Jowisza, a temperatura na jej powierzchni wynosi około 1900 stopni Celsjusza. Planeta obiega swoją gwiazdę macierzystą w ciągu niecałych 3 ziemskich dni. Gwiazda, MASCARA-4, ma średnicę niemal 2-krotnie większą od Słońca, a jej temperatura sięga 7730 stopni Celsjusza.
Chińczycy badali MASCARĘ-4b za pomocą Very Large Telescope w Chile, analizując spektrum światła jej gwiazdy przefiltrowanego przez atmosferę planety. W ten sposób znaleźli wiele masywnych pierwiastków jak na przykład bar. Dotychczas dzierżył on miano najcięższego pierwiastka znalezionego na egzoplanecie. Zaobserwowano jednak też samar, który zawiera o sześć protonów więcej niż bar, a jego liczba atomowa to 62.
Wang zauważa, że każda gwiazda i planeta powinny posiadać te pierwiastki. Jednak zagadką pozostaje, dlaczego można je zauważyć. Ze względu na swoją masę pierwiastki te powinny znajdować się niżej, w regionach o wyższym ciśnieniu i nie powinniśmy być w stanie tak łatwo ich obserwować.
Znalezienie samaru może wskazywać po pierwsze na to, że bardzo gorące jowisze mogą zawierać mniej lekkich pierwiastków niż atmosfery innych egzoplanet, po drugie zaś, że zawierają one bardzo mało pary wodnej i tlenu, z którymi samar reaguje.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół naukowy, na którego cele stali specjaliści z Uniwersytetu w Pekinie wykorzystał National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) na Michigan State University do stworzenia najlżejszego ze znanych izotopów magnezu. Jest on tak niestabilny, że rozpadł się, zanim uczeni mogli dokonać bezpośrednich pomiarów.
Jedno z najważniejszych pytań brzmi, skąd wzięły się pierwiastki we wszechświecie, mówi jeden z liderów badań, profesor Kyle Brown z Facility for Rare Isotoope Beams (FRIB). Jak one powstały? Jak przebiegał taki proces?, dodaje.
Ziemia jest pełna magnezu, który powstał przed miliardami lat w gwiazdach. Magnez stanowi bardzo ważny składnik naszej diety, jest ważnym elementem tworzącym skorupę ziemską. Jednak jest to magnez stabilny, którego jądro się nie rozpada. Tymczasem nowy izotop jest zbyt niestabilny, by mógł istnieć w naturze. Takie izotopy są uzyskiwane w akceleratorach cząstek i rozpadają się w ułamku sekundy. Jednak dzięki ich tworzeniu i badaniu naukowcy mogą dopracowywać i testować modele, które wyjaśniają nam, jak powstają i są zbudowane jądra atomowe. To z kolei pozwala nam przewidywać, co dzieje się w ekstremalnych warunkach w przestrzeni kosmicznej. Warunkach, których być może nigdy nie będziemy w stanie odtworzyć na Ziemi, by bezpośrednio badać zachodzące tam zjawiska.
Testując nasz modele i czyniąc je coraz lepszymi i lepszymi, możemy dokonywać ich ekstrapolacji na miejsca, w których nie możemy dokonywać pomiarów i na tej podstawie sprawdzać, jakie procesy tam zachodzą, wyjaśnia Brown.
Już NSCL, wiodące w USA miejsce badań nad rzadkimi izotopami, daje uczonym olbrzymie możliwości. Natomiast FRIB, którego uruchomienie przewidziano na przyszły rok, będzie miejscem absolutnie wyjątkowym. Naukowcy z całego świata będą mogli tworzyć tam izotopy niemożliwe do uzyskania nigdzie indziej. Takie miejsca jak FRIB nie tylko zwiększają naszą wiedzę o wszechświecie, ale pozwalają np. na udoskonalanie metod leczenia nowotworów. Dzięki FRIB możliwe będzie prowadzenie niedostępnych dotychczas badań, a ośrodek przez wiele dekad będzie dostarczał nowych odkryć. Niedawno informowaliśmy, że naukowcy z obu ośrodków odkryli zdeformowane jądro podwójnie magiczne i znaleźli zaginioną masę cyrkonu-80.
Wspomniany na wstępie najlżejszy izotop magnezu to magnez-18. Jądra wszystkich atomów magnezu zawierają 12 protonów. Dotychczas najlżejszym z nich był magnez-19, w jądrze którego obok protonów jest 7 neutronów. Uczeni postanowili uzyskać jądro lżejsze o jeden neutron.
Pracę rozpoczęli od stabilnego magnezu-24. Cyklotron w NSCL przyspieszył strumień jąder magnezu-24 do około połowy prędkości światła, a następnie zderzył go z folią wykonaną z berylu. W wyniku kolizji powstaje mieszanina różnych izotopów lżejszych od magnezu-24. Musimy z tego wyodrębnić interesujący nas izotop, mówi Brown.
W tym przypadku był to magnez-20. To niestabilny izotop, który rozpada się w ciągu dziesiątych części sekundy. Naukowcy mieli więc ułamki sekundy na zderzenie magnezu-20 z kolejnym celem wykonanym z berylowe folii. Cel znajdował się w odległości około 30 metrów. Nasz strumień podróżował z połową prędkości światła, więc szybko tam dotarł, stwierdza Brown.
W wyniku tego zderzenia uzyskano poszukiwany magnez-18. Tutaj sprawy wyraźnie się skomplikowały, gdyż izotop ten istnieje przez jedną tryliardową (10-21) części sekundy. To tak krótki czas, że izotop ten istnieje wyłącznie w postaci jądra, gdyż nie zdążą się wokół niego pojawić elektrony. Prawdę mówiąc, to tak krótko, że atom magnezu-18 nie zdąży nawet opuścić folii. Rozpadł się w jej wnętrzu.
To zaś oznacza, że naukowcy nie mogli bezpośrednio zmierzyć właściwości uzyskanego izotopu. Jednak mogli o nich wnioskować na podstawie produktów jego rozpadu. Najpierw jądro magnezu-18 odrzuciło dwa protony, stając się neonem-16. Z tego pierwiastka odrzucone zostały kolejne dwa protony i powstał tlen-14. Analizując wspomniane protony oraz tlen, które wydostały się z berylowej folii, naukowcy byli w stanie określić właściwości magnezu-18.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy poszukujący „wyspy stabilności” odkryli nowy izotop darmsztadu i nowy stan wzbudzony kopernika-282. Stwierdzili jednocześnie, że „wyspy” należy szukać nie tam, gdzie przewidywały wcześniejsze teorie, ale nieco dalej. Wyprawa do wyspy stabilności obrała nowy kurs, stwierdził Anton Såmark-Roth z Uniwersytetu w Lund.
W latach 60. pojawiły się teorie dotyczące możliwego istnienia superciężkich pierwiastków. Stwierdzono wtedy, że w okolicy nieznanego jeszcze wówczas pierwiastka o liczbie atomowej 114 powinna istnieć „wyspa stabilności”, gdzie superciężkie pierwiastki będą trwały dłużej.
Najcięższym występującym w naturze pierwiastkiem jest uran, którego jądro zawiera 92 protony i 146 neutronów. Jądra cięższych pierwiastków, z powodu wzrastającej liczby protonów, są coraz bardziej niestabilne. Rozpadają się więc coraz szybciej, w ułamku sekundy. Jeśli jednak w jądrze pojawi się „magiczna liczba” protonów i/lub netronów, jądro takie staje się stabilne. Niedawno informowaliśmy, że CERN bada magię liczby 32. Pod koniec lat 60. fizycy teoretyczni przewidywali, że taka wyspa stabilności powinna istnieć wokół pierwiastka o liczbie atomowej 114.
Obecnie najcięższym znanym nam pierwiastkiem jest zsyntetyzowany w 2002 roku oganeson. Jego liczba atomowa to 118. Bardzo trudno jest go uzyskać, a jeszcze trudniej badać, gdyż czas półrozpadu tego pierwiastka to około 1 milisekundy.
To Święty Graal fizyki atomowej. Wielu naukowców marzy o odkryciu czegoś tak egzotycznego, jak długotrwały, a może nawet stabilny, superciężki pierwiastek, mówi Anton Såmark-Roth. Wszedł on w skład międzynarodowego zespołu pracującego pod kierunkiem profesora Dirka Rudolpha z Uniwersytetu w Lund.
Naukowcy wzięli na warsztat pierwiastek flerow o liczbie atomowej 114, a konkretnie jego dwa lżejsze izotopy flerow-288 i flerow-286.
W niemieckim Centrum Badań nad Ciężkimi Jonami (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) uczeni użyli synchrotronu, za pomocą którego przyspieszali do 10% prędkości światła atomy wapnia-48 i bombardowali nimi pluton-244. W ten sposób otrzymywali pojedyncze atomy flerowa i obserwowali ich rozpad. W czasie 18-dniowego eksperymentu zaobserwowali kilkadziesiąt takich rozpadów.
W czasie badań zauważyli nowe, nieznane dotychczas drogi rozpadu tego pierwiastka. Szczególnie interesujące były dwie. Pierwsza z nich, w ramach której flerow-288 rozpadał się do kopernika-284, a ten do nieznanego wcześniej darmstadu-280. W drugim interesującym łańcuchu zaobserwowano rozpad flerowu-286 do wzbudzonego kopernika-282, który zawierał parzystą liczbę protonów i parzystą neutronów. Nigdy wcześniej nie zauważono takiego zjawiska we wzbudzonym superciężkim jądrze.
Obserwacja obu tych łańcuchów oraz istnienie wzbudzonego kopernika-282 pozwala na opracowanie nowych modeli teoretycznych dotyczących zarówno flerowa-298, jak i wyspy stabilności.
To były trudne, ale bardzo udane badania. Teraz wiemy, że wyspy stabilności powinniśmy poszukiwać nie w okolicach 114., ale 120. pierwiastka, który jeszcze nie został odkryty, mówi Såmark-Roth.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Jedną z największych tajemnic fizyki jądrowej jest odpowiedź na pytanie, dlaczego wszechświat jest zbudowany z takich a nie innych pierwiastków. Dlaczego nie z innych? Naukowców szczególnie interesują procesy fizyczne stojące u podstaw powstania ciężkich pierwiastków, jak złoto, platyna czy uran. Obecnie uważa się, że powstają one podczas łączenia się gwiazd neutronowych oraz eksplozji gwiazd.
W Argonne National Laboratory opracowano nowe techniki badania natury i pochodzenia ciężkich pierwiastków, a uczeni z Argonne stanęli na czele międzynarodowej grupy badawczej, która prowadzi w CERN eksperymenty mające dać nam wgląd w procesy powstawania egzotycznych jąder i opracowani modeli tego, co dzieje się w gwiazdach i wydarzeń we wczesnym wszechświecie.
Nie możemy sięgnąć do wnętrza supernowych, więc musimy stworzyć na Ziemi ekstremalne warunki, jakie w nich panują i badać reakcje, jakie tam zachodzą, stwierdził fizyk Ben Kay z Argonne National Laboratory i główny autor najnowszych badań.
Uczonym biorącym udział w projekcie udało się – jako pierwszym w historii – zaobserwować strukturę jądra o mniejszej liczbie protonów niż w jądrze ołowiu i o liczbie neutronów przekraczających 126. To jedna z liczb magicznych fizyki jądrowej. Liczba magiczne dla protonów i neutronów wynoszą m.in. 8, 20, 28, 50 i 126. To wartości kanoniczne. Fizycy wiedzą, że jądra atomów o takich wartościach charakteryzują się zwiększoną stabilnością. Jądra o liczbie neutronów powyżej 126 są słabo zbadane, gdyż trudno je uzyskać. Wiedza o ich zachowaniu jest kluczowa dla zrozumienia procesu wychwytu neutronu (proces r), w wyniku którego powstaje wiele ciężkich pierwiastków.
Obecnie obowiązujące teorie przewidują, że proces r zachodzi w gwiazdach. W tych bogatych w neutrony środowiskach jądra atomowe mogą rosnąć wychwytując neutrony i tworząc cięższe pierwiastki. Proces ten jest na tyle szybki, że nowe cięższe pierwiastki tworzą się zanim jeszcze dojdzie do rozpadu.
Twórcy eksperymentu skupili się na izotopie rtęci 207Hg. Jego badanie może bowiem rzucić światło na ich bezpośrednich sąsiadów, jądra bezpośrednio zaangażowane w proces r. Naukowcy najpierw wykorzystali infrastrukturę HIE-ISOLDE w CERN. Wysokoenergetyczny strumień protonów skierowali na roztopiony ołów. W wyniku kolizji powstały setki egzotycznych radioaktywnych izotopów. Odseparowali z nich 206Hg i w akceleratorze HIE-ISOLDE wytworzyli strumień jąder o najwyższej osiągniętej tam energii. Strumień skierowali na deuter znajdujący się w ISOLDE Solenoidal Spectrometer.
Żadne inne urządzenie na świecie nie jest w stanie wytworzyć strumienia jąder rtęci o tej masie i nadać mu takiej energii. To w połączeniu z wyjątkową rozdzielczością ISS pozwolió nam na przeprowadzenie pierwszych w historii obserwacji stanów wzbudzonych 207Hg, mówi Kay. Dzięki ISS naukowcy mogli więc obserwować, jak jądra 206Hg przechwyciły neutron stając się 207Hg.
Deuter to ciężki izotop wodoru. Zawiera proton i neutron. Gdy 206Hg przechwytuje z niego neutron, dochodzi do odrzutu protonu. Emitowane w tym procesie protony trafiają do detektora w ISS, a ich pozycja i energia zdradzają kluczowe informacje o strukturze jądra. Informacje te mają bardzo duży wpływ na proces r i uzyskane w ten sposób dane pozwalają na przeprowadzenie istotnych obliczeń.
ISS korzysta z pionierskiej koncepcji opracowanej przez Johna Schiffera z Argonne National Laboratory. Na podstawie jego pomysłu zbudowano w Argone urządzenie HELIOS. Pozwoliło ono na badanie właściwości jąder atomowych, których wcześniej nie można było badać. HELIOS stał się inspiracją do zbudowania w CERN-ie ISS. Urządzenie to pracuje od 2008 roku i uzupełnia możliwości HELIOS.
Przez ostatnich 100 lat fizycy mogli zbierać informacje o jądrach atomowych dzięki bombardowaniu ciężkich jąder lekkimi jonami. Jednak reakcja przeprowadzana w drugą stronę, gdy ciężkie jądra uderzały w lekkie cele, prowadziła do pojawiania się wielu zakłóceń, które trudno było wyeliminować. Udało się to dopiero za pomocą HELIOS.
Gdy ciężka kula uderza w lekki cel dochodzi do zmiany kinematyki i uzyskane w ten sposób spektra są skompresowane. John Schiffer zauważył, że gdy do takiej kolizji dochodzi wewnątrz magnesu, wyemitowane w jej wyniku protony wędrują po spiralnym torze w kierunku detektora. Opracował pewną matematyczną sztuczkę, która opisuje tę kinematyczna kompresję, otrzymujemy więc zdekompresowane spektrum, z którego możemy wnioskować o strukturze jądrowej, wyjaśnia Kay.
Pierwsze analizy uzyskanych danych potwierdziły prawdziwość przewidywań teoretycznych. Naukowcy planują zatem kolejne eksperymenty, podczas których chcą wykorzystać inne jądra z obszaru 207Hg.
Ze szczegółami badań zapoznamy się na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.