Japońscy fizycy odkryli dziesiątki nowych izotopów

W japońskim laboratorium RIKEN rozwiązał się worek z nieznanymi nuklidami. W trwającym zaledwie 4 dni eksperymencie odkryto aż 45 (!) nowych izotopów. A naukowcy stojący za odkryciem twierdzą, że to dopiero początek.

Na wstępie mała powtórka z chemii. Na dzień dzisiejszy układ okresowy Mendelejewa zawiera 118 pozycji. O każdym z pierwiastków wiadomo jednak, że ma wiele izotopów, tj. "wersji" różniących się liczbą neutronów w jądrze. Przykładowo jednoprotonowy wodór ma odmianę pozbawioną neutronów, ale także taką z jednym, dwoma, a nawet sześcioma tymi cząstkami. Gdy zliczymy wszystkie znane izotopy wszystkich pierwiastków, czyli wszystkie tzw. nuklidy, to okaże się, że jest ich grubo ponad 3000 i liczba ta stale rośnie.

Tylko ok. 10% spośród znanych nuklidów występuje naturalnie na Ziemi. Pozostałe (wszystkie, co do jednego, niestabilne) uzyskano na drodze różnorakich przemian jądrowych. Jednym ze sposobów na wyprodukowanie egzotycznego pierwiastka jest rozpędzanie wiązki znanych izotopów w akceleratorze i bombardowanie nimi tarczy wykonanej np. z berylu lub ołowiu.

Właśnie tak (w uproszczeniu) postąpili fizycy z japońskiego Instytutu Badań Fizycznych i Chemicznych (RIKEN) w pobliżu Tokio. Ich kosztujące pół miliarda dolarów urządzenie zwane Radioactive Isotopes Beam Factory (RIBF, co można tłumaczyć jako Fabryka Wiązek Izotopów Radioaktywnych) składa się z szeregu cyklotronów (rodzaj akceleratora cząstek) oraz ultranowoczesnego separatora zwanego BigRIPS, którego rolą jest zebranie i przeanalizowanie produktów zderzenia wiązki z tarczą. Ta najnowocześniejsza na świecie maszyna tego typu okazała się istną wytwórnią nowych nuklidów.

Po uruchomieniu RIBF w 2007 r. już w czasie pierwszych, kalibracyjnych eksperymentów odkryto dwa nowe izotopy palladu. Pod koniec roku 2008 uczeni zachęceni tym wynikiem przeprowadzili trwającą cztery dni serię zderzeń przy użyciu silniejszej wiązki. Po trwającej półtora roku (!) analizie rezultatów badacze ogłosili światu odkrycie 45 bogatych w neutrony nuklidów: od manganu-71 po bar-152.

Wśród nich warto wyszczególnić pallad-128, o którym przypuszcza się, że pełni ważną rolę w powstawaniu ciężkich pierwiastków podczas eksplozji supernowych. Gdyby nie one, lista naturalnie występujących pierwiastków kończyłaby się na żelazie i życie w znanej nam postaci nie mogłoby powstać. Jednak to nie wszystko. Na nowe nuklidy z wytęsknieniem czekają teoretycy jądra atomowego i ich koledzy zajmujący się nowymi materiałami. Wreszcie, izotopy z tego obszaru tabeli nuklidów już znajdują zastosowanie w tzw. medycynie jądrowej.

Poniżej ukazany jest fragment tabeli nuklidów z zaznaczonym na czerwono pokłosiem japońskich naukowców. Czarne pola to nuklidy stabilne, a żółte - pozostałe znane izotopy. Na osi poziomej odłożona jest liczba neutronów, a na pionowej - liczba protonów w jądrze.

Pracownicy RIKEN swoją serię odkryć nazywają "przedsmakiem" tego, co czeka nas w tej dziedzinie w najbliższych latach. Podobne do japońskiego urządzenia powstają bowiem obecnie w Niemczech i w USA. Zapowiada się więc na to, że wkrótce zapełnią się kolejne białe pola powyższej tabeli.

Źródło: physicsworld.com