Argonnes banebrydende brugerfacilitet til at tilføje magisk talfabrik

Et af de store spørgsmål inden for fysik og kemi er, hvordan blev de tunge grundstoffer fra jern til uran skabt? Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS) ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory bliver opgraderet med nye muligheder for at hjælpe med at finde svaret på det spørgsmål og mange andre.

Af fem DOE Office of Science brugerfaciliteter i Argonne, ATLAS er den længst levede. "Indviet i 1978, ATLAS er i konstant forandring og udvikler nye teknologiske fremskridt og reagerer på nye forskningsmuligheder, " siger ATLAS-direktør Guy Savard. Den er nu ved at blive udstyret med en "N =126 fabrik, " planlagt til at gå online senere i år. Denne nye kapacitet vil snart producere stråler af tunge atomkerner bestående af 126 neutroner. Dette er gjort muligt, delvis, ved tilføjelse af en køler-bundter, der køler strålen og konverterer den fra kontinuerlig til bundtet.

I mange årtier, ATLAS har været en førende amerikansk facilitet for forskning i nukleare strukturer og er verdens førende facilitet inden for levering af stabile bjælker til nuklear struktur og astrofysikforskning. ATLAS kan accelerere stråler på tværs af elementerne, fra hydrogen til uran, til høje energier, så smadrer den dem til mål for undersøgelser af forskellige nukleare strukturer.

Siden starten, ATLAS har samlet verdens førende videnskabsmænd og ingeniører for at løse nogle af de mest komplekse videnskabelige problemer inden for kernefysik og astrofysik. I særdeleshed, det har været medvirkende til at bestemme egenskaber af atomkerner, stoffets kerne og stjernernes brændstof.

Den kommende N =126 fabrik vil generere stråler af atomkerner med et "magisk antal" af neutroner, 126. Som Savard forklarer, "Fysik har syv magiske tal:2, 8, 20, 28, 50, 82 og 126. Atomkerner med dette antal neutroner eller protoner er usædvanligt stabile. Denne stabilitet gør dem ideelle til forskningsformål generelt."

Forskere ved ATLAS vil generere N =126 kerner for at teste en herskende teori om astrofysik - at den hurtige fangst af neutroner under eksplosionen og kollapsen af ​​massive stjerner og kollisionen af ​​neutronstjerner er ansvarlig for dannelsen af ​​omkring halvdelen af ​​de tunge grundstoffer fra jern gennem uran.

N =126 fabrikken vil accelerere en stråle bestående af en xenonisotop med 82 neutroner til et mål, der består af en platinisotop med 120 neutroner. De resulterende kollisioner vil overføre neutroner fra xenonstrålen til et platinmål, giver isotoper med 126 neutroner og tæt på den mængde. De meget tunge neutronrige isotoper ledes til forsøgsstationer til undersøgelse.

"De planlagte undersøgelser ved ATLAS vil give de første data om neutronrige isotoper med omkring 126 neutroner og bør spille en afgørende rolle i forståelsen af ​​dannelsen af ​​tunge grundstoffer, det sidste trin i stjernernes udvikling, " sagde Savard. "Disse og andre undersøgelser vil holde ATLAS ved videnskabens grænse."

Arkitekterne bag "N = 126-fabrikken" omfatter Savard, samt Maxime Brodeur (University of Notre Dame), Adrian Valverde (fælles ansættelse med University of Manitoba), Jason Clark (fælles ansættelse med University of Manitoba), Daniel Lascar (Northwestern University) og Russell Knaack (Argonnes fysikafdeling).

Forfatterne har for nylig offentliggjort to artikler om emnet i Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, "The N = 126 Factory:A New Facility to Produce Very Heavy Neutron-Rich Isotopers" og ​"A Cooler-Buncher for the N = 126 Factory at Argonne National Laboratory."