Syntetisering af nye supertunge grundstoffer for at åbne den ottende periode i det periodiske system

Målinger af kollisioner mellem små og store atomkerner af RIKEN-fysikere vil informere søgen om at producere nye grundstoffer og kan føre til ny kemi, der involverer supertunge grundstoffer.

To fristende mål ligger næsten inden for rækkevidde af eksperimentelle kernefysikere. Den ene er at bryde ind i den ottende række i det periodiske system. Indtil nu, videnskabsmænd har lavet alle grundstofferne i de første syv rækker - fra brint (en proton) til oganesson (118 protoner). Dermed, syntetisering af tungere elementer vil åbne op for ny jord.

Det andet mål er at lokalisere 'stabilitetens ø' i havet af supertunge kerner. Supertunge grundstoffer bliver generelt mere ustabile, jo flere protoner de indeholder. For eksempel, den mest stabile isotop af nihonium (113 protoner) har en halveringstid på næsten otte sekunder, hvorimod oganesson kun er 0,7 millisekunder. Men teoretikere tror, ​​at denne tendens vil ændre sig for kerner, der ligger lige uden for oganesson. De formoder, at der eksisterer en særlig stabil kerne, der er 'dobbelt magi, " med magiske tal af både protoner og neutroner. Langlivede supertunge grundstoffer vil åbne op for en ny type kemi, hvilket involverer mere langvarige reaktioner.

For at realisere disse mål, eksperimentalister er nødt til at bestemme, hvordan de kan maksimere deres chancer for at producere supertunge kerner, da det anslås at tage mere end tre måneder at syntetisere et enkelt atom. At gøre dette, de skal kende den frastødende kraft, to kerner oplever, når de nærmer sig hinanden på grund af kernepotentialets tiltrækningskraft.

Nu, Taiki Tanaka fra RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science og kolleger har målt denne frastødning ved at affyre små kerner (neon, magnesium og calcium) i store mængder (curium og uran) og måling af, hvordan de spredtes.

De opdagede, at den frastødende barriere for det meste er påvirket af deformationen af ​​den større kerne, som er formet som en rugbybold. Sammenligning med excitationsfunktionerne til fremstilling af kendte supertunge elementer tyder på, at affyring af den mindre kerne, således at den nærmer sig siden af ​​den deformerede større kerne, vil være den mest effektive strategi til at producere nye supertunge kerner.

Hvis denne tendens gælder for tungere kerner, kan den optimale energi af den mindre kerne bestemmes blot ved at måle den frastødende barriere af den større kerne, hvilket kun tager omkring en dag. "Fra denne systematiske undersøgelse, vi har foreslået en ny metode til at estimere den optimale indfaldende energi til at syntetisere et nyt element, " siger Tanaka.

Holdet planlægger at bruge denne viden til at lave nye supertunge elementer. "På kort sigt, vi vil forsøge at lave nye elementer såsom elementer 119 eller 120, " forklarer Tanaka. "Om et årti eller to, vi ønsker at nå stabilitetens ø, men vi er ikke sikre på, hvor det er."