120-ші және 124-ші химиялық элементтердің изотоптары ұзақ өмір сүру үрдісіне ие • Игорь Иванов • «Элементтер» туралы ғылым жаңалықтары • Физика, Химия

120 және 124-ші химиялық элементтердің изотоптары ұзақ өмір сүру үрдісіне ие

Сурет. 1. Сипатталған нәтижелер алынған ГАНИЛ француз жеделдеткіш зертханасындағы INDRA детекторы. Сурет phototheque.in2p3.fr

Француз физиктері 120-ші және 124-ші элементтердің кейбір изотоптарының тұрақтылықты арттырғанын теориялық пайымдауды эксперимент арқылы растады. Мүмкін, бұл элементтер шынымен ұзақ уақытқа созылған изотоптарға ие.

Сверхтяжелы элементтердің ұзақ ғұмырлы изотоптарын іздеу ядролық физиканың ең қызықты бөлімдерінің бірі болып табылады. Бүгінде көптеген трансураникалық элементтер синтезделді, бірақ олардың барлығы әрқашан тұрақсыз болып шықты. Теористтер ұзақ уақыт бойы тұрақсыз изотоптардың «теңізі» арасында «тұрақтылық аралдары» болуы мүмкін – ұзақ уақыт бойы аномальді ядролардың арнайы топтары.

Бұған қарапайым ядролардың сипатталуы үшін жақсы жұмыс істеген ядролық қабықша моделін болжау болып табылады. Бұл модельде толығымен толтырылған протон немесе нейтронды конверт ядроға ерекше тұрақтылық береді, ол оның өмірін күрт арттырады. Қабықтардың үлгілеріне негізделген есептеулеролар 114-ден 126-шы кезге дейінгі аймақтағы тұрақтылықтың осындай аралдарын болжайды (әртүрлі мәндер түрлі модельдерде алынды). Көптеген физиктер енді аң аулайтын осындай изотоптар үшін.

Дегенмен, рекордтар Дубна қаласында, Мәскеу облысының Біріккен ядролық зерттеулер орталығында 116 және 118 элементтерінің синтезі болып табылады. Дубна физиктері тіпті ауыр элементтерді табуды жоспарлап отыр, бірақ жеңіл ядролардың соқтығысуы кезінде олардың тікелей синтезі өте қиын міндет екенін еске түсіру керек. Біріншіден, нейтрондардың жеткілікті саны бар тек ядролардың саны аз немесе аз болуы мүмкін. Оларды синтездеу үшін, сирек кездесетін нейтрондық артық ядролардың жарықтандырылуы қажет. Екіншіден, ядро ​​неғұрлым ауыр болса, соғұрлым тезірек ол бірнеше айларда пайда болады, сондықтан ол ұзақ айларда пайда болады.

Осыны ескере отырып, эксперименталды физиктер басқа теоретиктердің болжамдарын тексерудің басқа жолдарын іздейді. Мұндай әдістердің бірі француз қаласындағы Caen қаласындағы GANIL ауыр ядросы үдеткіші бойынша INDRA детекторымен жұмыс істейтін физиктер тобы тарапынан сәтті түрде сыналды. Жақында журналда эксперименттердің нәтижесі бар мақала пайда болды Физикалық шолу хаттары.

Француздар супертекстік ядролардың ұзақ уақытқа созылған изотоптарынан кейін қудалай бастады, бірақ қарапайым қарапайым «нейтрондар жетіспейтін» ядролардың өмірін өлшеуді жөн көрді. Ол үшін үш серия эксперимент жүргізді: олар уран ядроларымен никельді мақсатты (бұл ядролардың бірігуінде пайда болған Z = 120 заряды бар ядролар) және қорғасын мен уран ядроларымен (ядролар Z = 114 және 124 қалыптастырылды) германды мақсатқа келтірді.

Алынған ядролар өте тұрақсыз, бірақ тұрақсыздықтың тұрақсыздығы әртүрлі, және осы әңгімеде бірнеше сандарды сақтау керек. Типтік ядролық реакцияларда бөлшек жарықтың жылдамдығының 1/10 жылдамдығымен қозғалады, сондықтан олар ауыр ядро ​​диаметріне (яғни шамамен 10 ферми немесе 10-14 м), шамамен 10-21 с. Бұл жолы әдеттегі ядролық уақыт деп атауға болады. Егер екі ядролардың біріктірілуінде ауыр ядро ​​қалыптасса, ол сәл тұрақтылыққа ие болмаса, ол сол кезде шамамен ыдырайтын болады. Егер ядродағы ыдырауды тоқтататын фактор бар болса, онда ол осы уақытқа қарағанда әлдеқайда ұзағырақ өмір сүреді.

Француздар жасаған ядролардың қайсысы 1 секундтан астам өмір сүргенін білді (10-18 с), яғни типтік ядролық уақытқа қарағанда мыңдаған есе көп. Бұл кейбір изотоптардың жоғары тұрақтылықпен ерекшеленетінін дәлелдеді.

Ол үшін авторлардың көлеңкелі әсерін қолданған. Бұл әдіс идеясы келесідей (2-суретті қараңыз). Кристаллда атом ядролары тұрақты түрде – кристаллографиялық ұшақтарда орналасады (бірақ атомдардың термиялық тербелістері себепті бұл тәртіп қатал емес, бірақ шамамен). Егер кішкентай мақсатты кристалдар ауыр ядролар ағымымен сәулеленсе, онда ядролық зеңбіректің ядросы мақсатты ядролармен біріктіріледі, содан кейін сол жерде әртүрлі бағыттарда ұшатын бөліктерге бөлінеді. Дегенмен, кристаллографиялық ұшақтар бойымен ұшатын үзінділер детекторға жете алмайды, өйткені олардың жолы осы жазықтықта қалған ядролар арқылы өтеді. Демек, осы бағытта туылған ядролардың детекторында (яғни, ф бұрышы нөлге жақын болған кезде) кристаллографиялық жазықтықтан нақты көлеңке байқалады.

Сурет. 2. Тұрақсыз атом ядроларының өмір сүру уақытын өлшеу үшін көлеңкелі әсерді қолдану. Сол жақта: тұрақсыз ядро ​​ыдырағаннан кейін қыздардың ядроларының геометриясы. Егер ыдырау тікелей кристаллографиялық жазықтықта болған болса, онда қыздардың ядролары жазықтық бойымен ұшып кете алмайды, олар басқа ядролармен жұғады. Егер тұрақсыз ядро ​​қозғала алатын уақытқа ие болса, ыдырау өнімдері кристаллографиялық жазықтық бойымен жүре алады. Оң жақтадетекторда алынған кристалды осьтен ауытқу бұрышы бойынша детекторлардың санының типтік тәуелділігі. Кішкентай бұрыштардағы «сәтсіздік» – бұл кристаллографиялық жазықтықтың көлеңкесінде, бірақ бұл көлеңкедің ішінара болуы. Көлеңкедің «тереңдігі» бойынша, тұрақсыз ядролардың болжалды өмірін анықтауға болады. Сурет. Джозеф Натовицтің (Джозеф Н Натовиц) әңгімесінен талқыланған мақала туралы Физика. Rev. Lett.

Егер ядро ​​жоғары тұрақтылыққа ие болса, ол бірігуден кейін бірден емес, біраз уақыттан кейін бөлінеді. 1 аттосекундтың тәртібін кідірту кристаллографиялық жазықтықтан ұшып, ұшақтар арасында ыдырау үшін жеткілікті. Ұшақтың бойында қатаң ұшып кеткен балалар ядролары енді сіңірілмейді және детекторға тыныш жетеді.Басқаша айтқанда, бұл бағытта көлеңке жоқ.

Нақты жағдайда дереу де, кешігумен де бұзылатын ядро ​​болады. Сондықтан көлеңке толық емес болады, күріш. 2 оң жақта. Бірақ қазірдің өзінде байқау фактісі толық емес көлеңке кем дегенде кейбір ядролардың ыдырауы алдында жүздеген және мыңдаған есе көп типтік ядролық уақытты кешіктіретінін көрсетеді.

Бұл әдіс француз физиктерінің 114, 120 және 124 элементтерінің изотоптарының тұрақтылығын зерттеу үшін қолданды. Бұл міндет оңай емес, себебі ыдырау өнімдері мен олардың энергиясы бекітілмеген және кең ауқымда өзгеруі мүмкін. Дегенмен, Z = 120 және 124 бар ядролардағы детектордың жақсы қасиеттеріне байланысты олар ядролардың «ұзақ өмір сүруі» (яғни, 1 аттосекундқа қарағанда ұзағырақ өмір сүретін) анықтауға қабілетті. Бірақ Z = 114 бар ядролар үшін бұл нәтиже байқалмады.

Сұрақ туындауы мүмкін: бұл тұрақсыз ядролардың қолданылуы қандай? Олар жүзден бір аттосекундта немесе жүз аттосекундта тұрса, қандай айырмашылық бар?

Міне, осы тұрақсыз нейтрондар жеткіліксіз изотоптардың барлығы кепілдік берілген «нейтронды жеткілікті» изотоптар ауыр болады.Мұнда олар сондай-ақ нақты ұзақ өмір сүрушілердің пайда болуы мүмкін, абсолютті тұрақтылыққа дейін болады. Тәжірибе бойынша олар әлі синтезделмеген, бірақ теориялықтар өздерінің қасиеттерін белсенді зерттеп жатыр. Енді бір немесе басқа теориялық модельдің ықтималдылығы қандай дәрежеде жаңа эксперименттік деректердің көмегімен «нейтрондардың жетіспейтін» ядроларында сыналған болуы мүмкін.

Осылайша, қазір алынған мәліметтер 120-ші және 124-ші химиялық элементтердің ұзақ өмір сүретін изотоптарға ие екендігін көрсетеді, сондықтан олар үшін аңшылық керек.

Дерек көзі: M. Morjean және т.б. Бөліну уақытын өлшеу: жоғары қарқынды элемент тұрақтылығына жаңа талдау жасау // Физика. Rev. Lett. 101, 072701 (2008 жылғы 11 тамыздағы); толық мәтін – PDF, 290 Кб.

Сондай-ақ, қараңыз:
1) Дж. Б. Натовиц. Ең ауыр ядролар қаншалықты тұрақты? // Physics 1, 12 (2008) – талқыланып жатқан жұмыс туралы әңгіме.
2) С.А. Карамян. Ауыр иондармен ядролық реакциялардың ұзақтығын өлшеу // Еца, 1986, том 17, т. 4, с. 753.
3) А.Ф. Тулинов. Кристалдық тордың кейбір атомдық және ядролық процесстерге әсері // Физика-Успехи, 1965, Т. 87, т. 4, с. 585.

Игорь Иванов


Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: