Miklós
-7 °C
4 °C

Mágikus tégla az atomban

2005.02.23. 13:19
A periódusos rendszerről lemaradó szupernehéz atomok magja szuperrövid élettartamú. A komputeres modellezés segítheti a hosszú életű nehézelemek létrehozását.

Az amerikai energiaügyi minisztérium Oak Ridge-i laboratóriumában (ORNL) fejlett számítástechnikával és kísérletekkel igyekeznek megérteni a periódusos rendszeren túli szupernehéz elemeket.

A Nature magazinban megjelent, lengyel és belga kutatókkal folytatott közös munkát bemutató cikkből kiderül, hogy a szupernehéz elemek atommagja annyira tele van protonokkal és neutronokkal, hogy az túlterheli az őket összetartó fizikai erőket.

"A rendkívül nehéz elemek atommagjának stabilitásának előrejelzése régóta az atomfizikusok célja. Ez a kutatás a legtöbb, amit azért tehetünk, hogy megjósoljuk magok struktúráját" - mondja Witold Nazarewicz az ORNL kutatója.

Ne bomolj

A dolgozat szerint a nehéz elemek magjában a protonok és neutronok téglaszerű lapos alakba rendeződnek. Az alak alapján meghatározható az atommag élettartama, amelyből kiderül, hogy mesterséges módon létrehozható-e vagy létezhet-e egyáltalán.

Az erős elektrosztatikus taszítóerő miatt a szupernehéz atommagok rendkívül rövid ideig léteznek. "Az szupernehéz atommagok élettartama milliszekundumokra tehető" - mondja Nazarewicz.

Bizonyos esetekben azonban az izotópok stabilabbak. Németországban, Japánban és Oroszországban végzett kísérletek alátámasztották azt az elméletet, hogy a nehéz elemek élettartama függ a protonok és neutronok elhelyezkedésétől.

Fél perc öröklét

A nagy számítási teljesítményt igénylő modellek azt jelzik, hogy az atommag "szülő" és izotóp "gyermeke" közti nagy alaki különbség hátráltatja a bomlást.

"Időbe telik, amíg a lapos tégla alakból deformált elnyúlt alakká bomlik. A protonok és neutronok változtatják a helyüket és ez az alakváltás nehézkes" - mondja Nazarewicz.

Egyes kísérletek arra mutatnak, hogy neutronok hozzáadásával kitolható az atommag élettartama. Sikerült az egyelőre névtelen 112-es elem életét a másodperc töredékéről harminc másodpercre növelni. A szupernehéz atommagok között a fél perces élettartam maga az öröklét.

Stabil héjak

A jó kötésű izotópok atommagjaiban olyan elrendeződés alakul ki, amelyet a fizikusok "mágikusnak" neveznek. Az ilyen magok a nemesgázokéhoz (hélium, argon, neon) hasonulnak, amelyek elektronhéja annyira stabil és zárt, hogy nem lépnek reakcióba.

Az atommagban is létrejöhetnek zárt és stabil proton-neutron héjak. Az ólom-208 a legnehezebb "duplán mágikus" atommag, amely 82 protont és 126 neutront tartalmazó zárt héjakból áll.

"Nem tudjuk, hogy mi az ólom-208 után következő duplán mágikus elem" - mondja Nazarewicz.

Rakják a neutront

Nazarewicz és kollégái úgy gondolják, hogy a nehéz elemeknél a protonok és neutronok összjátéka végül megközelítik a viszonylag stabil, "majdnem mágikus" állapotot.

"Ezeket az elméletek masszív számításokon alapulnak. Ugyanekkor laboratóriumi kísérletekkel próbálják megérteni az atommagütközés mechanizmusát. A neutronban gazdag rádióaktív atommagnyalábok, mint amilyen a duplán mágikus ón-132, segítségével rájöhetünk, hogyan lehet több neutront pumpálni ezekbe a szuper-nehéz elemekbe" - mondja Nazarewicz.