В Ланьчжоу, Китай, исследователи из Центра исследований тяжелых ионов получили новый вид урана с 122 нейтронами. Эта форма урана легче обычного урана-238, который составляет подавляющее большинство природного урана. Открытие может помочь в лучшем понимании некоторых радиоактивных распадов, которые до сих пор остаются непонятными для физиков-ядерщиков.
Уран — тяжёлый металл, обнаруженный в земной коре. Его число известных изотопов составляет 26. изотоповВсе из них радиоактивны. В природе встречаются только уран-238, 235 и 234 (последний в небольших количествах). Все изотопы урана содержат одинаковое количество протонов (92), но разное число нейтронов: самый распространенный — 238U содержит 146 нейтронов. Новые изотопы, созданные группой китайских исследователей, имеют только 122 нейтрона, тем самым группа создала изотоп 214. 214U).
Для получения этого изотопа, ранее не производимого физиками, использовали процесс, включающий обработку образцов вольфрама мощными пучками аргона и кальция до тех пор, пока атомы не соединятся. Полученные в результате реакции атомы урана-214 удаляли с помощью магнитного устройства (сепаратора).
Чрезвычайно короткий период полураспада
Происходила термоядерная реакция испарения с использованием луча аргона. 36Ar) в вольфрамовую мишень (182И отслеживания продуктов термоядерного синтеза. Разумеется, всё не так просто, как кажется: недостаточно обстреливать вольфрам для успешного протекания реакции, а выход по факту очень мал. Производство этих атомов очень сложно, поскольку не все столкновения дают желаемый результат. Из десяти до восемнадцати частиц пучка доставлено для столкновения с мишенью, но только два ядра урана-214 были успешно произведены и разделены. «, — говорит Чжиюань Чжан, руководивший .
Группа выявила два известные изотопа урана — Уран-216 и Уран-218, а также новый изотоп Уран-214. В природном уране количество нейтронов варьируется от 142 до 146, в новом же изотопе их всего 122, что на один меньше чем у ранее полученного изотопа 215.
После того как эти ядра 214Получив данные, исследователи наблюда sostu за их разрушением, чтобы установить… период полураспадаДлительность естественного распада половины изначальных ядер данного изотопа составляет около 0,52 миллисекунды. К примеру, уран-238, являющийся наиболее стабильным изотопом, имеет период полураспада, равный возрасту Земли (примерно 4,5 миллиарда лет).
Группа провела аналогичные эксперименты с изотопами ураном-216 и ураном-218, обнаружив, что их период полураспада составляет примерно 2,25 мс и 0,65 мс соответственно. Также было проанализировано распадение этих изотопов, обнаружено, что уран-214 и уран-216 подвергаются альфа-распаду. Альфа, бета и гамма-излучение соответствуют разным механизмам распада; при альфа-излучении радиоактивное ядро теряет два протона и два нейтрона (вследствие выброса альфа-частицы).
На пути к лучшему пониманию альфа-распада
Физики интересуют «легкие» изотопы урана потому что количество их нейтронов близко к «магическому числу». В ядерной физике это число протонов или нейтронов, для которых атомное ядро особенно устойчиво. Семь экспериментально подтвержденных магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. Ядра с количеством нейтронов и протонов, равным одному из магических чисел, называются «дважды магическими» и оказываются особенно устойчивыми. 42He, 168O и т. д.).
Уран-214 с 122 нейтронами находится близко к магическому числу 126, что делает его интересным объектом для изучения ядерной стабильности. Магические изотопы необычайно стабильны, и изучение их ближайших соседей позволяет исследовать влияние структуры ядра на радиоактивный распад. Периоды полураспада изотопов 214, 216 и 218 (0,5 мс, 2,25 мс и 0,65 мс соответственно) свидетельствуют о том, что их альфа-распад происходит сравнительно легко по сравнению с другими изотопами урана.
Вследствие этого взаимодействие протонов с нейтронами в ядрах данных атомов, предположительно, сильнее, чем в других радиоактивных ядрах. Открытие может быть первым экспериментальным подтверждением, что сильное протон-нейтронное взаимодействие имеет значение при альфа-распаде тяжёлых ядер. — говорит Чжан. Это связано с тем, что более сильные взаимодействия, вероятно, влияют на образование альфа-частиц в ядре: сложной квантовой проблемой с несколькими телами, детали которой до сих пор неизвестны. Исследования команды Чжана могут помочь понять процесс образования этих частиц.