Синтез новых сверхтяжелых элементов

В настоящее время две глобальные цели лежат почти в пределах досягаемости экспериментов ученых.

Одна из них — добавить восьмую строку таблицы Менделеева. До сих пор исследователи создавали все элементы в первых семи периодах — от водорода (один протон) до оганессона (118 протонов). Таким образом, синтез более тяжелых элементов откроет новую.

Другая цель — найти «остров стабильности» в море сверхтяжелых ядер. Сверхтяжелые элементы обычно становятся более нестабильными, чем больше протонов они содержат.

Например, самый стабильный изотоп ниония (113 протонов) имеет период полураспада почти восемь секунд, в то время как у оганессона всего 0,7 миллисекунды.

Но теоретики полагают, что эта тенденция изменится для элементов, лежащих чуть дальше оганессона. Они предполагают, что существует особенно стабильное ядро, которое является «вдвойне магическим», имеющее магические числа как протонов, так и нейтронов. Долгоживущие сверхтяжелые элементы откроют новый тип химии, который включает в себя более длительные реакции.

Чтобы реализовать эти цели, экспериментаторы должны определить, как максимизировать свои шансы на создание сверхтяжелых ядер, поскольку, по оценкам, синтез одного атома займет более трех месяцев. Для этого им необходимо знать силу отталкивания, которую испытывают два ядра, когда они сближаются друг с другом благодаря силе притяжения ядерного потенциала.

И вот теперь Тайки Танака из Центра ускорительной науки RIKEN Nishina и его коллеги измерили это отталкивание, столкнув маленькие ядра (неон, магний и кальций) с крупными (кюрий и уран) и измерив, как они рассеялись.

Они обнаружили, что на отталкивающий барьер чаще всего влияет деформация более крупного ядра, которое имеет форму мяча для регби.

Сравнение с функциями возбуждения для производства известных сверхтяжелых элементов показывает, что запуск меньшего ядра таким образом, что оно приближается к стороне деформированного более крупного ядра, будет наиболее эффективной стратегией для создания новых сверхтяжелых ядер.

Если эта тенденция сохраняется для более тяжелых ядер, то оптимальную энергию меньшего ядра можно определить, просто измерив отталкивающий барьер большего ядра, что занимает всего около суток.

«Из этого систематического исследования мы предложили новый метод оценки оптимальной энергии падающего излучения для синтеза нового элемента», — говорит Танака.

Ученые планируют использовать эти знания для создания новых сверхтяжелых элементов.

«В краткосрочной перспективе мы попытаемся создать новые элементы, такие как элементы 119 или 120», — объясняет Танака. «Через десятилетие или два мы хотим достичь острова стабильности, но пока не знаем, где он».

T. Tanaka et al. Study of Quasielastic Barrier Distributions as a Step towards the Synthesis of Superheavy Elements with Hot Fusion Reactions, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.052502