Wyspa stabilności

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Trójwymiarowa wizualizacja trwałości izotopów w zależności od liczby neutronów i protonów w jądrze. Wyspa stabilności (Island of Stability) znajduje się tu w okolicach przecięcia współrzędnych N=180 i Z=110.

Wyspa stabilności – częściowo potwierdzona hipoteza głosząca, że istnieje grupa izotopów superciężkich pierwiastków chemicznych, których jądra atomowe wykazują znacznie wyższą trwałość, niż inne z tego obszaru liczb atomowych (Z). Twórcą tej hipotezy jest laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, Glenn Seaborg.

Czas połowicznego rozpadu takich izotopów może być rzędu minut, godzin, miesięcy; bardzo optymistyczne oszacowania mówią nawet o czasach rzędu milionów lat[1]. Uwzględnienie w obliczeniach nie jednego, a różnych możliwych kanałów (sposobów) rozpadu zmniejsza znacznie przewidywane rozmiary wyspy stabilności i przewidywany czas życia. Po uwzględnieniu możliwości rozpadu alfa, beta i rozszczepienia jądra w pobliżu Z=114 możliwe jest istnienie kilku izotopów o czasach połowicznego rozpadu rzędu co najwyżej miesięcy[2].

Stabilność jąder[edytuj | edytuj kod]

Żaden znany pierwiastek chemiczny cięższy od ołowiu nie posiada stabilnych izotopów. Co prawda bizmut, tor i uran mają izotopy, których czas połowicznego rozpadu jest rzędu miliardów lat – dlatego też spotykamy je na Ziemi – jednak żaden z nich nie jest stabilny. Olbrzymia większość masywnych jąder atomowych otrzymywanych w sztuczny sposób jest skrajnie niestabilna, co uniemożliwia syntezę wielu potencjalnie istniejących pierwiastków z "dołu" układu okresowego.

Przyczyną tego jest energia wiązania jądra, spadająca (od izotopu żelaza 56Fe) ze wzrostem liczby nukleonów. Jednak model powłokowy budowy jądra atomowego sugeruje, że dla pewnych określonych liczb protonów i neutronów jądro jest dużo silniej związane. Mówi się w takim przypadku o zamkniętej powłoce nukleonowej. Liczby takie nazywane są "liczbami magicznymi", a największą trwałość wykazują jądra o "magicznej" liczbie zarówno protonów, jak i neutronów. Najcięższym takim znanym jądrem jest jądro 208Pb (Z=82, N=126).

Takie jądra posiadają teoretycznie także pierwiastki transuranowe. Obliczenia sugerują, że następna "magiczna" liczba protonów to 114, 120 lub 126, a neutronów to 184 lub 196. Najwyższą odporność na rozszczepienie, a zatem podwyższoną stabilność, powinny zatem wykazywać jądra Fl-298, Ubn-304 lub Ubh-310. Żadne z nich nie zostało dotąd wytworzone.

Aktualny stan badań[edytuj | edytuj kod]

Dotychczasowe badania z zakresu syntezy izotopów superciężkich wskazują na wzrost czasu życia nuklidów wraz ze zbliżaniem się do przewidywanej wyspy stabilności. Wszystkie syntetyzowane obecnie izotopy najcięższych pierwiastków są zbyt ubogie w neutrony, zatem leżą daleko od jej centrum i rozpadają się zazwyczaj po upływie milisekund. Nuklidy o większej liczbie neutronów są trwalsze, przykładowo 285Cn ma czas połowicznego rozpadu ok. 29 sekund (a jego metastabilny izomer 285mCn nawet 8,9 minuty).

Jądra zdeformowane[edytuj | edytuj kod]

Innym odkryciem związanym z badaniem stabilności transuranowców było stwierdzenie podwyższonej trwałości niesferycznych jąder pomiędzy obszarem względnie stabilnych izotopów uranu i toru, a hipotetyczną wyspą stabilności. Nuklidy te nie rozszczepiają się, ani nie emitują promieniowania beta, lecz ulegają rozpadowi alfa. Obszar ten znajduje się w zakresie Z=106-108, N=160-164, znajduje się w nim podwójnie magiczne[a] jądro 270Hs o czasie połowicznego rozpadu ok. 22 s[3].

Druga wyspa stabilności[edytuj | edytuj kod]

Obliczenia teoretyczne wskazują na możliwość istnienia następnego obszaru podwyższonej stabilności w pobliżu Z=164. Po uwzględnieniu różnych możliwych kanałów rozpadu, w pobliżu nuklidu 482164Uhq mogą istnieć jądra o czasie połowicznego zaniku rzędu godzin. Wytworzenie takich nuklidów jest poza zasięgiem obecnej aparatury naukowej. Ekstrapolacja istniejących modeli tak daleko poza obszar znanych jąder jest obarczona znacznie większą niepewnością, niż w przypadku pierwszej wyspy stabilności[2].

Uwagi

  1. "Liczby magiczne" dla jąder zdeformowanych są inne niż dla sferycznych.

Przypisy

  1. Superheavy Element 114 Confirmed: A Stepping Stone to the Island of Stability. PhysOrg.com, 2009-09-24.
  2. 2,0 2,1 Jens Grumann, Ulrich Mosel, Bernard Fink, Walter Greiner. Investigation of the Stability of Superheavy Nuclei around Z=114 and Z=164. „Z. Physik”. 228, s. 371-386, 1969-08-11. 
  3. J. Dvorak, W. Brüchle, M. Chelnokov, R. Dressler i inni. Doubly Magic Nucleus 270108 Hs-162. „Physical Review Letters”. 97 (24), s. 242501, 2006. doi:10.1103/PhysRevLett.97.242501. PMID 17280272. Bibcode2006PhRvL..97x2501D.