أمة العنصر الكيميائي المائة والرابع عشر

وتمكن علماء من المختبر الوطني التابع لوزارة الطاقة الأميركية من التحقق من وصول العنصر الثقيل رقم 141 بعد نحو عقد من الزمان ادعى فريق بحثي آخر في روسيا أسبقيته. وكان البحث عن هذا العنصر منذ فترة طويلة جزءا أساسيا من توقعات العلماء النوويين لإيجاد "جزيرة عدم الاستقرار"

وتمكن علماء من المختبر الوطني التابع لوزارة الطاقة الأميركية من التحقق من وصول العنصر الثقيل رقم 141 بعد نحو عقد من الزمان ادعى فريق بحثي آخر في روسيا أسبقيته. لقد كان البحث عن هذا العنصر منذ فترة طويلة جزءًا أساسيًا من توقعات العلماء النوويين لإيجاد "جزيرة عدم الاستقرار".

وقاد هينو نيتشه، رئيس مجموعة الكيمياء الإشعاعية ونواة العناصر الثقيلة في المعهد، وأستاذ الكيمياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، المجموعة التي تحققت بشكل مستقل من قبول العنصر الجديد. وباستخدام جهاز يعرف باسم "فاصل بيركلي المملوء بالغاز"، تمكن الباحثون من تأكيد استقبال نواتين فرديتين للعنصر 114، تحتوي كل منهما على 114 بروتونًا، ولكن عددًا مختلفًا من النيوترونات ومسارات اضمحلال منفصلة. ويشير الباحث الرئيسي إلى أنه "بعد التحقق من إنتاج العنصر 114، أزلنا أي شك حول صحة ادعاءات المجموعة الروسية". "يثبت هذا الاكتشاف أنه من الممكن بالفعل إنتاج العناصر الثقيلة الأكثر إثارة للاهتمام في المختبر." ونشرت نتائج الدراسة في المجلة العلمية Physical Review Letters.

العناصر الأثقل وزنًا من عنصر اليورانيوم (العدد الذري 92، مما يدل على عدد البروتونات في النواة الذرية)، تكون مشعة وتتحلل في فترة زمنية أقصر من عمر الأرض؛ وبالتالي، لا يمكن العثور عليها في الطبيعة (على الرغم من أنه يمكنك أحيانًا العثور على بقايا عناصر النبتونيوم والبلوتونيوم في اليورانيوم الرصاص). تم تحضير العناصر حتى العدد الذري 112 بشكل مصطنع - تلك العناصر ذات الأعداد الذرية المنخفضة في المفاعلات والانفجارات النووية، والأعلى في مسرعات الجسيمات - وعادة ما تضمحل بسرعة كبيرة، خلال بضع ثوانٍ أو أجزاء من الثانية.

في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، أجرى العلماء حسابات ووجدوا أن العناصر الثقيلة جدًا (فائقة الثقل) مع مجموعات معينة من البروتونات والنيوترونات، المنظمة في "أصداف" في النواة الذرية، يجب أن تكون مستقرة تمامًا، بحيث في النهاية " "جزيرة عدم الاستقرار" سيحصلون فيها على طول - يمكن أن تصل أعمارهم إلى دقائق أو أيام - بل كما يعتقد أكثرهم تفاؤلاً - ملايين السنين. أشارت الحسابات المبكرة إلى أن العنصر الذي يحتوي على 114 بروتونًا و184 نيوترونًا قد يكون أحد هذه العناصر المستقرة. كما شجع الباحثون في المعهد الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية البحث عن أثقل العناصر التي تحتوي على "أرقام سحرية" من النيوكليونات (البروتونات أو النيوترونات كمكونات النواة).

ويشير الباحث إلى أن "الناس يحلمون بأساسات ثقيلة للغاية منذ الستينيات". "ومع ذلك، فمن النادر أن يتم عدم التحقق من النتائج المهمة التي زعمتها المجموعة الروسية فيما يتعلق بإعداد العنصر 114 لفترة طويلة من الزمن. وقد بدأ العلماء بالفعل يتساءلون عما إذا كانت العناصر الثقيلة موجودة بالفعل في الواقع".

من أجل تكوين نوى ثقيلة للغاية، من الضروري "إطلاق" نوع واحد من الذرات على هدف يتكون من نوع آخر؛ ويجب أن يكون العدد الإجمالي للبروتونات الناتجة عن اندماج هذين النوعين من الذرات مساوياً على الأقل للعنصر المطلوب. يتطلب التحقق من نتائج المجموعة الروسية توجيه شعاع من أيونات الكالسيوم (48Ca، ذرة كالسيوم تحتوي على 20 بروتونًا و28 نيوترونًا في نواتها) نحو هدف يتكون من نظائر البلوتونيوم (242Pu، الذي يحتوي على 94 بروتونًا و148 نيوترونًا). تم تنفيذ هذه العملية باستخدام جهاز السيكلوترون - وهو مسرع جسيمات قوي.

يقول الباحث الرئيسي: "إن معالجة البلوتونيوم معروفة بتعقيدها، وتقوم كل مجموعة بحثية بإعداد الأهداف منها بطريقة مختلفة قليلاً، لكن الخبرة الواسعة هنا في معهدنا أدت إلى فهم عميق للعملية. "

بينما تتفاعل الذرات المقذوفة والذرات المستهدفة مع بعضها البعض، يتم إخراج العديد من الأنواع الأخرى من منتجات التفاعل النووي. وبما أن نوى العناصر الأثقل نادرة وقصيرة العمر، فقد استخدمت كلا المجموعتين، الروسية والأمريكية، فواصل مملوءة بالغاز، يعمل فيها الغاز المخفف والمجالات المغناطيسية المتحكم فيها على إخراج وفرة البقايا التي تم الحصول عليها في الاصطدامات النووية، لذلك من الناحية المثالية، لن تصل إلى الكاشف إلا الأجزاء التي تحتوي على العدد المطلوب من النيوكليونات.

وباستخدام هذه العملية، حدد الباحثون نظيرين: 286114 (114 بروتونًا و172 نيوترونًا) و287114 (114 بروتونًا و173 نيوترونًا). يضمحل النظير الأول (286114) في حوالي عُشر الثانية بينما تنبعث منه جسيمات ألفا (نواة الهيليوم - بروتونان ونيوترونان) - ويصبح نواة "ابن" للعنصر 112 - الذي يضمحل بدوره إلى نواة ذات عدد أقل العدد الذري. يضمحل النظير الآخر في النصف الثاني تقريبًا، وينبعث منه جسيمات ألفا لتكوين العنصر 112، والذي ينبعث أيضًا جسيمات ألفا بعد ذلك لتكوين العنصر 110، قبل أن يضمحل أكثر إلى نواة ذات عدد ذري ​​أقل.

وكان نجاح هذه المجموعة البحثية في تحديد موقع النظيرين ومتابعة مسارات اضمحلالهما التفصيلية يعتمد على أساليب متطورة ومتطورة في الكشف وجمع البيانات وتحليلها. وبعد المرور عبر الفاصل، تصل النوى المناسبة إلى غرفة الكشف. إذا تم اكتشاف ذرة العنصر 114 بالفعل، وبعد ذلك مباشرة تم الكشف أيضًا عن انبعاث جسيمات ألفا، يتم إيقاف تشغيل شعاع معجل الجسيمات على الفور، بحيث يمكن تسجيل المزيد من أحداث الاضمحلال دون تدخل في الخلفية. وبالإضافة إلى هذه الأساليب الآلية لزيادة جمع المعلومات، تم بعد ذلك إجراء تحليلها بطريقة مستقلة تمامًا باستخدام برامج حاسوبية فريدة من نوعها. "على الرغم من أن المقاطع العرضية للنظائر كانت أقل بكثير من تلك التي أبلغ عنها الباحثون الروس، إلا أن طريقة التحلل وعمر الحياة والطاقات المقابلة، كانت جميعها متوافقة مع النتائج السابقة وفي الواقع أكدت إنجازها بطريقة حاسمة". يشرح الباحث الرئيسي.

“על סמך הרעיונות שנפוצו בשנות השישים, האמנו כי אכן נגיע לאי של יציבות עבור היסוד 114. תיאוריות מעודכנות יותר מצביעות על יציבות מוגברת של מספרים אטומים אחרים, כגון 120 ו- 126. המחקר שלנו יסיע לנו לקבוע מי מהתיאוריות נכונה יותר וכיצד להתאים את המודלים لنا."

ويضيف الباحث: "خلال العشرين سنة الماضية، تم اكتشاف العديد من النظائر المستقرة التي تقع بين النظائر المعروفة للعناصر الثقيلة وبين جزر الاستقرار - في الواقع، يمكن اعتبارها نقطة انطلاق إلى هذه الجزر. والسؤال المتبقي هو ما هو محيط الجزيرة - من 114 إلى 120 أو 126، وما هو ارتفاعها فوق "بحر عدم الاستقرار" الذي يحيط بها.

الأخبار على موقع جامعة بيركلي