Energetika Departamentinin Lourens Berkli Milli Laboratoriyasının (Berkeley Laboratoriyası) alimləri məlum olan 118 elementdən 16-nın kəşfinə borcludurlar. İndi onlar başqa bir potensial yaratmaq üçün vacib ilk addımı tamamladılar: element 120.

Bu gün Berkeley Laboratoriyasının Ağır Elementlər Qrupunun başçılıq etdiyi beynəlxalq tədqiqatçılar qrupu titan şüasından istifadə edərək məlum fövqəlağır element 116- nı yaratdıqlarını açıqladı. Bu , 120-ci elementin yaradılması yolunda əsas addım olan sıçrayışdır. Nəticə bu gün Nüvə Strukturunda təqdim olundu. 2024 konfransı; elmi məqalə arXiv onlayn repozitoriyada yerləşdiriləcək və Physical Review Letters jurnalına təqdim edilmişdir .

Berkeley Laboratoriyasının nüvə alimi Ceklin Qeyts, “Bu reaksiya əvvəllər heç vaxt nümayiş etdirilməmişdi və 120-ni yaratmaq cəhdimizə başlamazdan əvvəl bunun mümkün olduğunu sübut etmək vacib idi” dedi. “Yeni elementin yaradılması olduqca nadir bir işdir. Prosesin bir hissəsi olmaq və irəliyə doğru perspektivli bir yola sahib olmaq həyəcanvericidir.”

Komanda laboratoriyanın ağır ion sürətləndiricisi olan 88 düymlük siklotronda 22 günlük əməliyyatlar zamanı 116-cı elementin iki atomunu, yəni qaraciyəri yaratdı. 120-ci elementin atomunu yaratmaq daha nadir olardı, lakin onların 116-nı istehsal etmə sürətinə görə, bu, elm adamlarının bir neçə il ərzində əsaslı şəkildə axtara biləcəyi bir reaksiyadır.

Berkeley Laboratoriyasının Nüvə Elmləri Bölməsinin direktoru Reiner Kruecken, “Bizə təbiətin mehriban olması lazım idi və təbiət də mehriban idi” dedi. “Biz hesab edirik ki, 120-ni 116-dan düzəltmək üçün təxminən 10 dəfə çox vaxt lazım olacaq. Bu, asan deyil, lakin indi mümkün görünür.”

Əgər kəşf olunarsa, 120-ci element yaradılmış ən ağır atom olacaq və dövri cədvəlin səkkizinci cərgəsində oturacaq. O, unikal xüsusiyyətlərə malik superağır elementlərin nəzəriyyələşdirilmiş qrupu olan “sabitlik adası”nın sahillərinə düşür.

İndiyə qədər kəşf edilmiş superağır elementlər demək olar ki, bir anda parçalansa da, proton və neytronların düzgün birləşməsi daha uzun müddət sağ qalan daha sabit nüvə yarada bilər və tədqiqatçılara onu öyrənmək üçün daha yaxşı şans verir. Həddindən artıq elementlərin tədqiqi atomların necə davrandığı, nüvə fizikasının modellərini sınaqdan keçirmək və atom nüvələrinin sərhədlərinin xəritəsini çıxarmaq haqqında anlayışlar təmin edə bilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2996406042&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1721802407&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-element-door-heavier-atoms.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90L0EpQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNi4wLjY0NzguMTgzIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiXV0sMF0.&dt=1721801862641&bpp=4&bdt=3108&idt=1124&shv=r20240722&mjsv=m202407180101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D4affe4131dd5dd5c%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721802273%3AS%3DALNI_MbUC-Ae2mgUQk_YcX7zH0MS_3PKkA&eo_id_str=ID%3D88459bb7dce951d5%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721802273%3AS%3DAA-AfjbtvqJSL4Gv5AGhtgiPqyom&prev_fmts=0x0%2C1423x739&nras=2&correlator=2072131307624&frm=20&pv=1&ga_vid=994546572.1721801825&ga_sid=1721801864&ga_hid=1201084474&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=2658&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C42531706%2C95334525%2C95334830%2C95337027%2C95337868%2C95338258%2C31084185%2C95336521%2C95331953%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=3911071701725774&tmod=237148287&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Superağır elementlərin hazırlanması

Superağır elementlərin hazırlanması üçün resept nəzəri cəhətdən sadədir. Siz son atomunuzda istədiyiniz qədər proton olan iki yüngül elementi bir-birinə vurursunuz. Bu əsas riyaziyyatdır: 1+2=3.

Təcrübədə, əlbəttə ki, inanılmaz dərəcədə çətindir. İki atomun uğurla birləşməsindən əvvəl trilyonlarla qarşılıqlı əlaqə tələb oluna bilər və hansı elementlərin ağlabatan olaraq hissəcik şüasına və ya hədəfə çevrilə biləcəyinə dair məhdudiyyətlər var .

Tədqiqatçılar şüa və hədəf üçün eyni sayda proton, lakin fərqli sayda neytron olan elementlərin variantları olan spesifik izotopları seçirlər. Ən ağır praktiki hədəf 98 protonu olan kalifornium-249 adlı izotopdur. (Daha ağır bir hədəf, məsələn, 100 protonlu fermiumdan hazırlanmış bir hədəf çox tez çürüyür). Bu o deməkdir ki, 120-ci element yaratmağa cəhd etmək üçün tədqiqatçılar 20 protonu olan kalsium-48 şüasından istifadə edə bilməzlər. Bunun əvəzinə 22 protonlu bir atom şüasına ehtiyac duyurlar: titan, super ağır elementlərin hazırlanmasında ümumiyyətlə istifadə olunmayan bir şey.

88 düymlük siklotronun mütəxəssisləri həftələr ərzində titan-50 izotopundan kifayət qədər intensiv şüa yarada biləcəklərini və ondan Berkeley Laboratoriyasında indiyə qədər hazırlanmış ən ağır element olan 116-cı elementi hazırlamaq üçün istifadə edə biləcəklərini yoxlamaq üçün yola çıxdılar.

İndiyə qədər 114-dən 118-ə qədər olan elementlər yalnız xüsusi və ya “sehrli” neytron və proton konfiqurasiyasına malik olan kalsium-48 şüası ilə hazırlanmışdı ki, bu da onun super ağır elementlər yaratmaq üçün hədəf nüvələri ilə birləşməsinə kömək edir. Titan-50 kimi “sehrli olmayan” şüadan istifadə edərək, sabitlik adasının yaxınlığında super ağır elementlər yaratmağın mümkün olub-olmayacağı bu sahədə açıq sual idi.

“Bir kalsium şüasından titan şüasına keçidin bu elementlərin istehsal sürətini necə dəyişdiyini görmək üçün yeni bir elementdən bir az daha asan bir şey yaratmağa çalışmaq vacib ilk addım idi” dedi alim Cennifer Pore. Berkeley Laboratoriyasının Ağır Elementlər Qrupu.

“Biz bu inanılmaz nadir elementləri yaratmağa çalışarkən, biz insan bilik və anlayışının mütləq kənarında dayanırıq və fizikanın gözlədiyimiz kimi işləyəcəyinə heç bir zəmanət yoxdur. Titanla element 116 yaratmaq bu metodun istehsal işləyir və biz indi 120 element üçün ovumuzu planlaşdıra bilərik.”

Berkeley Laboratoriyasının unikal imkanlarından istifadə edərək fövqəladə ağır elementlər hazırlamaq planı Nüvə Elmi Məsləhət Komitəsinin 2023-cü il Nüvə Elmləri üzrə Uzunmüddətli Planına daxil edilmişdir .

Mühəndisliyin xüsusiyyətləri

Kifayət qədər sıx titan izotopları şüası yaratmaq asan məsələ deyil. Proses yerdəki bütün titaniumun təxminən 5%-ni təşkil edən nadir bir izotop olan titan-50-nin xüsusi bir hissəsi ilə başlayır. Bu metal parçası təxminən çəhrayı barmağınızın son seqmentinin ölçüsündə bir sobaya daxil olur. Fırın metalı quru buzdan çıxan qaz kimi, 3000 dərəcə Fahrenheitdə buxarlanmağa başlayana qədər qızdırır.

Bütün bunlar plazmanı məhdudlaşdıran şüşə kimi fəaliyyət göstərən mürəkkəb superkeçirici maqnit olan VENUS adlı ion mənbəyində baş verir. Sərbəst elektronlar plazmada spiral keçir, mikrodalğalar tərəfindən bombardman edildikdən sonra enerji qazanır və titanın 22 elektronundan 12-ni yıxır. Yükləndikdən sonra titan maqnitlərlə manevr edilə və 88 düymlük siklotronda sürətləndirilə bilər.

“Biz bu yüksək cərəyanlı titan şüalarının çətin olacağını bilirdik, çünki titan bir çox qazlarla reaktivdir və bu, ion mənbəyinə və şüa sabitliyinə təsir edir” dedi Berkeley Laboratoriyasının sürətləndirici fizikası və ion mənbəyi qrupunun bir hissəsi olan Damon Todd. “Yeni induktiv sobamız günlərlə sabit temperatur saxlaya bilir, titan çıxışını sabit saxlayır və sabitlik problemlərindən qaçmaq üçün onu birbaşa VENUS plazmasına yönəldir. Biz şüa istehsalımızdan çox məmnunuq.”

Hər saniyə təxminən 6 trilyon titan ionu bir kağız parçasından daha nazik olan və istiliyi yaymaq üçün fırlanan hədəfə (plutonium 116, kalifornium 120) dəyir. Sürətləndirici operatorlar şüanı lazımi miqdarda enerjiyə sahib olmaq üçün tənzimləyirlər. Çox azdır və izotoplar ağır elementə çevrilməyəcək. Çox və titan hədəfdəki nüvələri bir-birindən ayıracaq.

Nadir superağır element əmələ gəldikdə, o, Berkeley Qazla Doldurulmuş Separatorda (BGS) maqnitlər vasitəsilə hissəcik zibilinin qalan hissəsindən ayrılır. BGS onu SHREC kimi tanınan həssas silikon detektoruna ötürür: Super Heavy RECoil detektoru. SHREC enerji, yer və vaxt, tədqiqatçılara ağır elementi daha yüngül hissəciklərə parçalanarkən müəyyən etməyə imkan verən məlumatları əldə edə bilər.

“Biz 116-cı elementi və onun qız hissəciklərini gördüyümüzə çox əminik” dedi Geyts. Bunun statistik təsadüf olması ehtimalı 1 trilyonda 1-dir”.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1585656174&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1721802425&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-element-door-heavier-atoms.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90L0EpQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNi4wLjY0NzguMTgzIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiXV0sMF0.&dt=1721801862645&bpp=3&bdt=3112&idt=1246&shv=r20240722&mjsv=m202407180101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D4affe4131dd5dd5c%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721802273%3AS%3DALNI_MbUC-Ae2mgUQk_YcX7zH0MS_3PKkA&eo_id_str=ID%3D88459bb7dce951d5%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721802273%3AS%3DAA-AfjbtvqJSL4Gv5AGhtgiPqyom&prev_fmts=0x0%2C1423x739%2C540x135%2C1005x124&nras=3&correlator=2072131307624&frm=20&pv=1&ga_vid=994546572.1721801825&ga_sid=1721801864&ga_hid=1201084474&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=6349&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=3450&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C42531706%2C95334525%2C95334830%2C95337027%2C95337868%2C95338258%2C31084185%2C95336521%2C95331953%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&psts=AOrYGsnaaB4hz2Dd5n-Tt6djRrtmzMmDmwX80J8OgytN9yYQ2bEDkumqfWHZ0nS2JzjKrIC6cYE253uFTpr3z90zRHnww6PN4ijWGghXzb9at_tRhfg%2CAOrYGslaow8gpXqIa4Y0knw4-BH1Ss7ERXLaq-3hJ0ZAO0H44pLu_3wzr5qlAcncpbGX9Jf0PLSbS6GzBTv_l0ztBZDTWB-9&pvsid=3911071701725774&tmod=237148287&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

120 üçün planlar

Tədqiqatçılar element 120 yaratmağa cəhd etməzdən əvvəl hələ görüləsi işlər var. 88 düymlük siklotronun mütəxəssisləri maşını kalifornium-249-dan hazırlanmış hədəfə hazırlamaq üçün işləri davam etdirirlər və Oak Ridge Milli Laboratoriyasındakı tərəfdaşlar təxminən 45 milliqram hazırlamalı olacaqlar. hədəfə kalifornium.

“Biz göstərdik ki, bu layihəni həyata keçirə biləcək bir obyektimiz var və fizika bunu mümkün edir” dedi Kruecken. “Hədəfimizi, qoruyucu və mühəndislik nəzarətini yerinə yetirdikdən sonra bu çətin sınaqdan keçməyə hazır olacağıq.”

Vaxt hələ müəyyən edilməmişdir, lakin tədqiqatçılar potensial olaraq bu cəhdə 2025-ci ildə başlaya bilərlər. Başlandıqdan sonra 120-ci elementin yalnız bir neçə atomunu görmək bir neçə il çəkə bilər, əgər o, görünürsə.

“Biz atomun sərhədlərini və dövri cədvəlin sərhədlərini anlamaq istəyirik” dedi Geyts. “İndiyə qədər bildiyimiz fövqəlağır elementlər praktiki məqsədlər üçün faydalı olacaq qədər uzun ömür sürmür, lakin gələcəyin nə gözlədiyini bilmirik. Bəlkə bu, nüvənin necə işlədiyini daha yaxşı başa düşməkdir və ya bəlkə də daha çox şeydir.”

Bu iş üçün əməkdaşlığa Berkeley Laboratoriyası, Lund Universiteti, Arqon Milli Laboratoriyası, Lourens Livermor Milli Laboratoriyası, San Jose Dövlət Universiteti, Strasburq Universiteti, Liverpul Universiteti, Oreqon Dövlət Universiteti, Texas A&M Universiteti, UC Berkeley, Oak Ridge Milli Universitetinin tədqiqatçıları daxildir. Laboratoriya, Mançester Universiteti, ETH Sürix və Paul Scherrer İnstitutu.

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal məktubları , arXiv