Door zware ionen met elkaar te laten botsen hebben natuurkundigen in de VS vijf voorheen ongeziene nucleaire isotopen gecreëerd. Geleid door Oleg Tarasov aan de Michigan State University identificeerde het team de kernen in het puin dat werd geproduceerd door de fragmentatie van platina-198.
Bij natuurkundigen zijn bijna 300 in de natuur voorkomende isotopen bekend, waarvan er ongeveer 250 stabiel zijn. Onderzoekers hebben ook ongeveer 3000 kortlevende isotopen gecreëerd in laboratoria zoals de Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), een op versnellers gebaseerd instituut aan de Michigan State University.
Kortlevende isotopen komen van nature ook voor bij gewelddadige astrofysische gebeurtenissen zoals supernova's en fusies van neutronensterren. Bij deze gebeurtenissen wordt aangenomen dat sommige van deze isotopen betrokken zijn bij het snelle neutronenvangstproces (r-proces), waarbij zware elementen zoals goud worden gemaakt.
Klein deel
“Het aantal natuurlijke isotopen is een klein deel van de mogelijke isotopen en een klein deel van het aantal dat bestaat in extreme astrofysische omgevingen met actieve kernreacties”, legt Tarasov uit. “Een fundamentele vraag is: welke combinaties van protonen en neutronen kunnen een atoomkern of een zeldzame isotoop vormen?”.
Het beantwoorden van deze vraag is één doel van FRIB, dat isotopen creëert door zware ionenstralen op doelen te schieten met energieën tot 200 MeV. Dankzij de laatste toename van het bundelvermogen is de faciliteit nu klaar om ongekende toegang te bieden tot zware, neutronenrijke isotopen in nog onontdekte gebieden van de nucleaire kaart.
Voor het team van Tarasov bevat één gebied van bijzonder belang isotopen die iets lichter zijn dan lood-208. Tot nu toe zijn deze kernen een uitdaging gebleken om te bestuderen vanwege de lage productieopbrengsten in experimenten, gecombineerd met de moeilijkheid om onderscheid te maken tussen verschillende kernen.
Projectielfragmentatie
Met FRIB kunnen “zware isotopen met veel meer neutronen dan protonen worden geproduceerd door projectielfragmentatie, waarbij een zware stabiele straal, zoals een natuurlijke isotoop van platina, met de helft van de snelheid van het licht in een koolstofdoel wordt geslagen”, legt Tarasov uit.
Om nieuwe isotopen te vinden, stonden de onderzoekers voor een tweeledige taak: het fragmentatieafval sorteren op basis van de verschillende isotopen die het bevat, en elke isotoop ondubbelzinnig identificeren. Deze uitdagingen werden overwonnen met behulp van de Advanced Rare Isotope Separator (ARIS) bij FRIB.
Grootste uitbreiding van het bekende chemische universum waar de kerncentrale van de FRIB het doelwit van is
In totaal leverde het fragmentatie-experiment van het team vijf verschillende isotopen op van de elementen thulium, ytterbium en lutetium, die nog nooit eerder waren waargenomen.
“De succesvolle identificatie van deze isotopen demonstreert de hogeresolutiemogelijkheden van de ARIS-fragmentscheider en het potentieel ervan voor toekomstige ontdekkingen in het hoge Z-gebied van het periodiek systeem, vooral naarmate de bundelintensiteit toeneemt”, zegt Tarasov.
Het team is ervan overtuigd dat de resultaten slechts het begin zijn van een spannend nieuw tijdperk voor fragmentatie-experimenten. “Dit werd bereikt minder dan een jaar nadat de FRIB-operaties begonnen, en belooft een groot wetenschappelijk potentieel bij het uitvoeren van soortgelijke metingen met lood- en uraniumfragmentatie”, vervolgt Tarasov.
In toekomstige experimenten zullen Tarasov en collega's ernaar streven kernen te produceren die 126 neutronen bevatten. Dit is een “magisch getal” en er wordt verwacht dat deze kernen stabieler zijn dan hun buren op de nucleaire kaart. Dit maakt ze tot een belangrijk doelwit voor astrofysici in hun onderzoek naar het r-proces. Toekomstig onderzoek zou ons dus een beter inzicht kunnen geven in de oorsprong van ongeveer de helft van alle elementen in het universum die zwaarder zijn dan ijzer.
Het onderzoek is beschreven in Physical Review Letters.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/frib-finds-five-new-isotopes-in-platinum-fragments/
