Επιστήμονες ανακάλυψαν την ελαφρύτερη μορφή ουρανίου

Ομάδα επιστημόνων παρήγαγε το ελαφρύτερο ισότοπο ουρανίου, κάτι που θα βοηθήσει στην τελειοποίηση των μοντέλων πυρηνικής δομής και θα δώσει περισσότερες πληροφορίες για το παράξενο σωματίδιο άλφα που εκτοξεύεται από ορισμένα ραδιενεργά στοιχεία καθώς αυτά αποσυντίθενται. Η ανακάλυψη αυτή βοηθά στην κατανόηση ενός ιδιαίτερου τύπου ραδιενεργού διάσπασης που εξακολουθεί να είναι μυστηριώδης πάνω από εκατό χρόνια.

Το ουράνιο-214, όπως ονομάζεται, είναι ένα ισότοπο ή μια παραλλαγή του χημικού στοιχείου, με 30 περισσότερα νετρόνια από πρωτόνια κι ένα λιγότερο νετρόνιο από το δεύτερο ελαφρύτερο ισότοπο ουρανίου. Επειδή τα νετρόνια έχουν μάζα, το ουράνιο-214 είναι πολύ ελαφρύτερο από τα κοινά ισότοπα ουρανίου, συμπεριλαμβανομένου του ουρανίου-235, το οποίο χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και έχει 51 επιπλέον νετρόνια.

Αυτό το νέο ισότοπο δεν είναι απλώς ελαφρύτερο αλλά παρουσιάζει μοναδικές συμπεριφορές κατά την αποσύνθεσή του. Ως εκ τούτου, τα νέα ευρήματα θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τη διαδικασία ραδιενεργής διάσπασης, στην οποία ένας ατομικός πυρήνας χάνει μια ομάδα δύο πρωτονίων και δύο νετρονίων – που ονομάζονται συλλογικά, σωματίδιο άλφα.

Αν και οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι η διάσπαση άλφα έχει ως αποτέλεσμα την αποβολή αυτού του σωματιδίου, μετά από έναν αιώνα μελέτης, εξακολουθούν να μην γνωρίζουν τις ακριβείς λεπτομέρειες για το πώς σχηματίζεται το σωματίδιο άλφα.

Οι ερευνητές δημιούργησαν το νέο ισότοπο ουρανίου στο Heavy Ion Research Facility στο Lanzhou της Κίνας. Η ομάδα δημιούργησε το νέο ισότοπο ουρανίου με μια πυρηνική αντίδραση «εξάτμισης-σύντηξης», η οποία περιλάμβανε τον βομβαρδισμό στόχου βολφραμίου με δέσμη αργού και την ανίχνευση των προϊόντων σύντηξης.

Το νέο ισότοπο ουρανίου-214 είχε χρόνο ημιζωής μόλις μισό χιλιοστό του δευτερολέπτου, ο χρόνος δηλαδή που χρειάζεται για να αποσυντεθεί το μισό από το ραδιενεργό δείγμα. Το πιο κοινό ισότοπο του ουρανίου – που ονομάζεται ουράνιο-238 – έχει χρόνο ημιζωής περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, δηλαδή περίπου όσο η ηλικία της Γης.

Παρατηρώντας προσεκτικά πώς αποσυντέθηκαν τα ισότοπα, οι επιστήμονες μπόρεσαν να μελετήσουν την ισχυρή πυρηνική δύναμη – μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις που συγκρατούν την ύλη – καθώς αυτή ενεργησε στα μέρη των σωματιδίων άλφα και στην επιφάνεια του ουρανίου. Διαπίστωσαν ότι οι μετρήσεις από τα τρία ανιχνευθέντα ισότοπα ουρανίου δείχνουν ότι αντιμετωπίζουν αυξημένη αλληλεπίδραση πρωτονίων-νετρονίων σε σύγκριση με τα ισότοπα άλλων στοιχείων.

Αυτό πιθανότατα οφείλεται στον συγκεκριμένο αριθμό νετρονίων μέσα στον πυρήνα του ουρανίου-214, ανέφεραν οι ερευνητές. Το νέο ισότοπο έχει 122 νετρόνια, κοντά στον «μαγικό αριθμό νετρονίων», συγκεκριμένα το 126, το οποίο είναι ιδιαίτερα σταθερό λόγω της διαμόρφωσης των νετρονίων σε πλήρη σύνολα ή κελύφη.

Με αυτήν τη διαμόρφωση, είναι πιο εύκολο για τους επιστήμονες να υπολογίσουν την αλληλεπίδραση ισχυρής δύναμης μεταξύ των πρωτονίων και των νετρονίων. Αυτό καθιστά αυτά τα ισότοπα ιδιαίτερα ενδιαφέροντα, καθώς η μελέτη των αλληλεπιδράσεων μπορεί να αποκαλύψει χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την πυρηνική δομή και τη διαδικασία αποσύνθεσης, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Zhiyuan Zhang, φυσικός στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών.

Οι επιστήμονες υποπτεύονται ότι αυτή η αλληλεπίδραση πρωτονίων-νετρονίων θα μπορούσε να είναι ακόμη ισχυρότερη στα βαρύτερα ραδιενεργά στοιχεία όπως τα ισότοπα του πλουτωνίου και του ποσειδώνιου. Αυτά τα στοιχεία έχουν περισσότερα πρωτόνια και η διαμόρφωση των τροχιών τους υποδηλώνει ότι θα μπορούσαν να έχουν ακόμη ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις από τα ισότοπα ουρανίου. Οι επιστήμονες θα ήθελαν να μελετήσουν άλλα στοιχειώδη ισότοπα κοντά στον «μαγικό αριθμό νετρονίων». Ωστόσο, δεδομένου ότι τέτοια στοιχεία έχουν ακόμη μικρότερη ημιζωή, απαιτούνται ακόμη πιο ευαίσθητοι ανιχνευτές και ισχυρότερες δέσμες.

Τα νέα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στις 14 Απριλίου στο περιοδικό «Physical Review Letters».

ΠΗΓΗ: Live Science

ΤΕΛΕΥΤΑΙΑ ΝΕΑ

ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ