Die achte Periode des Periodensystems steht kurz vor der Eröffnung und Physiker „erschaffen“ superschwere Elemente!

[Mobile Software: BoKeYuan] Die Messungen von Kollisionen zwischen kleinen und großen Kernen durch Physiker werden die Suche nach neuen Elementen unterstützen und könnten zu einer neuen Chemie mit superschweren Elementen führen. Für experimentelle Kernphysiker sind zwei verlockende Ziele fast in Reichweite: Eines davon ist der Durchbruch in die achte Periode des Periodensystems. Bisher haben Wissenschaftler alle Elemente der ersten sieben Perioden hergestellt, von Wasserstoff (ein Proton) bis zu Gasen (118 Protonen). Die Synthese schwererer Elemente wäre also Neuland.

Ein weiteres Ziel ist es, „Inseln der Stabilität“ im Meer superschwerer Kerne zu lokalisieren – Elemente, die im Allgemeinen umso instabiler werden, je mehr Protonen sie enthalten. Beispielsweise hat das stabilste Isotop von Niob (113 Protonen) eine Halbwertszeit von fast 8 Sekunden, während Og eine Halbwertszeit von nur 0,7 Millisekunden hat. Theoretiker gehen jedoch davon aus, dass sich dieser Trend auch bei anderen Kernen als Og ändern wird. Physiker haben spekuliert, dass es einen besonders stabilen Atomkern gibt, der über magische Zahlen von Protonen und Neutronen verfügt, eine „doppelte magische Zahl“. Langlebige superschwere Elemente würden eine neue Art der Chemie ermöglichen, bei der Reaktionen wesentlich länger dauern.

Um diese Ziele zu erreichen, müssen Experimentalphysiker herausfinden, wie sie die Chancen zur Herstellung superschwerer Atomkerne maximieren können, da die Synthese eines einzelnen Atoms schätzungsweise mehr als drei Monate dauert. Dazu muss man die abstoßende Kraft kennen, die zwei Kerne erfahren, wenn sie sich einander nähern, und zwar aufgrund der Anziehungskraft des Kernpotentials. Nun haben Taiki Tanaka vom RIKEN Nishida Center for Accelerator Science in Japan und seine Kollegen diese Abstoßungskraft gemessen, indem sie kleine Atomkerne (Neon, Magnesium und Kalzium) auf große Atomkerne (Plutonium und Uran) feuerten und deren Streuung maßen.

Sie fanden heraus, dass die Abstoßungsbarriere hauptsächlich durch die Verformung des größeren Kerns beeinflusst wird, der die Form eines Rugbyballs hat. Ein Vergleich mit Anregungsfunktionen zur Erzeugung bekannter superschwerer Elemente lässt darauf schließen, dass die effektivste Strategie zur Erzeugung neuer superschwerer Kerne darin besteht, kleinere Kerne so anzuregen, dass sie sich der Seite eines deformierten größeren Kerns nähern. Wenn dieser Trend auch für schwerere Kerne gilt, dann kann die optimale Energie für kleinere Kerne einfach durch die Messung der Abstoßungsbarriere für die größeren Kerne bestimmt werden, was nur etwa einen Tag dauern sollte. Auf der Grundlage dieser systematischen Studie schlugen die Forscher eine neue Methode zur Schätzung der optimalen Einfallsenergie vor, die zur Synthese neuer Elemente erforderlich ist.

Das Forschungsteam plant, dieses Wissen zu nutzen, um neue superschwere Elemente zu erzeugen. Kurzfristig werden sie versuchen, neue Elemente zu schaffen, etwa Element 119 oder Element 120. In zehn oder zwanzig Jahren können sie vielleicht die „Insel der Stabilität“ erreichen, aber sie sind sich nicht sicher, wo sie ist. Die quasi-elastischen Barriereverteilungen für diese Systeme wurden mithilfe von Messungen mit einem gasgefüllten Rückstoßionenseparator extrahiert und mit gekoppelten Kanalberechnungen verglichen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Verteilung der Potentialbarriere hauptsächlich durch die Deformation des Radon-Zielkerns sowie durch die Vibrations- oder Rotationsanregung des einfallenden Kerns und den Migrationsprozess des Neutrons vor dem Einfangen beeinflusst wird. Ein Vergleich der experimentellen Barriereprofile mit dem Querschnitt des Verdampfungsrückstands lässt darauf schließen, dass die thermische Fusionsreaktion winzige Kollisionen ausnutzt, wenn sich die einfallenden Partikel entlang der Nebenachse des neu verformten Kerns nähern.

Bo Ke Yuan | Recherche/Quelle: RIKEN