Команді фізиків вдалося синтезувати новий ізотоп урану — уран-241. Його виявили у ході експериментів з вимірювання маси багатих на нейтрони важких ізотопів. Масу нового ізотопу, а також ще 18 вдалося оцінити напряму завдяки реакціям багатонуклонного перенесення. Своїми результатами вчені поділилися у Physical Review Letters.
Шестикутниками позначено ізотопи, маси яких вдалося виміряти у ході роботи. T. Niwase et al. / Physical Review Letters, 2023
Як шукають нові ізотопи?
З відомих сьогодні нуклідів, близько 300 є природними, а понад три тисячі вдалося синтезувати у лабораторіях. При цьому теоретичні розрахунки передбачають, що фізики можуть відкрити ще понад чотири тисячі нових нуклідів, особливо в області багатих на нейтрони ізотопів. Вони допоможуть вченим уточнити моделі ядер, їхню стабільність та зрештою і теорії сильної взаємодії, яка пов'язує нейтрони і протони всередині атомного ядра.
Нові екзотичні ядра зазвичай утворюються шляхом фрагментації, поділу або в реакціях повного синтезу. Перспективним способом синтезу і дослідження багатих на нейтрони ізотопів вважаються реакції багатонуклонного перенесення (multinucleon transfer reactions). Вони полягають у тому, щоб обмін нуклонами відбувався між мішенню і пучком частинок-снарядів у двосторонньому режимі.
З такими реакціями працює нова установка KISS (KEK Isotope Separation System), встановлена у японському науково-дослідному інституті RIKEN. З її допомогою фізикам вдалося не лише виміряти маси 19 важких ізотопів, а і відкрити в процесі новий ізотоп урану — уран-241.
Експериментальна установка KISS. T. Niwase et al. / Physical Review Letters, 2023
Як зважили ізотопи?
Для свого дослідження вчені протягом чотирьох днів направляли на обертову мішень зі збагаченої платини-198 пучок ядер урану-238 з енергією у 10,75 мегаелектронвольта на нуклон. Продукти реакції фізики вивчали за допомогою часопролітної масспектрометрії, яка за часом прольоту іона визначала його масу.
Так науковці оцінили маси 19 важких ізотопів, що містять від 143 до 150 нейтронів: від плутонію-239 до плутонію-242, від нептунію-239 до нептунію-242, проактинію-235 до проактинію-237, а також від урану-235 до урану-242, включно з відкритим ураном-241. Вчені сподіваються, що у майбутніх експериментах їм вдасться дослідити ізотопи з ще більшим вмістом нейтронів, використовуючи різні комбінації мішеней.
Раніше ми розповідали про результати вчених з японського інституту RIKEN, яким вдалося відкрити найважчий ізотоп натрію натрій-39.