Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk stworzyli najlżejszy izotop uranu. Uran-214, bo o nim mowa, powstał poprzez bombardowanie atomów wolframu wiązką argonu.
Nowo odkryty uran-214 to izotop, czyli odmiana tego samego pierwiastka, która zawiera jednakową liczbę protonów, ale różni się liczbą neutronów. Wiele pierwiastków ma po kilka, a niektóre - nawet po kilkanaście izotopów. Niektóre izotopy pierwiastków można znaleźć w naturze, ale są też i takie, które można stworzyć jedynie w laboratorium.
Najpowszechniej występującym izotopem uranu jest uran-238. Jest to naturalnie występujący izotop i posiada on 92 protony oraz 146 neutronów (suma liczby protonów i neutronów oznacza masę, stąd nazwa uran-238). Izotop wytworzony przez chińskich naukowców, o którym poinformowali na łamach pisma „Physical Review Letters”, ma o 24 neutrony mniej.
Nowy izotop uranu został opracowany w ośrodku badawczym Heavy Ion Research Facility w Lanzhou w Chinach. Aby go uzyskać skierowano wiązkę argonu i wapnia na cel wykonany z wolframu znajdujący się w specjalnym urządzeniu badawczym - Spektrometrze Ciężkich Atomów i Struktury Jądrowej (SHANS). Podczas tego bombardowania dochodziło do syntezy nowych atomów i w ten sposób powstał nowy izotop.
Wytworzony w Chinach uran-214 jest lżejszy od bardziej powszechnych izotopów, w tym uranu-235, który jest używany w reaktorach jądrowych. Jego okres połowicznego rozpadu wynosi 0,52 milisekundy. Najpopularniejszy izotop uranu - uran-238 - ma okres połowicznego rozpadu wynoszący około 4,5 miliarda lat.
Uran-214 jest nie tylko najlżejszy, ale ma też unikalne właściwości. Badania mogą pomóc w lepszym zrozumieniu rozpadu promieniotwórczego zwanego rozpadem alfa. W jego trakcie jądro atomowe traci grupę dwóch protonów i dwóch neutronów - nazywanych cząstką alfa.
Chociaż naukowcy wiedzą, że rozpad taki powoduje wyrzucenie cząstki alfa, to po stu latach badań nadal nie znają dokładnych szczegółów dotyczących przebiegu tego procesu.
Obserwując rozpad izotopów, uczeni byli w stanie dokładnie zbadać oddziaływanie silne (jedną z czterech podstawowych sił, które utrzymują materię razem) działające na neutrony i protony uranu. Badacze stwierdzili, że cząstki alfa (czyli właśnie protony i neutrony) oddziaływały ze sobą znacznie mocniej, niż w izotopach i innych pierwiastkach o podobnej liczbie protonów i neutronów.
Jest to prawdopodobnie spowodowane specyficzną liczbą neutronów w jądrze uranu-214 - uważają naukowcy. Nowy izotop ma 122 neutrony, zbliżając się do „magicznej liczby” 126 neutronów, która jest szczególnie stabilna. Dzięki temu naukowcy mogą w prostszy sposób dokonywać obliczeń siły oddziaływań między protonami i neutronami. Sprawia to, że podobne izotopy są szczególnie interesujące. - Badania nad takimi oddziaływaniami mogą ujawnić cechy związane ze strukturą jąder atomowych i procesami ich rozpadu - mówi główny autor badania Zhiyuan Zhang, fizyk z Chińskiej Akademii Nauk.
Naukowcy podejrzewają, że oddziaływania między protonami i neutronami mogą być jeszcze silniejsze w przypadku cięższych pierwiastków radioaktywnych, takich jak izotopy plutonu i neptunu. Badania są jednak utrudnione, ponieważ okresy ich połowicznego rozpadu są jeszcze krótsze, niż w przypadku uranu-214. Dlatego potrzeba bardziej czułych detektorów.
Źródło: Live Science, fot. Gareth Milner/ Flickr/ CC BY 2.0
