Island of Stability - Upptäck nya superheavy element

Ön stabilitet är den underbara plats där tunga isotoper av element sticker runt tillräckligt länge för att kunna studeras och användas. "Ön" är belägen i ett hav av radioisotoper som sönderfaller i dotterkärnor så snabbt är det svårt för forskare att bevisa att elementet fanns, mycket mindre använder isotopen för en praktisk tillämpning.

Key Takeaways: Island of Stability

• De ö för stabilitet hänvisar till ett område i det periodiska systemet som består av supertunga radioaktiva element som har minst en isotop med relativt lång halveringstid.
• De kärnkraftsmodell används för att förutsäga platsen för "öarna", baserat på att maximera den bindande energin mellan protoner och neutroner.
• Isotoper på "ön" tros ha "magiska nummer" av protoner och neutroner som gör att de kan upprätthålla viss stabilitet.
• Element 126, skulle den någonsin produceras, tros den ha en isotop med tillräckligt lång halveringstid för att den kan studeras och eventuellt användas.

Öns historia

Glenn T. Seaborg myntade frasen "stabilitetsö" i slutet av 1960-talet. Med hjälp av kärnkraftsmodellen föreslog han att fylla energinivåerna för ett visst skal med det optimala antalet protoner och neutroner skulle maximera bindande energi per nukleon, vilket tillåter den specifika isotopen att ha en längre halveringstid än andra isotoper, som inte hade fyllda skal. Isotoper som fyller kärnskal har vad som kallas "magiska nummer" av protoner och neutroner.

Hitta ön för stabilitet

Platsen för ön för stabilitet förutspås baserat på kända isotops halveringstider och förutspådd halveringstid för element som inte har observerats, baserat på beräkningar som förlitar sig på att elementen uppträder som de ovanför dem på det periodiska bordet (kongener) och följer ekvationer som står för relativistiska effekter.

Beviset på att "ön för stabilitet" -konceptet är ljudet kom när fysiker syntetiserade elementet 117. Även om isotopen 117 förföll mycket snabbt, var en av produkterna i dess förfallskedja en isotop av lawrencium som aldrig hade observerats tidigare. Denna isotop, lawrencium-266, visade en halveringstid på 11 timmar, vilket är utomordentligt lång för en atom med ett så tungt element. Tidigare kända isotoper av lawrencium hade färre neutroner och var mycket mindre stabila. Lawrencium-266 har 103 protoner och 163 neutroner, antydande till ännu oupptäckta magiska nummer som kan användas för att bilda nya element.

Vilka konfigurationer kan ha magiska nummer? Svaret beror på vem du frågar, eftersom det är en fråga om beräkning och det finns inte en standarduppsättning av ekvationer. Vissa forskare föreslår att det kan finnas en ö med stabilitet runt 108, 110 eller 114 protoner och 184 neutroner. Andra föreslår en sfärisk kärna med 184 neutroner, men 114, 120 eller 126 protoner kanske fungerar bäst. Unbihexium-310 (element 126) är "dubbelt magiskt" eftersom dess protonnummer (126) och neutronnummer (184) är båda magiska nummer. Men du rullar de magiska tärningarna, data som erhållits från syntesen av elementen 116, 117 och 118 pekar mot ökad halveringstid när neutronantalet närmade sig 184.

En del forskare tror att den bästa stabilitetsön kan finnas vid mycket större atomantal, som omkring element nummer 164 (164 protoner). Teoretiker undersöker regionen där Z = 106 till 108 och N är cirka 160-164, vilket verkar tillräckligt stabilt med avseende på beta-sönderfall och fission.

Göra nya element från ön av stabilitet

Även om forskare kanske kan bilda nya stabila isotoper av kända element, har vi inte tekniken för att gå mycket förbi 120 (arbete som för närvarande pågår). Det är troligt att en ny partikelaccelerator måste byggas som skulle kunna fokusera på ett mål med större energi. Vi måste också lära oss att göra större mängder kända tunga nuklider för att tjäna som mål för att göra dessa nya element.

Nya atomkärnformer

Den vanliga atomkärnan liknar en fast boll av protoner och neutroner, men atomer av element på öns stabilitet kan ta nya former. En möjlighet skulle vara en bubbelformad eller ihålig kärna, där protonerna och neutronerna bildar ett slags skal. Det är svårt att föreställa sig hur en sådan konfiguration kan påverka isotopens egenskaper. En sak är dock säker ... det finns nya element som ännu inte har upptäckts, så framtidens periodiska tabell kommer att se mycket annorlunda ut än den vi använder idag.