Tento průlom posouvá hranice našeho chápání atomového jádra a přibližuje nás k legendárnímu „ostrovu stability“ - teoretické oblasti periodické tabulky, kde by mohly existovat relativně stabilní supertěžké prvky.
Nová éra jaderné syntézy
Tým vedený doktorkou Jacklyn Gatesovou použil inovativní přístup k vytvoření livermoria, prvku s atomovým číslem 116. Namísto tradičně používaného vápníku-48 vědci bombardovali terč z plutonia-244 paprskem iontů titanu-50. Tento experiment není jen technologickým triumfem, ale také klíčovým krokem k syntéze ještě těžších prvků.
Livermorium, pojmenované po Lawrence Livermore National Laboratory, bylo poprvé syntetizováno v roce 2000. Současný experiment však představuje první úspěšnou produkci tohoto prvku pomocí titanu-50, což je kritický krok k potenciální syntéze prvku 120.
Proč je právě prvek 120 tak významný? Tento dosud neobjevený prvek by se nacházel na osmém řádku periodické tabulky a mohl by ležet na břehu teoretického „ostrova stability“. Zatímco známé supertěžké prvky se rozpadají téměř okamžitě, prvky na tomto „ostrově“ by mohly být relativně stabilní, což by umožnilo jejich podrobnější studium.
Ředitel oddělení jaderného výzkumu v Berkeley Lab Reiner Kruecken však upozorňuje: „Myslíme si, že vytvoření prvku 120 bude asi desetkrát obtížnější než vytvoření livermoria. Není to snadné, ale nyní se zdá být proveditelné.“
Výroba supertěžkých prvků Alchymie 21. století
Recept na výrobu supertěžkých prvků je teoreticky jednoduchý. Rozbijete dva lehčí prvky, které dohromady mají počet protonů, jaký chcete ve svém konečném atomu. Je to základní matematika: 1+2=3.
V praxi je to však nesmírně obtížné. Než se dva atomy úspěšně spojí, může to trvat biliony interakcí a existují omezení ohledně toho, které prvky lze rozumně přeměnit na částicový paprsek nebo cíl. Vytvoření supertěžkého prvku je komplexní proces, který vyžaduje špičkové technologie a precizní kontrolu.
Pojďme se podívat, jak vědci v Berkeley Lab dokázali vytvořit livermorium pomocí titanu-50.
1) Příprava „střely“
Proces začíná přípravou paprsku iontů titanu-50. Tento izotop titanu je vzácný – tvoří pouze asi 5 % přírodního titanu. Vědci ho nejprve získají ve formě oxidu titaničitého (TiO2) a poté ho redukují na kovový titan.
Kovový titan-50 je následně umístěn do speciální indukční pece, která je součástí iontového zdroje VENUS (Versatile ECR for NUclear Science). Tato pec zahřívá titan na teplotu téměř 3000 stupňů Fahrenheita (asi 1650 °C), při které se titan začíná vypařovat.
2) Vytvoření iontového paprsku
Páry titanu jsou v iontovém zdroji VENUS ionizovány, čímž vznikají vysoce nabité ionty titanu-50. Tyto ionty jsou pak urychleny v cyklotronu na energii 282 MeV (megaelektronvoltů). To odpovídá rychlosti asi 10 % rychlosti světla!
3) „Střelba“ na terč
Urychlovač vysílá přibližně 6 bilionů iontů titanu za sekundu směrem k terči. Terč je tvořen tenkou vrstvou plutonia-244 nanesenou na titanové fólii. Terč rotuje, aby se rozptýlilo teplo vznikající při bombardování.
4) Jaderná fúze
Když iont titanu-50 zasáhne jádro plutonia-244, může dojít k jaderné fúzi. Vznikne tak extrémně nestabilní jádro prvku 116 (livermoria) s velkým přebytkem energie. Toto jádro se okamžitě zbavuje přebytečné energie vyzářením několika neutronů.
5) Separace a detekce
Produkty reakce jsou vedeny do zařízení Berkeley Gas-filled Separator (BGS). Toto zařízení využívá silné magnetické pole k oddělení nově vytvořených atomů livermoria od ostatních částic.
Atomy livermoria pak dopadají na detektor SHREC (SuperHeavy RECoil), který zaznamenává jejich implantaci a následný radioaktivní rozpad. Tento detektor je schopen měřit energii částic s extrémní přesností a zachytit i velmi krátké doby života nových atomů.
6) Analýza dat
Nakonec vědci analyzují data z detektoru, hledajíce specifické sekvence rozpadů charakteristické pro livermorium a jeho dceřiné produkty. V tomto experimentu byly pozorovány dva takové rozpadové řetězce, potvrzující úspěšnou syntézu livermoria.
Honba za neznámem
Experiment probíhal 22 dní na cyklotronu Lawrence Berkeley National Laboratory. Úspěch otevírá nové horizonty v jaderné chemii. Zatímco vytvoření prvku 120 zůstává hlavním cílem, získaná data jsou nesmírně cenná pro zpřesnění teoretických modelů předpovídajících produkci supertěžkých prvků.
„Chceme zjistit limity atomu a limity periodické tabulky. Supertěžké prvky, které známe, nežijí dostatečně dlouho na to, aby byly užitečné pro praktické účely, ale nevíme, co přinese budoucnost. Možná to bude lepší pochopení fungování jádra, nebo možná něco víc,“ shrnuje výsledek práce svého týmu doktorka Gatesová.
Pokus o syntézu prvku 120 bude vyžadovat použití kalifornia-249 jako terče, což představuje další technologické výzvy. Zahájení experimentu je naplánováno na příští rok (2025), ale předpokládá se, že může trvat i několik let. Pokud bude experiment úspěšný, mohl by vést k objevu prvního prvku osmé řady periodické tabulky.
Rozšířená periodická tabulka ukazuje, kde výzkumníci očekávají, že budou prvky 119 a 120 kategorizovány, pokud budou objeveny.
Historie objevů supertěžkých prvků
Honba za supertěžkými prvky začala v 50. letech 20. století, kdy vědci teoretizovali o možnosti existence prvků těžších než uran. První průlom přišel v roce 1940, kdy byl objeven plutonium, první umělý transuranovým prvek. To odstartovalo éru syntézy nových prvků.
V 60. letech 20. století došlo k významným objevům – byly syntetizovány prvky lawrencium (103) a rutherfordium (104). Tyto úspěchy vedly k intenzivnímu výzkumu v oblasti jaderné fyziky a chemie.
Klíčovým momentem byl rok 1974, kdy Jurij Colakovič Oganesjan a jeho tým v Dubně v Sovětském svazu použili metodu „studené fúze“ k vytvoření prvku seaborgium (106). Tato technika umožnila syntézu řady nových prvků až po meitnerium (109) v roce 1982.
Další revoluci přineslo použití vápníku-48 jako projektilu v „horké fúzi“. To vedlo k objevu šesti nových prvků (flerovium až oganesson) mezi lety 2000 a 2010. Tato metoda posunula hranice periodické tabulky až k prvku 118.
Pokud si říkáte – a co prvek 119? Tak ten nebyl dosud objeven, a zatím neúspěšně se o jeho syntézu pokoušely týmy v Německu, Rusku a Japonsku. Možné postupy narážejí na technologické problémy a některé zdrojové izotopy se vyskytují v extrémně malých množstvích, což experiment komplikuje. Proto by se mohlo, klidně stát, že prvek 120 bude vytvořen s použitím titanu-50 dříve než prvek 119.
Sledujte nás v Google Zprávách