Një paraqitje grafike e një reaksioni të shkrirjes bërthamore. Dy bërthama bashkohen në një, duke lëshuar një neutron. Reaksionet që krijuan elemente të reja deri në këtë moment ishin të ngjashme, megjithëse mund të emetohen numra të ndryshëm neutronesh – ose grimcash të ngarkuara alternativisht.
Nga: Superheavy element – Pjesa> Synthesis of superheavy nuclei – Wikipedia (1)
Sinteza e bërthamave super të rënda
Një bërthamë atomike super e rëndë [a] krijohet në një reaksion bërthamor që kombinon dy bërthama të tjera me madhësi të pabarabartë [b] në një të vetme; Përafërsisht, sa më të pabarabarta të jenë dy bërthamat në masë, aq më e madhe është mundësia që ato të reagojnë. Materiali i bërë nga bërthamat më të rënda shndërrohet në një objektiv, i cili më pas bombardohet nga rrezja e bërthamave më të lehta. Dy bërthama mund të bashkohen në një vetëm nëse janë mjaft afër njëra-tjetrës; Normalisht, bërthamat (të gjitha me ngarkesë pozitive) shtyjnë njëra-tjetrën për shkak të shtytjes elektrostatike. Ndërveprimi i fortë mund të kapërcejë këtë shtytje, por vetëm brenda një distance shumë të shkurtër nga bërthama; Bërthamat e rrezeve përshpejtohen shumë për ta bërë këtë shtytje të parëndësishme krahasuar me shpejtësinë e bërthamës së rrezes. Energjia e aplikuar në bërthamat e rrezeve për t’i përshpejtuar ato mund t’i bëjë ato të arrijnë shpejtësi deri në një të dhjetën e shpejtësisë së dritës. Megjithatë, nëse aplikohet shumë energji, bërthama e rrezes mund të shpërbëhet.
Të afrohesh mjaftueshëm vetëm nuk mjafton që dy bërthama të bashkohen: kur dy bërthama afrohen, zakonisht qëndrojnë bashkë për rreth 10−20 sekonda dhe pastaj ndahen (jo domosdoshmërisht në të njëjtën përbërje si para reaksionit) në vend që të formojnë një bërthamë të vetme. Kjo ndodh sepse gjatë përpjekjes për formimin e një bërthame të vetme, shtytja elektrostatike copëton bërthamën që po formohet. Çdo çift i një objekti dhe një rrezeje karakterizohet nga seksioni i saj i prerjes—probabiliteti që bashkimi të ndodhë nëse dy bërthama afrohen me njëra-tjetrën shprehet në terma të sipërfaqes transversale që grimca incidentale duhet të godasë për të ndodhur bashkimi. [d] Ky bashkim mund të ndodhë si rezultat i efektit kuantik ku bërthamat mund të tunelojnë përmes shtytjes elektrostatike. Nëse dy bërthamat mund të qëndrojnë afër pas asaj faze, ndërveprimet e shumta bërthamore rezultojnë në rishpërndarje të energjisë dhe një ekuilibër energjie.
Bashkimi që rezulton është një gjendje e eksituar — e quajtur bërthamë e përbërë — dhe për këtë arsye është shumë e paqëndrueshme. Për të arritur një gjendje më të qëndrueshme, bashkimi i përkohshëm mund të bëjë fision pa formimin e një bërthame më të qëndrueshme. Alternativisht, bërthama e përbërë mund të nxjerrë disa neutrone, të cilat do të largonin energjinë e eksitimit; nëse kjo e fundit nuk është e mjaftueshme për një nxjerrje neutroni, bashkimi do të prodhonte një rreze gama. Kjo ndodh rreth 10−16 sekonda pas përplasjes fillestare bërthamore dhe rezulton në krijimin e një bërthame më të qëndrueshme. Përkufizimi nga Grupi i Përbashkët i Punës IUPAC/IUPAP (JWP) thotë se një element kimik mund të njihet si i zbuluar vetëm nëse një bërthamë e tij ekziston për të paktën 10−14 sekonda. Kjo vlerë u zgjodh si një vlerësim i kohës që i duhet një bërthame për të fituar elektrone dhe kështu për të shfaqur vetitë e saj kimike.
Shuarja dhe zbulimi
Rrezja kalon përmes objektivit dhe arrin në dhomën tjetër, ndarësin; nëse prodhohet një bërthamë e re, ajo bartet me këtë rreze. Në ndarës, bërthama e sapoprodhuar ndahet nga nuklidet e tjera (ajo e rrezes origjinale dhe çdo produkt tjetër reaksioni) [f] dhe transferohet në një detektor me barrierë sipërfaqësore, i cili ndalon bërthamën. Vendndodhja e saktë e goditjes së ardhshme në detektor shënohet; Gjithashtu shënohet energjia dhe koha e mbërritjes. Transferimi zgjat rreth 10−6 sekonda; Për t’u zbuluar, bërthama duhet të mbijetojë kaq gjatë. Bërthama regjistrohet përsëri sapo të regjistrohet shkatërrimi i saj, dhe matet vendndodhja, energjia dhe koha e dekompozimit.
Stabiliteti i një bërthame sigurohet nga ndërveprimi i fortë. Megjithatë, rrezja e tij është shumë e shkurtër; Ndërsa bërthamat bëhen më të mëdha, ndikimi i tyre mbi nukleonet më të jashtme (protonet dhe neutronet) dobësohet. Në të njëjtën kohë, bërthama copëtohet nga shtytja elektrostatike midis protoneve, dhe diapazoni i saj nuk është i kufizuar. Energjia totale e lidhjes e siguruar nga ndërveprimi i fortë rritet në mënyrë lineare me numrin e nukleoneve, ndërsa shtytja elektrostatike rritet me katrorin e numrit atomik, dmth ky i fundit rritet më shpejt dhe bëhet gjithnjë e më i rëndësishëm për bërthamat e rënda dhe super të rënda. Bërthamat super të rënda parashikohen teorikisht dhe deri tani janë vërejtur kryesisht të kalben përmes mënyrave të kalbjes që shkaktohen nga kjo shtytje: dekompozimi alfa dhe fisioni spontan. [g] Pothuajse të gjithë emetuesit alfa kanë mbi 210 nukleone, dhe nuklidi më i lehtë që kryesisht kalon fision spontan ka 238. Në të dy modalitetet e kalbjes, bërthamat pengohen nga shpërbërjet nga barrierat përkatëse të energjisë për secilën mënyrë, por ato mund të tunelohen përmes tyre.
Sinteza e bërthamave super të rënda – imazh3.
Skema e një aparature për krijimin e elementeve super të rënda, bazuar në Dubna Gas-Filled Recoil Separator të vendosur në Laboratorin Flerov të Reaksioneve Bërthamore në JINR. Trajektorja brenda detektorit dhe aparatit të fokusimit të rrezes ndryshon për shkak të një magneti dipol në të parin dhe magnetëve kuadrupol në të dytin.
Grimcat alfa prodhohen zakonisht në dekompozime radioaktive sepse masa e një grimce alfa për çdo nukleon është mjaft e vogël për të lënë pak energji që grimca alfa të përdoret si energji kinetike për të dalë nga bërthama. Fisioni spontan shkaktohet nga shtytja elektrostatike që copëton bërthamën dhe prodhon bërthama të ndryshme në raste të ndryshme të ndarjes identike të bërthamave. Ndërsa numri atomik rritet, fisioni spontan bëhet shpejt më i rëndësishëm: gjysmë-jetët e pjesshme të fisionit spontan ulen me 23 rendë madhësie nga uraniumi (elementi 92) në nobelium (elementi 102), dhe me 30 rendë madhësie nga toriumi (elementi 90) në fermium (elementi 100). Modeli i mëparshëm i pikës së lëngshme sugjeronte kështu se fisioni spontan do të ndodhte pothuajse menjëherë për shkak të zhdukjes së barrierës së fisionit për bërthamat me rreth 280 nukleone. Modeli më vonë i guaskës bërthamore sugjeronte se bërthamat me rreth 300 nukleone do të formonin një ishull stabiliteti ku bërthamat do të ishin më rezistente ndaj fisionit spontan dhe kryesisht do të kalonin në dekompozim alfa me gjysmë-jetë më të gjatë. Zbulimet e mëvonshme sugjeruan se ishulli i parashikuar mund të ishte më larg se sa ishte parashikuar fillimisht; Ata gjithashtu treguan se bërthamat ndërmjet aktinideve jetëgjata dhe ishullit të parashikuar janë të deformuara dhe fitojnë stabilitet shtesë nga efektet e guaskës. Eksperimentet mbi bërthama më të lehta super të rënda, si dhe ato më afër ishullit të pritur, kanë treguar stabilitet më të madh se sa pritej më parë kundër ndarjes spontane, duke treguar rëndësinë e efekteve të guaskës mbi bërthamat. [h].
Dekompozimet alfa regjistrohen nga grimcat alfa të emetuara, dhe produktet e dekompozimit janë të lehta për t’u përcaktuar para dekompozimit aktual; Nëse një dekompozim i tillë ose një seri dekompozimesh të njëpasnjëshme prodhon një bërthamë të njohur, produkti origjinal i një reaksioni mund të përcaktohet lehtësisht. [i] (Që të gjitha dekompozimet brenda një zinxhiri dekompozimi ishin vërtet të lidhura me njëra-tjetrën vërtetohet nga vendndodhja e këtyre dekompozimeve, të cilat duhet të jenë në të njëjtin vend.). Bërthama e njohur mund të njihet nga karakteristikat specifike të kalbjes që kalon, si energjia e kalbjes (ose më saktë, energjia kinetike e grimcës së emetuar). [j] Fisioni spontan, megjithatë, prodhon bërthama të ndryshme si produkte, kështu që nuklidi origjinal nuk mund të përcaktohet nga bijat e tij. [k]
Informacioni i disponueshëm për fizikantët që synojnë të sintetizojnë një element super të rëndë është kështu informacioni i mbledhur në detektorë: vendndodhja, energjia dhe koha e mbërritjes së një grimce në detektor, si dhe ato të dekompozimit të saj. Fizikantët analizojnë këto të dhëna dhe përpiqen të përfundojnë se ato janë shkaktuar nga një element i ri dhe nuk mund të jenë shkaktuar nga një nuklid tjetër nga ai që pretendohet. Shpesh, nëse të dhënat janë të pamjaftueshme për të arritur në përfundimin se një element i ri është krijuar patjetër dhe nuk ka shpjegim tjetër për efektet e vëzhguara; Janë bërë gabime në interpretimin e të dhënave. [l]
–
Referencat
