Островок стабильности
-
Остров стабильности
- Предсказанный набор изотопов сверхтяжелых элементов с длительным периодом полураспада
- Объясняется стабилизирующими эффектами магических чисел протонов и нейтронов
-
История и теории
- Модель ядерной оболочки предсказывает магические числа с 1940-х годов
- Уильям Майерс и Владислав Свентецкий ввели термин «остров стабильности»
- Вилен Струтинский усовершенствовал модель, что позволило провести расчеты стабильности ядер
-
Стабильность нуклидов
- Стабильность определяется энергией связи ядра
- Энергия связи увеличивается с увеличением атомного номера до A = 60, затем снижается
- Ядра с заполненными оболочками более стабильны
-
Магические числа
- Магические числа 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 для нейтронов
- Протоны разделяют первые шесть магических чисел, 126 предсказано как магическое
- Нуклиды с магическими числами называются «дважды магическими»
-
Открытия и исследования
- В 1960-х годах были предложены более сложные модели оболочек
- Вилен Струтинский и Свен Нильссон доказали существование дважды магического нуклида 298Fl
- Оценки магического числа протона варьируются от 114 до 126
-
Интерес к острову стабильности
- В 1960-х годах появились расчеты, предполагающие существование нуклидов с периодом полураспада в миллиарды лет.
- Эти элементы могли бы найти применение в ускорителях частиц, ядерном оружии и космических полетах.
-
Поиски сверхтяжелых элементов
- В 1970-х годах проводились эксперименты по синтезу элементов с атомными номерами от 110 до 127.
- Реакции термоядерного синтеза-испарения не увенчались успехом из-за низких поперечных сечений.
-
Открытие сверхтяжелых элементов
- Резерфордий был открыт в 1969 году, коперникий — в 1996 году.
- Флеровий был синтезирован в 1998 году, что подтвердило существование островка стабильности.
-
Деформированные ядра
- Исследования показали, что некоторые сверхтяжелые элементы имеют деформированные ядра.
- Хассий-270 является примером ядра с двойной магической деформацией.
-
Предсказанные свойства распада
- Периоды полураспада ядер на острове стабильности неизвестны.
- Предполагается, что закрытие оболочки при N = 184 увеличит период полураспада альфа-распада и спонтанного деления.
- В центре острова может наблюдаться конкуренция между альфа-распадом и спонтанным делением.
-
Долгоживущие нуклиды
- Самые долгоживущие нуклиды будут находиться на линии бета-стабильности.
- Бета-распад не изменяет массовое число, а преобразует нейтрон в протон или наоборот.
-
Бета-распад и его роль
- Бета-распад может существовать в нуклидах с небольшим количеством нейтронов.
- Бета-распад уменьшает конкуренцию с альфа-распадом, если нет дополнительной устойчивости к альфа-распаду.
-
Смещение центра островка стабильности
- Центр островка стабильности смещается с 298Fl на более низкий атомный номер.
- Альфа-распад и спонтанное деление конкурируют в этих нуклидах.
-
Модели и предсказания
- Различные модели указывают на различные периоды полураспада для нуклидов с 112 ≤ Z ≤ 118.
- Истинный центр островка стабильности может быть в районе 306Ubb.
-
Кластерный распад
- Кластерный распад может конкурировать с альфа-распадом около Z = 120.
- Он может стать доминирующим способом распада для более тяжелых нуклидов около Z = 124.
-
Естественное явление
- Периоды полураспада в сотни или тысячи лет слишком малы для существования на Земле.
- Спонтанное деление и нейтронно-индуцированное деление препятствуют синтезу нуклидов внутри островка.
-
Синтез и трудности
- Производство ядер на острове стабильности сложно из-за нехватки нейтронов.
- Пучки радиоактивных ионов и актинидные мишени могут быть использованы для синтеза.
- Альтернативные каналы реакции, такие как испарение заряженных частиц, могут быть исследованы.
-
Фермиевый промежуток и управляемые ядерные взрывы
- Фермиевый промежуток блокирует синтез более тяжелых элементов.
- Управляемые ядерные взрывы могут обеспечить синтез макроскопических количеств сверхтяжелых элементов.
-
Реакция многонуклонного переноса
- Реакция многонуклонного переноса может обеспечить путь к островку стабильности.
- Предварительные исследования не позволили получить элементы тяжелее менделевия.
-
Другие островки стабильности
- Дальнейшее закрытие оболочки может привести к появлению дополнительных островков стабильности.
-
Магические числа и стабильность ядер
- Вокруг тяжелых ядер с двойной магической активностью существуют два значительных острова стабильности.
- Первый остров находится около 354126 (228 нейтронов), второй — около 472164 или 482164 (308 или 318 нейтронов).
- Нуклиды в этих островках могут быть устойчивы к самопроизвольному делению и иметь длительный период полураспада.
-
Другие области стабильности
- Возможны области относительной стабильности вблизи 342126 и 462154.
- Электромагнитное отталкивание между протонами может снизить стабильность тяжелых ядер.
- Промежуточные нуклиды и элементы в «море нестабильности» быстро подвергаются делению.
-
Гипотетический «континент стабильности»
- В области за пределами A > 300 может существовать «континент стабильности» из кварковой материи.
- Кварковая материя может быть синтезирована в ходе термоядерного синтеза и устойчива к делению.
-
Вопросы и исследования
- Могут ли сверхтяжелые элементы образоваться в результате взрыва сверхновой?
- Можем ли мы наблюдать за ними?
- Исследования продолжаются для подтверждения или опровержения этих гипотез.