Sciencemag.cz
Doporučujeme
Syntéza livermoria pomocí titanového paprsku dává naději přiblížit se hypotetickému ostrovu stability.
Na Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) při ministerstvu energetiky USA se zasloužili o objev 16 ze 118 známých chemických prvků. Nyní zdejší vědci a jejich kolegové oznámili zásadní krok k potenciálnímu vytvoření dalšího: prvku 120. Podstata objevu spočívá v tom, že livermorium, supertěžký prvek se 116 protony, se podařilo vyrobit novou metodou syntézy, která by mohla vést i k prvku s protonovým číslem 120.
Tým vytvořil dva atomy livermoria během 22 dnů provozu na laboratorním urychlovači těžkých iontů. Příprava atomu prvku 120 by byla ještě obtížnější, ale soudě podle rychlosti, s jakou se podařilo vyrobit prvek 116, jde o reakci, kterou mohou vědci zvládnout v průběhu několika let.
Pokud by byl prvek 120 objeven, byl by nejtěžším vytvořeným atomem a umístili bychom ho do osmého řádku periodické tabulky prvků. Mohl by se už nacházet na okraji „ostrova stability“, (hypotetické) skupiny supertěžkých prvků s jedinečnými vlastnostmi.
Recept na výrobu supertěžkých prvků je teoreticky jednoduchý. Srazí se dva lehčí prvky, které mají dohromady požadovaný počet protonů ve výsledném atomu. Ne každá reakce je ovšem proveditelná a existuje řada omezení na paprsek i terč (stabilita atomů například).
Nejtěžším známým prakticky použitelným terčem je izotop kalifornium-249, který má 98 protonů. (Těžší terč, například z fermia se 100 protony, by se rozpadal příliš rychle). To znamená, že k pokusu o výrobu prvku 120 nemohli vědci vzít dosud používaný svazek vápníku-48 s 20 protony. Místo toho potřebovali paprsek atomů s 22 protony: titan, který se při výrobě supertěžkých prvků dosud běžně nepoužíval. Vědci se proto rozhodli ověřit, že mohou po dobu několika týdnů vytvářet dostatečně intenzivní svazek izotopu titanu-50 a použít jej k výrobě prvku 116, nejtěžšího prvku, který byl kdy v Berkeley Lab vyroben.
Prvky 114 až 118 se dosud vyráběly pouze pomocí svazku vápníku-48, který má speciální „magickou“ konfiguraci neutronů a protonů, jež mu pomáhá slučovat se s cílovými jádry a vytvářet supertěžké prvky. V této oblasti bylo otevřenou otázkou, zda by vůbec bylo možné vytvořit supertěžké prvky v blízkosti ostrova stability pomocí „nemagického“ paprsku, jako je titan-50. Vytvoření prvku 116 pomocí izotopů titanu a plutonia potvrzuje, že tento způsob výroby funguje a nyní se lze pustit dál.
Vytvořit dostatečně intenzivní svazek izotopů titanu nebylo ale snadné. Titan-50, celkem vzácný izotopu titanu, byl zahříván v peci, dokud se nepřeměnil na plyn a pak ionizován (mikrovlny vyrazí 12 elektronů; titan má atomové číslo 22). Problém je ovšem např. v tom, že titan má za těchto podmínek tendenci reagovat s jinými plyny atp.
Každou sekundu dopadalo na terč (plutonium pro prvek 116, kalifornium na 120), který je tenčí než list papíru a rotuje, aby rozptýlil teplo, asi 6 bilionů iontů titanu. Operátoři urychlovače vyladili paprsek tak, aby měl správné množství energie (málo energie – izotopy se nesloučí v těžký prvek; příliš mnoho energie znamená, že titan rozmetá jádra v terči na kusy). Výtěžnost reakce je i tak extrémně nízká, pouhé dva atomy bylo třeba oddělit a jednoznačně detekovat.
Teď je ještě potřeba vyrobit terče z kalifornia-249. Hon na prvek 120 by mohl začít už příští rok.
J. M. Gates et al, Towards the Discovery of New Elements: Production of Livermorium (Z=116) with 50Ti, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2407.16079, doi.org/10.48550/arXiv.2407.16079
Zdroj: Lawrence Berkeley National Laboratory / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Nová cesta k syntéze livermoria. Kredit: Jenny Nuss/Berkeley Lab
…a analogicky způsob, jak by mohl jít vyrobit prvek s protonovým číslem 120. Kredit: Jenny Nuss/Berkeley Lab
