Wyspa stabilności

  1 2   3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H.     Hej
2 Li Być   b VS NIE O fa Urodzony
3 Nie dotyczy Mg   Glin tak P. S Cl Ar
4 K. To   Sc Ti V Cr Mn Fe Współ Lub Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Płyta CD W Sn Sb ty ja Xe
6 Cs Ba
* 		Czytać Hf Twój W. Re Kość Ir Pt W Hg Tl Pb Bi Po W Rn
7 Ks Ra
*
* 		Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Poz Ts Og
  ↓    
 
* 		Plik To Pr Nd Po południu Sm Miał Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb  
 
*
* 		Ac Cz Rocznie U Np Mógłby Jestem Cm Bk Por Jest Fm Md Nie  
       
  Pb   Przynajmniej jeden izotop tego pierwiastka jest stabilny
  Cm   Izotop ma okres co najmniej 4 milionów lat
  Por   Izotop ma okres półtrwania co najmniej 800 lat
  Md   Izotop ma okres półtrwania co najmniej 1 dzień
  Bh   Izotop ma okres półtrwania co najmniej 1 minutę
  Og   Wszystkie znane izotopy mają okres półtrwania krótszy niż 1 minuta

Wyspą stabilności jest hipotetyczny zestaw transuranowych nuklidów , które mają radioaktywne półtrwania dużo większa niż sąsiednie izotopów . Koncepcja ta wynika z warstwami modelu z jądra atomowego , w którym nukleony są postrzegane jako obiekty kwantowe, które rozdzielają się w jądrze poziomu energii w sposób podobny do elektronów w atomach  : gdy poziom energii nasyconym nukleony, ten nadaje szczególna stabilność na jądrze. Istniałyby zatem „  magiczne liczby  ” protonów i neutronów, które zapewniałyby wielką stabilność jąder, które się z nich składają; Jądra mające zarówno „magiczną liczbę” protonów, jak i „magiczną liczbę” neutronów, są określane jako „podwójnie magiczne”.

Wyspa stabilności składałaby się zasadniczo z nuklidów posiadających magiczną liczbę neutronów , nawet jeśli byłyby one podwójnie magiczne.

Należy zauważyć, że istnieje już wyspa stabilności złożona z uranu 238 , uranu 235 i toru 232 , których okresy półtrwania są znacznie dłuższe niż wszystkie otaczające je naturalne lub sztuczne nuklidy.

Okres półtrwania znanych superciężkich nuklidów

Wszystkie transuraniki są radioaktywne, a najcięższe obecnie znane nuklidy mają, poza Z = 107 ( bohr 270 ), okres półtrwania krótszy niż 10 sekund:

Znane izotopy elementów N O  100-118
n O  Element
Najbardziej stabilny znany izotop		 Okres półtrwania
radioaktywności
100 Fermium 257 Fm 101 dni
101 Mendelevium 258 miliardów 55 dni
102 Nobelium 259 Nie 58 minut
103 Lawrencium 262 Lr 3,6 godziny
104 Rutherfordium 267 Rf 1,3 godziny
105 Dubnium 268 Db 16 godzin
106 Seaborgium 271 Sg 1,9 minuty
107 Bohr 270 Bh 61 sekund
108 Has 277 godz 9,7 sekundy
109 Meitnerium 278 Mt 7,6 sekundy
110 Darmstadtium 281 Ds 11 sekund
111 Roentgenium 280 Rg 3,6 sekundy
112 Copernicium 285 Cn 29 sekund
113 Nihonium 284 Nh 0,49 sekundy
114 Flerow 289 Fl 2,6 sekundy
115 Moscovium 288 Mc 88 ms
116 Livermorium 293 poz 61 ms
117 Tennesse 294 Ts 77,9 ms
118 Oganesson 294 Og 0,89 ms

Odkrycie jeszcze cięższych jąder o dłuższym okresie półtrwania byłoby zatem ważnym krokiem w zrozumieniu struktury jądra atomowego.

Warstwowy wzór i magiczne liczby

Warstwowy model z jądra atomowego zakłada istnienie „  liczby magiczne  ” przez typu nukleony względu na rozwarstwienie neutronów i protonów język poziomów energii kwantowej w jądrze, jak to ma miejsce w przypadku elektronów na poziomie atomowym . W tym modelu magiczne liczby odpowiadają nasyceniu warstwy jądrowej przez rodzaj nukleonu, stąd zwiększona stabilność całego jądra; te liczby to: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184.

Ten warstwowy modelu umożliwia w szczególności w celu uwzględnienia różnic w energię wiązania atomowego obserwowanych węgla w stosunku do wyników uzyskanych na podstawie modelu kropli cieczy z jądra atomowego i uzyskanych przez wzorze Weizsäckera lub wyjaśnić dlaczego technet 43 Tc nie ma stabilnego izotopu .

Wyniki tego modelu prowadzą do rozważenia „wyspy stabilności” wokół jądra 310 126 , podwójnie magicznej z 126 protonami i 184 neutronami. Tak więc, pierwsze warunki rodziny z superactinide , zwłaszcza w pierwszej połowie elementów blokowych g (do Z ≈ 130) miałaby izotopy znacznie bardziej stabilne niż inne nuklidy superciężkich z okresów półtrwania większy na sekundę; zgodnie z relatywistyczną teorią pola średniego, szczególna stabilność tych nuklidów wynikałaby z połączenia efektu kwantowego mezonów ω, jednego z dziewięciu mezonów zwanego „  bez smaku  ”.

Lokalizacja wyspy stabilności

Dokładne kontury tej wyspy stabilności nie są jednak jasno określone, ponieważ magiczne liczby protonów wydają się trudniejsze do określenia w bogatych w neutron jądrach niż w jaśniejszych jądrach, więc modele mówią, że następca liczby magicznej to 82 (ołów). należy szukać dla Z między 114 a 126.

Teoria MM (od Microscopic-Macroscopic ) sugeruje poszukiwanie wyspy stabilności skupionej wokół flerovium 298 , której jądro składające się ze 114 protonów i 184 neutronów byłoby „podwójnie sferyczne”, idąc za ołowiem 208 (82  protony , 126  neutronów ), do którego relatywistyczna teoria pola średniego (RMF, dla teorii relatywistycznej średniej pola ) sugeruje raczej rozproszoną wyspę stabilności wokół jąder 304 Ubn , 306 Ubb lub 310 Ubh w zależności od wybranych parametrów.

Poniższa tabela nuklidów ilustruje, w jaki sposób te jądra 298 Fl , 304 Ubn , 306 Ubb i 310 UBH - reprezentowane przez pudełka na czerwonym tle i uważane za podwójnie sferyczne lub podwójnie magiczne zgodnie z rozważanymi teoriami - są z dala od dotychczas zsyntetyzowanych izotopów, które zajmują dość wąski pas zatrzymujący się przy oganesson 294:


Z →
↓ N 		112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127
170 282 Cn 283 Nh                            
171 283 Cn 284 Nh 285 Fl                          
172 284 Cn 285 Nh 286 Fl 287 Mc                        
173 285 Cn 286 Nh 287 Fl 288 Mc 289 poz                      
174 286 Cn 287 Nh 288 Fl 289 Mc 290 poz                      
175     289 Fl 290 Mc 291 poz                      
176     290 Fl 291 Mc 292 poz 293 Ts 294 Og                  
177         293 poz 294 Ts                    
178     292 Fl                          
179                                
180                                
181                                
182                                
183                                
184     298 Fl           304 Ubn   306 Ubb       310 Ubh  
185                                


Oprócz ekstremalnych wrażliwości, które należałoby osiągnąć (rzędu femtobarny , podczas gdy dziś jesteśmy bardziej na poziomie pikobarny), cała trudność w wytwarzaniu jąder zlokalizowanych na wysepce docelowej stabilności leży właśnie w tym, że konieczne byłoby posiadanie dużych ilości lżejszych atomów, bardzo bogatych w neutrony, w każdym razie bogatszych niż te, które prawdopodobnie będą obsługiwane w laboratorium w eksperymentach fuzji jądrowej, tak zaawansowanych, jak te, które byłyby konieczne do przeprowadzenia tego typu eksperymentów. Uwaga ta jest oczywiście mniej prawdziwe, dąży się węgla, z uwagi na wzrost liczby atomowej : z punktu widzenia neutronów / protonu stosunku jądro 298 114 , powinno być trudne do wykonania, niż w jądrze 310 126 , który powinny jednak wymagać znacznie wyższej czułości, aby zostały wykryte.

Te podejścia oparte na liczbach magicznych są jednak nieco przestarzałe, ponieważ obliczenia oparte na tunelowaniu pokazują, że chociaż takie podwójnie magiczne jądra byłyby prawdopodobnie samorzutnie stabilne w rozszczepieniu , nadal musiałyby ulegać rozpadom α z okresem półtrwania wynoszącym kilka mikrosekund. Z drugiej strony darmsztadt 293 mógłby przeciwnie, znajdować się w pobliżu środka wyspy o względnej stabilności określonej przez Z między 104 a 116 i N między 176 a 186.

Żywotność tych elementów

W głównych artykułach często wspomina się o okresach trwających lata dla tej wyspy stabilności, ale rząd wielkości jąder z ponad stu protonami nie przekracza obecnie 16 godzin dla dubnu 268 , który ma 105  protonów i 163  neutrony  ; najbardziej stabilny izotop flerowa wyprodukowany do tej pory, flerow 289 , miałby okres półtrwania tylko 2,6 sekundy, przy 114 protonach i 175 neutronach, podczas gdy livermorium 293 miałby okres półtrwania tylko 61 milisekund.

Dlatego nie oczekuje się znalezienia nowych nuklidów o okresie półtrwania dłuższym niż kilka minut.

Uwagi i odniesienia

  1. (w :) John Emsley ( trad.  Angielski), Nature's Building Blocks: An AZ Guide to the Elements , Oxford, Oxford University Press ,2001, Twarda oprawa, pierwsze wydanie  ed. , 538  str. , kieszeń ( ISBN  978-0-19-850340-8 , czytaj online ) , s.  143,144,458
  2. Źródło wskazuje 29 godzin, ale najczęściej cytowaną wartością jest 16 godzin.
  3. (w) G. Münzenberg, MM Sharma, AR Farhan, "  α-decay properties of Superheavy Elements Z = 113-125 in the relatywistycznej teorii pola średniego z samosprzężeniem wektora mezonu ω  " , Phys. Obrót silnika. C , tom.  71,19 maja 2005, s.  054310 ( DOI  10.1103 / PhysRevC.71.054310 , czytaj online )
  4. (w) Robert Janssens VF, „  Fizyka jądrowa: nieuchwytne magiczne liczby  ” , Nature , vol.  435,2005, s.  897-898 (2) ( DOI  10.1038 / 435897a , czytaj online , dostęp 28 czerwca 2009 )
  5. (w) C. Samanta, P. Roy Chowdhury i Basu DN, „  Predictions of alpha decay half life of heavy and Superheavy Elements  ” , Nucl. Fiz. A , tom.  789,2007, s.  142-154 ( DOI  10.1016 / j.nuclphysa.2007.04.001 )
  6. (w) P. Roy Chowdhury, C. Samanta i DN Basu "  Poszukiwanie długowiecznych najcięższych jąder poza doliną stabilności  " , Phys. Obrót silnika. C , tom.  77,2008, s.  044603 ( DOI  10.1103 / PhysRevC.77.044603 , czytaj online )
  7. (w) P. Roy Chowdhury, C. Samanta i DN Basu, „  Nuclear half-hours for a -radioactivity of Elements with 100 <Z <130  ” , At. Data & Nucl. Tabele danych , vol.  94,2008, s.  781 ( DOI  10.1016 / j.adt.2008.01.003 )
  8. It's Elemental  : the dubnium, n o  105.

Załączniki

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne