/forskning

Forskerne finder supertunge atomer med ny specialvægt

For første gang har forskere fundet en direkte måde at veje atomer, der er tungere end uran. Derved kan de bestemme atomernes bindingsenergi og komme et skridt nærmere på de stabile, supertunge atomer, der på kortet over proton-neutron-fordelingen i atomkernen findes i et område, der går under betegnelsen "Island of Stability".

Klik for at se billedet i stort

Island of Stability er et område, hvor antallet at protoner og neutroner i atomkernen giver en særligt stabil, supertung atomkerne.


Læs også

Læs mere om

Dokumentation

Af Jens Ramskov, søndag 28. feb 2010 kl. 10:00

Uran med 92 protoner er det tungeste atom, der naturligt er kendt i naturen. Men rundt omkring i forskningslaboratorier i blandt andet Rusland, Tyskland og USA har forskere gennem mange år dannet atomkerner med endnu flere protoner – helt op til 118.

De supertunge atomer er dog alle ustabile, og henfalder til andre grundstoffer. Men der findes en formodning om, at atomer med 120 eller 126 protoner og omkring 184 neutroner er stabile. Dem vil forskerne gerne finde - og nu har de fået en ny teknik til hjælp i deres jagt: En vægt for supertunge atomer.

Moderne alkymi
Supertunge atomer dannes ved beskydning af forholdsvis lette atomer mod mål af tungere atomer.

Eksempelvis kan man ved beskydning af bly (82 protoner) med calcium-projektiler (20 protoner) danne grundstoffet nobelium med 102 protoner.

Bruger med calcium-48 (20 protoner og 28 neutroner) som projektil, men har forskellige bly-isotoper i målet (Pb-206, Pb-207 og Pb-208) får man dannet henholdsvis No-252, No-253 og No-254.

Det er hvad en international forskergruppe anført af Michael Block fra GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung i Darmstadt i Tyskland har gjort og for nylig har beskrevet i en artikel i Nature.

Forskerne har dernæst opsamlet nobelium-isotoperne i ionfælde, en såkaldt Penning trap, hvor elektriske og magnetiske felter holder de elektriske ladede ioner på plads.

Penning traps er velkendte til at indfange ioner, men det er ikke før nu lykkedes at bruge teknikken til de supertunge atomer. Forskergruppen lykkedes med teknikken ved først at sænke ionernes hastighed ved passage gennem en heliumgas med en tryk på 60 millibar.

I tilfældet med No-252 blev en ion i sekundet indfanget i fælden ud fra en partikelstrøm, der oprindeligt var 6.000 milliarder partikler i sekundet.

Massen af atomerne i ionfælden bestemmes med teknik, der kendes som penning trap massespektroskopi - hvorved massen kan bestemmes med stor nøjagtighed.

Ved at sammenligne massen for atomkernen med summen af masserne for de enkelte protoner og neutroner får man direkte et mål for bindingsenergien ud fra Einsteins formel E = m c^2 – og dermed en bestemmelse af, hvor stabil atomkernen er.

Hidtil har man brugt indirekte metoder ud fra henfald ved udsendelse af alfa-partikler til bestemmelse af atomets egenskaber.

Island of Stability
Forskellige modeller indikerer, at atomer med 120 eller 126 protoner og omkring 184 neutroner i modsætning til andre supertunge atomer skulle være meget stabile. Dette område på proton-neutron-kortet er derfor døbt Island of Stability.

Georg Bollen fra Michigan State University skriver i en kommentar i Nature, at jo tættere man kommer på Island of Stability, jo længere vil levetiden være for de supertunge atomer, og derfor kan man ikke forlede sig på radioaktivt henfald til at bestemme egenskaber.

»Identifikation af nye supertunge atomer ved at veje dem i en Penning tap kan vise sig at være den eneste praktiske løsning,« skriver han.



28. feb 2010 kl 14:06

avatar

Stig Johansen

Hold nu op med det pladder:-)

Det er jo for længe siden fastslået, at der ikke kan dannes tungere stoffer end jern i stjerner, så hvorfor skulle det kunne lade sig gøre med vore (i kosmisk sammenhæng) 'latterlige' formåen?

Jeg spørger bare..?


28. feb 2010 kl 14:45

avatar

Lars Grønnegaard

Re: Hold nu op med det pladder:-)

Det er jo for længe siden fastslået, at der ikke kan dannes tungere stoffer end jern i stjerner, så hvorfor skulle det kunne lade sig gøre med vore (i kosmisk sammenhæng) 'latterlige' formåen?

Jeg spørger bare..?

Det har du misforstået: Jern er det sidste grundstof der afgiver energi når det dannes fra lettere atomer, og stjernen kan derfor være stabil så længe der stadig dannes jern. Når den fase er overstået falder stjernen sammen i en supernova, med meget extreme forhold som tillader dannelse af tungere grundstoffer. :-)


28. feb 2010 kl 19:26

Søren Pilgård

Re: Hold nu op med det pladder:-)

Det er jo for længe siden fastslået, at der ikke kan dannes tungere stoffer end jern i stjerner, så hvorfor skulle det kunne lade sig gøre med vore (i kosmisk sammenhæng) 'latterlige' formåen?

Jeg spørger bare..?

"Hold op med at forske, for jeg har læst noget om jern og stjerner på wikipedia!"

Det er umiddelbart det jeg hører dig sige.


28. feb 2010 kl 23:16

John Johansen

Re: Hold nu op med det pladder:-)

Lars Grønnegaard:

Jern er det sidste grundstof der afgiver energi når det dannes fra lettere atomer, og stjernen kan derfor være stabil så længe der stadig dannes jern
Mnjae!
Jeg mener nu at huske, at netop jern, IKKE skaber energi ved fusion, men derimod kræver energi (er endoterm), og derfor 'tricker' supernovaen!?


01. mar 2010 kl 10:02

avatar

Lars Grønnegaard

Re: Re: Hold nu op med det pladder:-)

Lars Grønnegaard: Mnjae!
Jeg mener nu at huske, at netop jern, IKKE skaber energi ved fusion, men derimod kræver energi (er endoterm), og derfor 'tricker' supernovaen!?

Jeg fandt nedenstående på Wikipedia. Det er ikke helt det samme som at fusion af lettere elementer til jern er exoterm, men alligevel.
Der må være andre der har deres gymnasiefysik mere present.

Since iron nuclei are more tightly bound than any heavier nuclei, if they are fused they do not release energy—the process would, on the contrary, consume energy.

:-)


01. mar 2010 kl 16:19

avatar

Bertel Lohmann Andersen

Det er nu ikke pladder

Tænk på en kuglerund kerne. Hvis du klemmer den lidt, så den bliver aflang, vokser overfladeenergien, ligesom det ville ske med en vanddråbe. Hvis du binder en snor om midten af den aflange kerne og strammer til, så vil den til sidst spaltes, grundet den elektriske frastødning mellem de to halve kerner. Det var et "gedanken-experiment" - det med snoren.
Alle kerner tungere end jern er principielt ustabile overfor spaltning - men overfladeenergien sørger for, at det ikke sker. Overfladeenergien betyder, at der er en potentiel energi barriere, som kernen skal over - eller igennem - for at spaltes. Men da den elektriske frastødning har lang rækkevidde og kernekræfterne kort, så bliver den dal i den potentielle energi, hvori kernen eksisterer, mindre og mindre dyb jo større atomnummeret bliver. Når vi kommer til uran, så ligger kernen i et lille hul på nogle få MeV, oppe på toppen af et (potentiel energi) bjerg. Blot indfangning af en neutron, som giver en eksitationsenergi på 6 MeV, er nok til at spalte kernen (især hvis den har et ulige antal partikler, U-235 og Pu-239).
Når historien ikke slutter her skyldes det, at der er endnu et fænomen, som vi ikke har taget hensyn til: skal-effekter. Dette ord dækker over, at visse partikeltal giver større bindingsenergi end andre. Fra kugleformede kerne kendes "de magiske tal", delvis sammenfaldende med de tal, der kendes fra atomfysikken og som giver anledning til eksistensen af ædelgasser. Ca-40 og Ca-48 er solide kerner grundet tallene 20 og 28, som er "magiske". Også Pb-208 er dobbelt magisk. Nu har man så ved teoretiske beregninger fundet, at der hinsides afslutningen på det periodiske system findes tal, som forventes at give stærk binding (som nævnt i artiklen 114, 120, 128, 184). Måske er effekten stor nok til, at kernen får en passende dal at eksistere i, indtil den med stor sandsynlighed henfalder. Problemet er så "bare" at kunne få to mindre kerner til at brage sammen og evt. danne en sådan supertung kerne, hvorefter man så gerne vil kunne bestemme dens masse.


02. mar 2010 kl 14:40

John Johansen

Fascinerende

Der ér nu noget fascinerende ved tanken om, at hvert eneste guldatom i f.eks. en guldring, -halskæde eller -tand, er skabt i netop dét øjeblik en supernova eksplodere.


Ny i debatten? Opret en brugerkonto

  • Seneste nyt
  • Mest læste
  • Topdebat
Populært på Facebook
 

Nyhedsbrev

Tilmeld dig vores nyhedsbrev.