Mange års jagt på grundstof nr. 117 afsluttet med held
For seks år siden oplyste russiske forskere til Ingeniøren, at de var i gang med at forsøge at fremstille grundstof nr. 117. Nu er det langt om længe lykkedes for dem at komme i mål – med lidt hjælp fra amerikanerne.
Læs også
Læs mere om
Dokumentation
Efter mange års eksperimenter er det endeligt lykkedes for forskere anført af Yuri Oganessian ved Joint Institute for Nuclear Research i Dubna, godt 100 km nord for Moskva, at fremstille seks atomer af grundstof nr. 117. Fem af de seks atomer havde 176 neutroner i kernen, og et enkelt havde 177 neutroner.
Med så få observationer vil det være naturligt med en smule skepsis, men professor Walter Loveland fra Oregon State University i USA, som ikke har deltaget i eksperimenterne, udtaler dog til New York Times, at forskerne på overbevisende måde har fremlagt bevis for de første observationer af grundstof nr. 117. De har bl.a. fundet, at de to forskellige isotoper henfalder i en kæde til henholdsvis dubnium (grundstof nr. 105) og røntgenium (grundstof nr. 111).
Resultaterne fremlægges i en ny artikel ”Synthesis of a new element with atomic number Z=117”, som er accepteret til udgivelse i et af de kommende numre af Physics Review Letters – et af fysikernes mest anerkendte videnskabelige tidsskrifter.
Eksperimenter i mange år
Flerov Laboratoriet i Dubna er sammen med et tysk institut i Darmstadt og University of Berkeley i USA blandt de fremmeste i verden til at fremstille tunge grundstoffer, som ikke findes naturligt. Grundstof nr. 116 og 118 er tidligere fremstillet i Dubna, men nr. 117 har vist sig at særlig svær at få frem.
Allerede da Ingeniøren i efteråret 2003 besøgte Flerov Laboratoriet, oplyste forskerne, at de var gået i gang med at forsøge at fremstille med grundstof nr. 117. Og selv om det ikke dengang blev sagt direkte, var det, som vi skrev i marts 2004, overvejende sandsynligt, at russerne igen ville bruge calciumatomer (grundstof nr. 20) til at beskyde et mål med tunge atomer, som af sagens natur derfor måtte være grundstof nr. 97 – berkelium.
Det viste sig at være rigtigt, for det er netop ved at sammensmelte calciumatomer med berkeliumatomer, at grundstof nr. 117 er dannet. De sjældne berkeliumatomer har russerne fået fra USA, hvor de er fremstillet i en reaktor ved Oak Ridge National Laboratory.
Halveringstiden for grundstof nr. 117 måles i millisekunder, og det kan derfor synes som et ligegyldigt grundstof, men det er interessant, fordi det er med til at pege frem mod mere stabile, tunge grundstoffer, som ikke findes naturligt.
Teoretikerne formoder, at der findes et område i det periodiske system for tunge, stabile grundstoffer. Det går under betegnelsen Island of Stability og er centreret omkring et grundstof med 184 neutroner og enten 120 protoner eller 126 protoner.
Enkelt i princippet – svært i praksis
I princippet er det ganske enkelt at lave meget tunge grundstoffer. Man tager en kilde af forholdsvis lette atomer som calcium-48, der indeholder 20 protoner og 28 neutroner i kernen. De lette atomer skyder man mod et mål af tunge atomer, og i enkelte tilfælde får man smeltet kernerne sammen og derved dannet nye grundstoffer.
I praksis er der dog store problemer. For at danne grundstof nr. 117 skal der som nævnt bruges berkelium, som ikke findes naturligt. Det skal altså produceres ud fra andre grundstoffer.
Berkelium kan dannes ud fra betahenfald af curium (grundstof nr. 96). Curium opstår i kernereaktorer, når plutonium (nr. 94) og americium (nr. 95) indfanger neutroner og efterfølgende udsender betapartikler (elektroner) i forbindelse med, at en neutron i kernen omdannes til en proton og en elektron.
Målet består altid af partikler, der er radioaktive og derfor ustabile. For at undgå, at atomerne i målet forsvinder for hurtigt, skal man have isotoper med en ikke alt for kort halveringstid.
Den længstlevende isotop af berkelium er berkelium-247 med en halveringstid på 1400 år. Denne isotop er dog svær at danne i meget store mængder, så derfor har man i eksperimentet benytter berkelium-249, som det er lykkedes for amerikanerne i Oak Ridge at producere i en mængde på 22 milligram, som er sendt til Rusland.
Berkelium-249 har en halveringstid på 330 dage. Det dannes ud fra curium-249 og henfalder ved udsendelse af alfa-partikler (heliumkerner) til americium-245.
Problemet med de korte halveringstider bliver udtalt, hvis man vil forsøge at danne et grundstof på den formodede Island of Stability i form af et atom med 120 protoner og 184 neutroner. Det burde i princippet være muligt at danne dette med at beskyde fermium-256 med calcium-48, men denne fermiumisotop har en halveringstid på kun 157 minutter. Fermiumatomer er desuden kun fremstillet i ganske små mængder hos Oak Ridge.
