Hvornår bliver atomer ustabile?

Jens Henrik Sandell vil gerne vide, hvor mange neutroner man kan tage fra et atom, før det bliver ustabilt:

»Når en partikelaccellerator beskyder et blyatom med protoner, fravristes blyatomet efter sigende en hel del neutroner (spallation).

Kan blyatomet ved gentagen beskydning blive ustabilt på grund af ubalance i forholdet mellem antal protoner og neutroner? Eller er der en naturlig grænse for hvor mange neutroner man kan stjæle?«

John Renner Hansen, Professor og Institutleder på Niels Bohr Institutet svarer:

Der er helt naturlige grænser for, hvor stort overskud eller underskud en atomkerne kan have. Grænserne kaldes henholdsvis neutrondryplinjen og protrondryplinjen. Hvis der for et givent grundstof, det vil sige et bestemt antal protoner fjernes neutroner, bliver nogle af protonerne mere løst bundet i kernen.

På et tidspunkt, når der er fjernet tilstrækkeligt mange neutroner, bliver bindingsenergien for en af protonerne nul, og protonen kan dryppe af. Bindingsenergien er den energi der skal bruges for at løsrive protonen fra den resterende kerne.

Der er en anden måde, hvormed kernen kan forbedre sit forhold mellem protoner og neutroner, det er beta-radioaktivitet. Hvis der er for mange neutroner, henfalder en af dem til en proton under udsendelse af en elektron og en antineutrino. Tilsvarende kan protonen, hvis der er for mange af dem, henfalde til en neutron plus en positron (elektronens antipartikel) og en neutrino. Det hele styres af, hvor meget energi systemet kan vinde ved at henfalde.

I en spallationskilde, som den der måske bygges i Lund, ESS, bombarderes kerner med protoner, som så løsriver neutroner til at udføre eksperimenter med. Den tilbageværende kerne er ofte så hårdt ramt at den bryder op i mindre fragmenter, som en hård lerkugle der rammes af en hammer, men det er en helt anden historie.

Spørg Scientariet er redigeret af Julian Henlov, juh@ing.dk.

Kommentarer (26)

...men lidt for ensidig svar, hvad vi ikke fik at vide er: hvorfor findes der tilsyneladende kun et bestemt antal stabile elementer ? Med stabil mener jeg at de ikke henfalder. Alle syntetisk fremstillede tungere kerner er radioaktive, altså ustabile ! Hvorfor er det sådan ?

  • 0
  • 0

Berndt ->>
Kan det ikke være fordi alle de tilstande hvor et atom er stabilt, vitterligt begrænser sig til ca. de 100 stoffer der allerede er fundet??

  • 0
  • 0

Ja, ganske sikkert, men hvad (hvilke forhold) er årsag til at kun ca. 100 elementer er stabile, hvorfor findes der ikke elementer med en tæthed større end den maksimal kendte ?

Er godt klar over at man siger der sker akausale ting i et atom, men det kan vel ikke forklare det. Der må eksistere en plausibel forklaring for dette faktum, men den er vist ikke fundet endnu...

mvh Berndt

  • 0
  • 0

Sådan er naturlovene faldet ud i vores univers. Der findes sikkert et parallelt univers med 1.000 stabile elementer :-)

  • 0
  • 0

hvorfor findes der tilsyneladende kun et bestemt antal stabile elementer ?

Svar: Ikke »et bestemt tal« men en overgrænse for antallet. Jo flere protoner og neutroner som man stabler omkring et centrum, jo større bliver den gennemsnitlige afstand imellem samtlige elementer, forestiller jeg mig. Som udtynder bindingsenergien.

  • 0
  • 0

Ja, ganske sikkert, men hvad (hvilke forhold) er årsag til at kun ca. 100 elementer er stabile, hvorfor findes der ikke elementer med en tæthed større end den maksimal kendte ?

Fordi kernekræfterne der holder atomkernen sammen kun virker over korte afstande sammenlignet med elektromagnetiske kræfter. I store kerner begynder den elektromagnetiske frastødning mellem de mange protoner at dominere.

  • 0
  • 0

Jeg har forstået at der er to modsat virkende effekter
1 tiltrækningen mellem protoner og neutroner som er en kraft der kun virker på meget kort afstand . de skal så at sige gnide op ad hinanden.
2 Den elektriske frastødning proton og proton imellem.
Samlet set gør de to effekter at den mest stabile tilstand er når der er ca lige mange af hver.
Og afvigende herfra bliver kernerne mere og mere ustabile

  • 0
  • 0

...men lidt for ensidig svar, hvad vi ikke fik at vide er: hvorfor findes der tilsyneladende kun et bestemt antal stabile elementer ? Med stabil mener jeg at de ikke henfalder. Alle syntetisk fremstillede tungere kerner er radioaktive, altså ustabile ! Hvorfor er det sådan ?

Hej Berndt

Det er der flere bud:

(1) Naturen er forunderlig. Acceptér den og "sådan er det bare". Naturen har være alle "forsøgene" igennem og det vi ser i dag er det "stabile".

(2) Filosofi møder fysik: Muligvis er der flere stabile atomer/isotoper:
Number 672 #1, February 2, 2004, AIP: Element 115 Has Been Discovered:
http://www.aip.org/enews/physnews/2004/spl...
Citat: "...The long lifetime observed for element 115 suggests that physicists might be getting closer to the "island of stability,"..."

http://en.wikipedia.org/wiki/Island_of_sta...

-

Der er en del "løse" ender i fysik, så forskerne har hænderne fulde i lang tid fremover - så det kan pt. ikke afvises at der findes flere stabile atomer:

http://www.particleadventure.org/beyond_st...
Citat: "...The Standard Model answers many of the questions about the structure and stability of matter with its six types of quarks, six types of leptons, and four forces. But the Standard Model is not complete; there are still many unanswered questions..."

Number 554 #1, August 30, 2001, AIP: Evidence for the Onset of Quark Effects:
http://www.aip.org/enews/physnews/2001/spl...
Citat: "...When a particle strikes a nucleus at high energies, however, it penetrates the nucleus so deeply that this "effective theory" breaks down, and one must describe the nuclear action in terms of only quarks and gluons..."

http://da.wikipedia.org/wiki/Proton
(kig også i kilder)

Vi har helt sikkert en del kvarkunderholdning til gode ;-) :
http://pdg.lbl.gov/quarkdance/

-

Andre (u)mulige kernepartikel finurligheder:

http://en.wikipedia.org/wiki/Tetraneutron

Er/indeholder hver (hypotetisk) neutronstjerne et kæmpe atom?:
http://da.wikipedia.org/wiki/Neutronstjerne

http://da.wikipedia.org/wiki/Preon-stjerne

Er/indeholder hver (hypotetisk) kvarkstjerne en kæmpe kernepartikel?:
http://da.wikipedia.org/wiki/Kvarkstjerne

  • 0
  • 0

Hej Glenn !

Tak for dit udførlige svar med diverse links, har læst dem og kommenterer sådan ca. i rækkefølge:

Det er der flere bud: (1) Naturen er forunderlig. Acceptér den og "sådan er det bare". Naturen har være alle "forsøgene" igennem og det vi ser i dag er det "stabile".

Det er nu min overbevisning at naturen ikke i alle tilfælde er et trial and error system, det må være sådan at naturen vælger de veje der er mulige at gå ! Lige som det gælder for os mennesker, nogen veje er umuligt at tage… som tværs gennem en mose. Men det er rigtigt at naturen er VIDunderligt, FORunderlig bliver den først fra og med med Einstein… for ikke at glemme Heisenberg ! Synes jeg...

Til (2): Spekulationer, men ikke klar besked… og

Der er en del "løse" ender i fysik, så forskerne har hænderne fulde i lang tid fremover…

…enig !

Med hensyn til vor partikelfysik er jeg desværre meget skeptisk, men tetraneutronen kan ikke overraske mig, idet den kan betragtes som et kollaberet helium atom, med en radius som jeg forudsiger til at være 2,47*10^-16 meter.

Neutronstjerner eller kvarkstjerner vil jeg ikke kommentere nu…

Citat fra Wiki: ” En preon-stjerne med samme masse som Jorden ville være omkring 5 meter i diameter.”

…hehe, en stjerne som jorden… men ellers en farvestrålende ide… jeg er tilbøjelig til at sige som du gjorde foroven: ”Der er en del "løse" ender i fysik, så forskerne har hænderne fulde i lang tid fremover…”

mvh Berndt :0)

  • 0
  • 0

Det spørgsmål fik jeg da et godt svar på, da jeg fulgte et kursus i kernefysik på Århus Universitet for en del år siden. Så fat en lærebog i kernefysik, så får du nok også svaret.

Den korte version af nuklear struktur, som forklarer det meste vedr. om kernen hænger sammen eller ej:

1) Carl Friedrich von Weizsäckers dråbemodel.
2) Skalmodellen (nukleonerne sidder i skaller ligesom elektroner i et atom).
3) Mangelegeme beregninger med kvantemekanik.

Med venlig hilsen Sven.

  • 0
  • 0

... Det er nu min overbevisning at naturen ikke i alle tilfælde er et trial and error system, det må være sådan at naturen vælger de veje der er mulige at gå ! Lige som det gælder for os mennesker, nogen veje er umuligt at tage… som tværs gennem en mose. ... mvh Berndt :0)

PS:

Berndt - jeg har gået tværs gennem en mose i mine yngre dage. Jeg gik med to andre på siv-tuerne gennem mosen. Vi var lidt overraskede over, at det kunne lade sig gøre og så tilbage på vores næsten lige sti gennem mosen, da vi var kommet over. Vores sko og sokker så herrens ud... ;-))

Tro flytter nogle gange bjerge!

PS: Jeg vil på ingen måde anbefale andre at gøre det samme.

  • 0
  • 0

[quote]Tro flytter nogle gange bjerge!

Nej Glen, aldrig... kun maskin- eller muskelkraft ;o) og i dit tilfælde held ![/quote]

Hej Berndt

Så læs her - nogen har virkelig haft en tro på, at det kunne gøres. Ja, maskinkraft og muskelkraft - men hvad styrer dine muskler og dermed maskinen? Din vilje, andres viljer, træning og tro på, at du kan gøre det!:

Her blev store mudderbjerge flyttet:
http://en.wikipedia.org/wiki/Panama_Canal
Citat: "...
The Panama Canal is a man-made canal which joins the Atlantic and Pacific oceans. One of the largest and most difficult engineering projects ever undertaken, it had an enormous impact on shipping between the two oceans, replacing the long and treacherous route via the Drake Passage and Cape Horn at the southernmost tip of South America.
...
The building of the 77 km (48 mile) canal was plagued by problems, including disease (particularly malaria and yellow fever) and landslides. By the time the canal was completed, a total of 27,500 workmen are estimated to have died in the French and American efforts.
..."

http://en.wikipedia.org/wiki/Moon_landing
Citat: "...
Mission Result
..."

  • 0
  • 0

Citat fra Wiki: ” En preon-stjerne med samme masse som Jorden ville være omkring 5 meter i diameter.”

Et andet citat fra Wiki: "A preon star having the same mass as Earth would be about the size of a tennis ball"

mvh Søren

  • 0
  • 0

[quote]Citat fra Wiki: ? En preon-stjerne med samme masse som Jorden ville være omkring 5 meter i diameter.?

Et andet citat fra Wiki: "A preon star having the same mass as Earth would be about the size of a tennis ball"

mvh Søren[/quote]

http://da.wikipedia.org/wiki/Preon-stjerne
Citat med rette kontekst: "...
Preon-stjerner forventes at have en gigantisk massetæthed, mere end 10^20 g/cm³ - altså lige imellem neutronstjerner og sorte huller. En preon-stjerne med samme masse som Jorden ville være omkring 5 meter i diameter.
..."

http://en.wikipedia.org/wiki/Preon_star
Citat med rette kontekst: "...
Preon stars would be expected to have huge densities, exceeding 10^23 kilogram per cubic meter - intermediate between quark stars and black holes. A preon star having the same mass as Earth would be about the size of a tennis ball.
..."

  • 0
  • 0

[quote][quote]Citat fra Wiki: ? En preon-stjerne med samme masse som Jorden ville være omkring 5 meter i diameter.?

Et andet citat fra Wiki: "A preon star having the same mass as Earth would be about the size of a tennis ball"

mvh Søren[/quote]

http://da.wikipedia.org/wiki/Preon-stjerne
Citat med rette kontekst: "...
Preon-stjerner forventes at have en gigantisk massetæthed, mere end 10^20 g/cm³ - altså lige imellem neutronstjerner og sorte huller. En preon-stjerne med samme masse som Jorden ville være omkring 5 meter i diameter.
..."

http://en.wikipedia.org/wiki/Preon_star
Citat med rette kontekst: "...
Preon stars would be expected to have huge densities, exceeding 10^23 kilogram per cubic meter - intermediate between quark stars and black holes. A preon star having the same mass as Earth would be about the size of a tennis ball.
..."
[/quote]
Dét virker da ikke opklarende.
- Der er stadig forskel på den antagede størrelse, af en preonstjerne med Jordens masse.

  • 0
  • 0

Ja, ganske sikkert, men hvad (hvilke forhold) er årsag til at kun ca. 100 elementer er stabile, hvorfor findes der ikke elementer med en tæthed større end den maksimal kendte ?

Sorte huller er også stabile - og måske også neutronstjerner? Men vi hører sjældent om en neutronstjerne. Findes de?

Når vi tæller antallet af stabile elementer, bør vi vel tænke i isotoper?

Men hvorfor skulle der ikke eksistere et stabilt stof, som f.eks. er 100.000 gange tungere end vand - som Rydberg matter, men stabilt og endnu ikke fundet.

  • 0
  • 0

...men lidt for ensidig svar, hvad vi ikke fik at vide er: hvorfor findes der tilsyneladende kun et bestemt antal stabile elementer ? Med stabil mener jeg at de ikke henfalder. Alle syntetisk fremstillede tungere kerner er radioaktive, altså ustabile ! Hvorfor er det sådan ?

Det interessante er, om de elektriske, magnetiske og gravitationelle kraftfelter kan have indvirkning på stabiliteten.

Der findes tilsyneladende universelle objekter, der består at neutroner og som har et gravitationsfelt der er tusinder eller millioner gange større end Jordens og samtidig også elektriske og magnetiske kraftfelter, som endog er langt større end dem vi kender til på Solen.

Nu er spørgsmålet, om hvor stor indvirkning de tre kraftfelter har på atomers stabilitet.

Da vi i acceleratorer udsætter partikler for store elektriske og magnetiske kraftfelter, må vi vel antag, at disse felter ikke virker særlig stabiliserende på atomers stabilitet.

Men hvad så med det gravitationelle kraftfelt?

I acceleratorerne kan vi ikke frembringe et gravitationsfelt større end det der allerede findes, det jordiske.

Men hvad så med atomer andre steder i universet?

Er der isotoper på Solen, som er stabile på Solen, men ikke her på Jorden?

Er det muligt at observere isotoper på Jupiter, som er ustabile her på Jorden, men stabile på Jupiter?

Har man i måneprøverne observeret en anderledes henfaldningstid for ustabile isotoper, i den tilbageværende mængde af isotoper, end de henfaldningstider vi kender her fra Jorden?

Mange ukendte faktorer.

Men jeg fornemmer, at man på grund at manglende forståelse af, hvad gravitation er for et element i fysikken, så tillægger man den ingen indvirkning på elementarpartiklernes verden.

Her er jeg af en anden mening og anser gravitation som en ligeværdig kraft på lige fod med den elektriske og magnetiske kraft og som derfor indtager det tredje rumplan, som de elektriske og magnetiske kraftfelter ligger vinkelret i forholdet til.

Men så længe videnskaben opfatter gravitationen som en krumning af rumtiden, så vil min opfattelse nok ikke vinde gehør.

Med venlig hilsen
Lars kristensen

  • 0
  • 0

... Det interessante er, om de elektriske, magnetiske og gravitationelle kraftfelter kan have indvirkning på stabiliteten. .... Med venlig hilsen Lars kristensen

Et par artikler som kan være interessante - det menes dog stadig at være kontroversielt:

Oct 2, 2008, The mystery of the varying nuclear decay:
http://physicsworld.com/cws/article/news/3...
Citat: "... The BNL team found that over that period the decay constant of silicon?32 ? relative to a long-lived standard ? modulated around its usual value of about 172 years by the order of 0.1%. What is more, the modulation appeared to be almost in phase with the varying distance of the Earth to the Sun: in January, when the Earth is closest, the decay rate was faster; in July, when the Earth is farthest, it was slower.
...
They discovered that a spike in X-ray flux associated with the flare roughly coincided with a dip in the manganese?s decay rate. Two days later, an X-ray spike from a second solar flare coincided with another, though very faint, dip. Then, on 17 December, a third X-ray spike accompanied yet another dip, which was more prominent (see above figure).
..."

Radioactivity speeds up
21 September 2004 Nuclear physicists in Japan have shown that the electron-capture decay rate of radioactive beryllium-7 can be increased by almost 1% by placing it inside a carbon-60 "cage". This is the largest change in the decay rate of an element ever observed. Although the resulting reduction in the radioactive half-life is unlikely to help with the problem of storing nuclear waste, the cages could be used as tracers in medical radiotherapy (T Ohtsuki et al. 2004 Phys. Rev. Lett. 93 112501).
http://physicsworld.com/cws/article/news/2...

  • 0
  • 0

[quote]... Det interessante er, om de elektriske, magnetiske og gravitationelle kraftfelter kan have indvirkning på stabiliteten. .... Med venlig hilsen Lars kristensen

Et par artikler som kan være interessante - det menes dog stadig at være kontroversielt:

Oct 2, 2008, The mystery of the varying nuclear decay:
http://physicsworld.com/cws/article/news/3...
Citat: "... The BNL team found that over that period the decay constant of silicon?32 ? relative to a long-lived standard ? modulated around its usual value of about 172 years by the order of 0.1%. What is more, the modulation appeared to be almost in phase with the varying distance of the Earth to the Sun: in January, when the Earth is closest, the decay rate was faster; in July, when the Earth is farthest, it was slower.
...
They discovered that a spike in X-ray flux associated with the flare roughly coincided with a dip in the manganese?s decay rate. Two days later, an X-ray spike from a second solar flare coincided with another, though very faint, dip. Then, on 17 December, a third X-ray spike accompanied yet another dip, which was more prominent (see above figure).
..."[/quote]

I dette tilfælde lader det til at være røntgenstråler der påvirker henfaldningstiden.

Radioactivity speeds up 21 September 2004 Nuclear physicists in Japan have shown that the electron-capture decay rate of radioactive beryllium-7 can be increased by almost 1% by placing it inside a carbon-60 "cage". This is the largest change in the decay rate of an element ever observed. Although the resulting reduction in the radioactive half-life is unlikely to help with the problem of storing nuclear waste, the cages could be used as tracers in medical radiotherapy (T Ohtsuki et al. 2004 Phys. Rev. Lett. 93 112501). http://physicsworld.com/cws/article/news/2...

Her handler det tilsyneladende om hvor stor rumdimensionen er omkring det ustabile isotop.

Det jeg efterlyste var om man havde observationer om ændringer af henfaldningsaffaldsstørrelse i måneprøver, der er større eller mindre i forholdet til her på Jorden og om man kan registrere isotopforskelle ved Jupiter, som indikerer at henfaldningstiderne er forskellige i forholdet til tiderne her på Jorden.

Med venlig hilsen
Lars Kristensen

  • 0
  • 0