Jagten er gået ind på grundstof nummer 119
more_vert
close
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Jagten er gået ind på grundstof nummer 119

Det periodiske system består i dag af 118 grundstoffer placeret i syv helt udfyldte rækker, hvor rækkenummeret angiver antallet af elektronskaller i atomet.

Men vi kan godt gøre os klar til at hæfte endnu en række på, for i Japan og Rusland vil man med nye forskningsanlæg søge at blive de første til at fremstille grundstof nr. 119. Bemærkelsesværdigt er det, at begge de konkurrerende parter har allieret sig med USA i deres bestræbelser.

Læs også: Så er det officielt: 7. periode i det periodiske system er komplet

Af de nuværende 118 grundstoffer er 28 først produceret kunstigt, før man efterfølgende i visse tilfælde også har fundet nogle som naturligt forekommende.

Der findes dog ikke 118 forskellige grundstoffer på Jorden i dette øjeblik, da mange af de kunstigt producerede har meget korte leve­tider og for længst er væk igen.

Illustration: MI Grafik / Lasse Gorm Jensen

Eksempelvis er der med fuld sikkerhed kun registreret tre atomkerner af grundstof nr. 118, oganesson af isotopen Og-294, dvs. 294 protoner og neutroner tilsammen. De blev fremstillet for mere end ti år siden.

Levetiden for Og-294 er omkring et millisekund, så atomkernerne var tilmed forsvundet, før man kunne lave et rigtigt atom med elektroner tilknyttet.

På den baggrund kan man med rette spørge, hvorvidt oganesson kan siges at eksistere, og om det er et kemisk grundstof i ordets traditionelle betydning, mener den danske videnskabshistoriker Helge Kragh.

»En isoleret atomkerne har ingen kemi,« skriver han i en artikel fra sidste år, hvor han mere indgående ser på de historiske og filosofiske perspektiver i forbindelse med de supertunge grundstoffer og tilføjer:

»Måske er dets rette status bedre karakteriseret med betegnelsen ‘et potentielt grundstof’.«

Uanset disse bemærkninger er jagten på at fremstille det første grundstof i ottende række som nævnt nu for alvor gået ind. Japanerne er allerede i gang på et af to nye anlæg – det andet vil stå færdigt i 2019. Russernes nye anlæg forventes også færdigt næste år.

Men vi skal nok ikke forvente en hurtig annoncering af grundstof nr. 119 og dermed retten til at foreslå et navn. Hideto Enyo, der er chef for Riken Nishina Center for Accelerator-Based Science, forventer, at der kan gå op til fem år, før grundstof nr. 119 – og muligvis nr. 120 – kan komme i hus, for det er ganske kompliceret og tidskrævende at være producent af supertunge grundstoffer.

Uden praktisk betydning

Betegnelsen supertunge grundstoffer anvendes for grundstofferne begyndende med rutherfordium (nr. 104).

Det er grundstoffer, som ingen praktisk betydning har overhovedet, da de kun fremstilles i meget små mængder og har meget korte levetider, før de typisk henfalder ved spontan fission eller udsendelse af alfapartikler (to protoner og to neutroner).

Forskning i de supertunge grundstoffer er grundforskning, men da både de fysiske og kemiske egenskaber for stofferne er ukendte og vanskelige at forudsige præcist, kan de måske være med til at give en større viden generelt om naturens kemiske byggeblokke.

Det er i hver fald den begrundelse, man ofte hører fra forskerne, der er beskæftiget inden for dette felt, når de bliver presset til at retfærdiggøre deres forskningsprojekter.

Metoden til at fremstille de supertunge grundstoffer er ganske enkel i princippet, men uhyre svær at gennemføre i praksis.

Man laver et mål bestående af atomer af et meget tungt grundstof – eksempelvis californium (nr. 98) – og beskyder dette med atomer af et lettere grundstof – eksempelvis calcium (nr. 20).

Illustration: MI Grafik / Lasse Gorm Jensen

De positivt ladede atomkerner vil frastøde hinanden, så langt de fleste calciumatomkerner vil blot blive afbøjet i deres bane, når de kommer tæt på en californiumatomkerne.

I sjældne tilfælde vil en calcium­atomkerne dog ramme direkte ind i californium. De to atomkerner fusionerer og danner et nyt grundstof med 118 protoner – nogle af neutronerne slipper fri øjeblikkeligt, så den nydannede atomkerne har færre neutroner, end de to oprindelige atomkerner havde tilsammen.

Det var efter en sådan metode, Jurij Oganesjan og co. fra forskningscentret i Dubna godt 100 kilometer nord for Moskva i 2006 kunne erklære grundstof nr. 118 for opdaget – eller skal vi sige fremstillet.

Læs også: Nu ER grundstof nr. 118 en realitet

Gennem 1.080 timers intens beskydning blev der fremstillet tre eksemplarer af det nye grundstof.

Projektiler, mål og detektorer

Der er tre væsentlige elementer i et sådant forsøg, som alle har betydning for, hvordan man skal forsøge at danne grundstof nr. 119, 120 osv.

Man skal have en forholdsvis let atomkerne, der kan accelereres til høj hastighed – typisk 10 pct. af lysets hastighed – som er nødvendig for, at projektilet kan komme i tæt kontakt med atomkernerne i målet. Det stiller krav om enten en lineær accelerator eller en cyklotron.

Japanerne satser på begge metoder, som vil køre parallelt. Russerne tager en ny cyklotron i brug som erstatning for den gamle, der går helt tilbage til 1978.

Calcium-48 med 20 protoner og 28 neutroner, som er sjælden i forhold til den mest almindelige isotop Ca-40, er ideel som projektil ud fra mange hensyn.

Isotopen er meget stabil med en halveringstid en million gange universets alder, og den har mange neutroner for et så let grundstof. Det er vigtigt, da tunge og supertunge grundstoffer er forholdsvist mere neutronrige end de lette grundstoffer, og de mange neutroner gør det muligt for den fusionerede atomkerne at nedbringe sin energi ved udsendelse af neutroner, så den ikke spaltes (fissionerer) i mindre dele.

Dernæst har man brug for et mål med tunge grundstoffer. Hvis man skal danne grundstof nr. 118 og anvende calcium som projektil, skal målet være af californium (nr. 98).

Råmaterialerne skal også produceres

Men californium og tilsvarende grundstoffer, der anvendes til danne andre supertunge grundstoffer, er ikke noget, man lige har ved hånden. De skal produceres – noget, som man er rigtig god til ved Oak Ridge National Laboratory i USA.

Frie neutroner kan i High Flux Isotope Reactor indfanges i uran. Ved efterfølgende betahenfald udsendes elektroner, og neutroner omdannes til protoner. Ved at kontrollere tiden i reaktoren kan man styre, hvilke nye grundstoffer der dannes.

Herved kan man eksempelvis producere californium-249, som med en forholdsvist lang halveringstid på 351 år er velegnet som målskive.

Endelig skal man have systemer, der effektivt kan skille de sjældne tilfælde af nye supertunge atomer fra alle de andre partikler – herunder de oprindelige atomkerner, der anvendes til beskydning.

Forsøgene går ikke altid lige efter bogen. Der er flere eksempler på, at forskere har måttet tilbagetrække påstande om dannelsen af supertunge atomer.

Det gælder også for grundstof nr. 118, som en forskergruppe fra Law­rence Berkeley National Laboratory i Californien anført af den bulgarske forsker Viktor Ninov påstod at have dannet i 1999 ved beskydning af bly (nr. 82) med krypton (nr. 36).

De afgørende data viste sig dog senere at være frit opfundet, og Ninovs kolleger tilbagetrak derfor den videnskabelige artikel i 2002.

Læs også: Teknikkens grænseland: Nyt grundstof var ren svindel

Så langt, så godt, men calcium­-metoden fungerer ikke for grundstof 119 eller 120. Mængderne, der kan produceres af einsteinium (nr. 99) og fermium (nr. 100), er meget små, og halveringstiden for de producerede isotoper er for kort til, at man kan bruge målet under en længerevarende forsøgsperiode på et år eller længere.

Derfor må man gå til andre mål og dermed også andre projektiler. Det er dog stadig fordelagtigt at have en stor masseforskel mellem projektiler og mål.

I Japan har man valgt at bombardere curium (nr. 96) med vanadium (nr. 23), mens russerne vil sende titan (nr. 22) mod berkelium (nr. 97). Hvad der måtte fungere bedst i praksis, vides ikke, men ét er sikkert: Oak Ridge leverer både curium og berkelium, så de vil i begge tilfælde være på det vindende hold.

Er der nogen der kan svare på, hvorfor det er en fordel at have stor masseforskel.?
Jo større masse projektil-isotopen har, jo større kinetisk energi vil den have ved samme hastighed, og (efter min logik) dermed være lettere at styre / variere i både mængden af isotoper og indslagshastighed, så den kinetiske energi optimeres mere præcist - eller hvad.??

  • 0
  • 0

Når der er stor masseforskel, er der tale om 'hot fusion' ved sammensmeltningen mellem de to kerner. Når der er mindre masseforskel er der tale om 'cold fusion'.

Det kræver næsten en hel artikel at forklare dette mere indgående. Men her er et par henvisninger til de specielt interesserede:

https://link.springer.com/article/10.1134/...

Specielt afsnit 5 i dette dokument
https://pls.llnl.gov/research-and-developm...

  • 0
  • 0