Дважды магическое ядро хассия живет полминуты

Эксперименты подтверждают теоретически предсказанную относительную стабильность сверхтяжелого ядра, состоящего из 108 протонов и 162 нейтронов.

Радиоактивное ядро, существующее не более полуминуты перед своим распадом, вряд ли покажется кому-то стабильным. Однако, в сравнении со средними временами жизни своих сверхтяжелых соседей, тридцатисекундный период, проходящий от создания до распада четырех атомов недавно полученного нуклида хассия (элемента № 108), является поводом отнести эти атомы к исключительно стабильным сверхтяжелым ядрам.

Физики-теоретики еще десятилетия назад предсказывали, что ряд ядер трансурановых элементов должны иметь продолжительное время жизни, которое, возможно, может оказаться достаточным для изучения их химических свойств – конечно, в случае их успешного синтеза.

На основании информации о стабильности трансурановых нуклидов теоретики предсказывают, что ядро, состоящее из 114 протонов и 184 нейтронов, должно находиться в центре так называемого «острова стабильности». В таком ядре числа, характеризующие содержание нуклонов, являются «магическими» числами. В соответствии с гипотезой «магических» чисел продолжительность существования ядра определяется заполненностью его протонной и нейтронной оболочек. Ядерные «магические» числа характеризуют заполненность нуклонных оболочек атомного ядра, предотвращающих атомы от самопроизвольного радиоактивного распада. Примерно таким же образом полностью заполненные внешние электронные оболочки инертных газов обуславливают их химическую инертность, равно как и стабильность изоэлектронных им ионов.

Опираясь на два других «магических» числа – 108 и 162, теоретики предсказали, что в районе «острова стабильности» может находиться и другое сверхтяжелое ядро, состоящее из 108 протонов и 162 нейтронов. Было сделано предположение, что этот нуклид – ²⁷⁰Hs должен отличаться существенно большим временем жизни, чем миллисекунды или даже более короткие временные отрезки, отпущенные большинству сверхтяжелых нуклидов.

Сейчас международная команда ученых-ядерщиков экспериментально детектировала четыре атома ²⁷⁰Hs и протестировала их химические свойства за тридцать секунд существования этих атомов. Результаты экспериментов подтверждают теоретические выкладки и снабжают теоретиков новыми данными, на основании которых существующие теоретические модели строения атомного ядра могут быть уточнены. Группа исследователей состояла из 24 человек, работающих в десяти исследовательских институтах, находящихся в России (Институт ядерных исследований, Дубна), Германии, США, Швейцарии, Японии, Китае и Польше.

Ядра хассия-270 получали за счет бомбардировки мишени, обогащенной атомами кюрия ²⁴⁸Cm, высокоэнергетическим пучком ядер магния ²⁶Mg. К мишени было добавлено небольшое количество гадолиния, требовавшееся для получения осмия – ядерного гомолога хассия. Исследования нуклида ²⁶⁹Hs, проведенные ранее, показали, что, в отличие от других сверхтяжелых элементов, хассий и осмий образуют легколетучие оксиды состава HsO₄ и OsO₄ соответственно. Это свойство двух ядерных гомологов оказалось удобным для разработки метода очистки продуктов ядерного синтеза от нежелательных примесей.

В последующих экспериментах летучие оксиды вводились в многостадийный хроматографический детектор, колонка которого охлаждалась по всей длине от комнатной температуры на входе до -150°C на выходе. На основании двух экспериментальных серий было показано, что изотопы ²⁶⁹Hs и ²⁷⁰Hs, как и ожидается, проявляют одинаковые химические, но принципиально различные ядерные свойства.

Кентон Муди (Kenton J. Moody) из Ливерморской лаборатории ядерного синтеза отмечает, что исследование нуклида ²⁷⁰Hs завершает устойчивую и логичную картину свойств сверхтяжелых нуклидов с номерами 106 — 110. Он говорит, что экспериментаторами предложен изящный подход, позволяющий использовать различие в химических свойствах элементов для разделения ядер с различным порядковым номером. Муди также добавляет, что экспериментальные наблюдения международной команды ученых поддерживают и развивают теоретические основы ядерной физики, позволяющие предсказывать свойства трансактиноидов и сознательно планировать эксперименты со сверхтяжелыми атомными ядрами.

Источник: Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 242501