До сих пор нет ясной картины, почему наш окружающий мир состоит именно из вот этих вот конкретных материалов, почему именно эти химические элементы стабильны и часто встречаются. Суммарно, нет четкого ответа на вопросы: почему стабильны именно эти атомы, а не другие? и как атомы образуются?
Нормального объяснения стабильности одних атомов и их ядер нет просто потому, к сожалению, что нет никакой строгой теоретической модели синтеза атомных ядер. Физик до сих пор строят феноменологические модели, т.е. опираются на феномены, стараются уловить закономерности в экспериментальных данных. Конечно же, за 100 лет исследований появились хорошие качественные модели, как, например, теория оболочечного строения ядра, которая дает объяснение стабильности/нестабильности ядер. Но в общем и целом точно предсказать результат эксперимента не получается, можно сделать только предположение на качественном уровне, опираясь на эксперименты в близких областях. Поэтому в ядерной физике очень важен каждый эксперимент, особенно в неизведанных областях.
Сейчас особый интерес представляют физические процессы, ответственные за синтез тяжелых элементов, таких как золото, платина или уран. Просто потому, что хоть какие-то данные по синтезу легких элементов уже наработаны. Считается, что синтез тяжелых элементов в природе происходит при столкновении нейтронных звезд и взрывах сверхновых. Поэтому исследования в этой области интересны не только с точки зрения ядерной физики, но и сточки зрения астрофизики и космологии, т.к. проливают некоторый свет на процессы формирования звезд и процессы в ранней Вселенной.
Но есть проблема – элементы тяжелее урана (атомный номер 92) не встречаются в природе, их можно получить только в ядерных реакторах. А для получения элементов тяжелее 100-го (фермий) уже нужны ускорители, где сверхтяжелые ядра получаются в результате столкновений ядра-«снаряда» и ядра-«мишени». При этом в соответствии с теорией оболочечного строения ядра стабильны только те ядра, у которых количество протонов и нейтронов по-отдельности выражается так называемыми «магическими числами», когда какая-либо ядерная оболочка оказывается полностью заполненной. Остальные же элементы нестабильны, что затрудняет работу с ними.
На текущий момент ядра с количеством нейтронов, большим «магического числа» 126, практически не исследованы из-за сложностей с их синтезом. Такой синтез происходит за счет r-процесса (от англ. rapid – «быстрый») или быстрого процесса захвата нейтронов, когда более тяжёлые ядра синтезируются из более лёгких путём последовательного захвата нейтронов. При этом понимание такого процесса синтеза как раз имеет большое значение и для астрофизики, так как считается, что r-процесс происходит в таких экстремальных звездных условиях как слияния нейтронных звезд или взрывы сверхновых. Когда происходит что-то этакое, то образуется богатая нейтронами среда, из которой легкие ядра могут захватывать все новые и новые нейтроны и расти, превращаясь во все более и более тяжелые элементы, пока не распадутся.
И вот ученые из Аргоннской национальной лаборатории в США провели исследование r-процесса на разделителе изотопов Isotope Separator On Line DEvice (ISOLDE) в CERN, использовав построенный на основе их наработок детектор ISOLDE Solenoidal Spectrometer (ISS). Такая коллаборация позволила впервые подробно изучить изотоп Ртути-207, что позволит в дальнейшем попытаться экстраполировать данные и на ее ближайших соседей по карте изотопов.
Чтобы синтезировать Ртуть-207, на расплавленную свинцовую мишень был направлен высокоэнергетический пучок протонов, в результате чего после столкновения образовались сотни разных изотопов. Затем из этого потока выделили ядра Ртути-206 и использовали ISOLDE для формирования из этих ядер высокоэнергетического пучка, который направили на мишень из дейтерия внутри ISS. Дейтерий – это тяжелый изотоп водорода из протона и нейтрона. Когда ядро Ртути-206 захватывает нейтрон из ядра дейтерия в мишени, то оставшийся после синтеза ядра Ртути-207 протон отскакивает и попадает на детектор в ISS. Данные об энергии, направлении движения протона и дают ключевую информацию о структуре ядра Ртути-207.
Пока первичный анализ данных эксперимента подтверждает теоретические прогнозы современных ядерных моделей, а команда планирует изучение других ядер в области Ртути-207, нарабатывая данные по r-процессам.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
