Ученые открыли и синтезировали совершенно новый изотоп высокорадиоактивного элемента — урана. Но он может существовать всего 40 минут, прежде чем распасться на другие элементы.
Новый изотоп, уран-241, содержит 92 протона (как и все изотопы урана) и 149 нейтронов, что делает его первым новым изотопом урана с высоким содержанием нейтронов, открытым с 1979 года. В то время как атомы одного и того же элемента всегда содержат одинаковое количество протонов, разные изотопы или версии этих элементов могут содержать разное количество нейтронов в своих ядрах. Чтобы изотоп считался изотопом с высоким содержанием нейтронов, он должен содержать больше нейтронов, чем обычно для этого элемента.
Уран относится к классу элементов в периодической таблице, известных как «актиниды», у которых количество протонов составляет от 89 до 103. Все актиниды радиоактивны, но уран является одним из четырёх самых радиоактивных элементов наряду с радием, полонием и торием.
«Мы измерили массы 19 различных изотопов актинидов с высокой точностью до одной миллионной доли, включая открытие и идентификацию нового изотопа урана», — Тоситака Нивасе, исследователь из Организации по исследованию ускорителей высоких энергий (KEK) в Центре ядерных исследований Вако (WNSC) в Японии, рассказал Live Science в электронном письме. «Это первое за более чем 40 лет открытие нового изотопа урана с большим количеством нейтронов».
Нивасе является ведущим автором исследования нового изотопа урана, которое было опубликовано 31 марта в журнале Physical Review Letters.
Изотопы могут быть стабильными, то есть сохранять свою атомную конфигурацию, или нестабильными, то есть распадаться и превращаться в другие элементы, набирая или теряя протоны. Скорость распада измеряется периодом полураспада изотопа, то есть временем, за которое половина вещества распадается на другие элементы. После двух периодов полураспада остаётся четверть вещества, после трёх — восьмая часть и так далее.
По словам Нивасе, команда ещё не измерила период полураспада урана-241, но, согласно теоретическим оценкам, он составляет около 40 минут. Это довольно короткий период полураспада. (Для сравнения: период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет, период полураспада очень нестабильного изотопа технеция-99m — шесть часов, а период полураспада франция-223 — 22 минуты. Самый быстро распадающийся изотоп, водород-7, распадается наполовину всего за 10^-23 секунды.)
Нивасе и его коллеги создали уран-241, обстреляв образец урана-238 ядрами платины-198 на японском ускорителе RIKEN. Затем эти два изотопа обменялись нейтронами и протонами — явление, называемое «переносом многих нуклонов».
Затем команда учёных измерила массу созданных изотопов, наблюдая за временем, за которое образовавшиеся ядра преодолевали определённое расстояние в среде. В ходе эксперимента также было создано 18 новых изотопов, каждый из которых содержал от 143 до 150 нейтронов.
Нивасе признал, что уран-241, вероятно, не имеет большого практического или научного применения, поскольку этот изотоп образуется в крайне малых количествах.