Физики из Англии, Кореи и Японии сообщили об обнаружении и измерении свойств нового изотопа урана с массовым числом, равным 241. Ранее его свойства были известны только по экстраполяции данных о его соседях по таблице нуклидов. В ходе эксперимента авторы измерили массы в общей сложности 19 нуклидов, для многих из которых это было сделано впервые. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Сегодня физикам известно около 300 нуклидов естественного происхождения и около 3000 тысяч — полученных в лабораториях. Тяжелейший из найденных на сегодня — это оганессон-294, который вместе с еще несколькими новыми элементами занял место в таблице Менделеева лишь в 2016 году. В целом теоретики предсказывают существование еще около 4000 новых нуклидов, преимущественно в области богатых нейтронами ядер.
Особый интерес представляет поиск и исследование изотопов вблизи протонной и нейтронной границ стабильности ядер, поскольку это самый строгий ориентир для различных ядерных моделей. Не так давно физики из RIKEN смогли получить богатый нейтронами натрий-39 — заряд этого ядра Z равен 11.
Исследования, проводимые Тоситакой Нивасэ (Toshitaka Niwase) из Японская организация по физике высоких энергий KEK и его коллегами из Англии, Кореи и Японии, касаются более тяжелых ядер. Для этого они применяют сравнительно новый метод синтеза тяжелых нуклидов, основанный на реакциях многонуклонного переноса. В таких реакциях обмен нуклонами между ядром-снарядом и ядром-мишенью протекает в обе стороны. В результате физикам удалось измерить массы 19 богатых нейтронами изотопов в диапазоне зарядов Z от 91 до 94 и диапазоне масс A от 235 до 242, также открыть новый изотоп — уран-241.
Ученые проводили эксперимент на установке по ядерной спектроскопии KISS (KEK Isotope Separation System). Они разгоняли пучок ядер урана-238 интенсивностью около 1,9×1010 частиц в секунду по синхротронному кольцу до энергий 10,75 мегаэлектронвольта на нуклон и воздействовали им на вращающуюся мишень из платины-198, обогащенной до 91,63 процента, толщиной 12,5 миллиграмма на квадратный сантиметр. Продукты реакции физики направляли в мультирефлекторный времяпролетный спектрометр, который с высокой точностью определял их массу.
Для большей части полученных изотопов эксперимент стал первым прямым измерением массы. Это же касается и изотопов урана-242 и урана-241, чьи массы в общем перечне известны только благодаря экстраполяции данных о соседних нуклидах. Последний ранее не наблюдался в эксперименте, поэтому работа группы Нивасэ стала, фактически, его открытием.
В будущем физики планируют использовать другие ядра в комбинации снаряд-мишень, чтобы добиться синтеза ядер с числом нейтронов, равным 152 и более. Ожидается, что в этой области ядра будут деформироваться, чтобы обеспечить замыкание нуклонных оболочек.
Недавно мы рассказывали, как физики предложили возбуждать ядра тория-229 с помощью лазера, а также измерять время жизни рекордно стабильного изомера изомера тантала-180m с помощью нейтринного детектора.