Уран - нестабильный элемент. Все его изотопы радиоактивны, а период полураспада наиболее распространенных изотопов составляет от 150 000 до 4,5 миллиардов лет (примерно возраст Земли). Встречающийся в природе уран содержит от 140 до 146 нейтронов. В недавно открытом изотопе всего 122, что на один меньше, чем предыдущий рекорд для этого элемента.

ядерная физика, физика, уран, изотоп, изотоп урана, ядро, ядерная теория, альфа-частица
Сканирующая трансмиссионная электронная микрофотография атомов урана в ложных цветах

В ходе экспериментов по альфа-распаду китайским физикам впервые удалось синтезировать новый, сверхлегкий короткоживущий изотоп уран-214. Ученые также обнаружили, что сильное протон-нейтронное взаимодействие в области тяжелых ядер приводит к значительному увеличению вероятности образования альфа-частиц при альфа-распаде.

 

Альфа-распад — вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание положительно заряженной частицы, образованной двумя протонами и двумя нейтронами — ядра атома гелия-4, или альфа-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на 4, а атомный номер — на 2. Альфа-распад наблюдается только у тяжелых ядер.

ядерная физика, физика, уран, изотоп, изотоп урана, ядро, ядерная теория, альфа-частица
Альфа-распад: красные - протоны, синие - нейтроны

Хотя физики изучают явление альфа-распада уже более ста лет, ядерная теория до сих пор не может объяснить, как именно в ядре образуются альфа-частицы, которые можно рассматривать не только как два протона плюс два нейтрона, но и как две пары протон-нейтрон.

 

 

Исследователи из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук провели эксперименты на газонаполненном ядерном спектрометре отдачи ускорителя тяжелых ионов (SHANS) в Центре исследования тяжелых ионов в Ланьчжоу и впервые экспериментально доказали, что при сильном протон-нейтронном взаимодействии в области тяжелых ядер значительно возрастает вероятность альфа-распада и образования альфа-частиц.

 

Ученые направляли в вольфрамовую мишень луч аргона, который запускал реакции термоядерного испарения, и с помощью спектрометра отслеживали результаты реакции. Среди продуктов термоядерного синтеза авторы идентифицировали два открытых ранее легких изотопа урана — уран-216 и уран-218, а также один новый — уран-214 с периодом полураспада 0,5 миллисекунды. Это самый легкий изотоп урана, обнаруженный до сих пор.

Число нейтронов в этом изотопе близко к так называемому магическому нейтронному числу 126, что делает его особенно интересным для изучения. «Магические» изотопы необычайно стабильны, и наблюдение за их ближайшими соседями дает возможность исследовать, как структура ядра влияет на процессы радиоактивного распада.

ядерная физика, физика, уран, изотоп, изотоп урана, ядро, ядерная теория, альфа-частица
Ширина альфа-распада урана-214 и урана-216, извлеченных исследователями, явно отклоняется от систематической тенденции и примерно вдвое превышает ширину распада известного полоний-ториевого нуклида. 

«Ядра рядом с магическим числом нейтронов N=126 представляют собой идеальное место для исследования того, как изменения ядерной структуры влияют на свойства альфа-распада», — приводятся в пресс-релизе Китайской академии наук слова первого автора статьи Чжан Чжиюаня (Zhang Zhiyuan) из IMP.

 

 

Измерив параметры распада 214,216,218U, физики установили, что три наблюдаемых изотопа урана испытывают самое сильное протон-нейтронное взаимодействие по сравнению с изотопами других элементов, и это существенным образом влияет на образование альфа-частиц в ядре.

ядерная физика, физика, уран, изотоп, изотоп урана, ядро, ядерная теория, альфа-частица
Проведя корреляционные измерения спектроскопии альфа-распада, исследователи получили информацию об энергии альфа-распада и периоде полураспада урана-214, урана-216 и урана-218.

«Анализируя экспериментальные данные, можно сказать, что поведение протон-нейтронного взаимодействия играет решающую роль в альфа-распаде», — говорит Чжан.

 

Авторы предполагают, что аналогичный эффект существует во всей трансурановой ядерной области с крайним дефицитом нейтронов, что открывает новые возможности в изучении альфа-распада атомных ядер.

Источник/ Источник

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!