FRIB พบไอโซโทปใหม่ 5 ชนิดในชิ้นส่วนแพลตตินัม - Physics World

FRIB พบไอโซโทปใหม่ 5 ชนิดในชิ้นส่วนแพลตตินัม - Physics World

ประทับเวลา: 4 มีนาคม 2024 12:28 น


FRIB ที่ MSU
โรงงานไอโซโทป: สิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับคานไอโซโทปหายากที่มหาวิทยาลัยรัฐมิชิแกน (เอื้อเฟื้อโดย: FRIBComm/CC BY-SA 4.0)

โดยการชนกันของไอออนหนัก นักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกาได้สร้างไอโซโทปนิวเคลียร์ที่ไม่เคยเห็นมาก่อนจำนวน 5 ไอโซโทป นำโดย โอเล็ก ทาราซอฟ ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมิชิแกน ทีมงานได้ระบุนิวเคลียสในเศษที่เกิดจากการแตกตัวของแพลตตินัม-198

นักฟิสิกส์รู้จักไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเกือบ 300 ไอโซโทป โดยประมาณ 250 ไอโซโทปเหล่านี้มีเสถียรภาพ นักวิจัยยังได้ผลิตไอโซโทปอายุสั้นประมาณ 3000 ไอโซโทปในห้องปฏิบัติการ เช่น สิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับลำแสงไอโซโทปหายาก (FRIB) ซึ่งเป็นสถาบันที่ใช้เครื่องเร่งปฏิกิริยาที่มหาวิทยาลัยรัฐมิชิแกน

ไอโซโทปอายุสั้นยังเกิดขึ้นตามธรรมชาติในเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่รุนแรง เช่น ซูเปอร์โนวาและการรวมตัวของดาวนิวตรอน ในเหตุการณ์เหล่านี้ คิดว่าไอโซโทปเหล่านี้บางส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการจับนิวตรอนอย่างรวดเร็ว (r-process) ซึ่งสร้างธาตุหนัก เช่น ทองคำ

เศษส่วนเล็กๆ

“จำนวนไอโซโทปธรรมชาติเป็นเพียงเศษเสี้ยวของไอโซโทปที่เป็นไปได้และเป็นเพียงเล็กน้อยของจำนวนที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์สุดขั้วที่มีปฏิกิริยานิวเคลียร์แอคทีฟ” Tarasov อธิบาย “คำถามพื้นฐานก็คือ การรวมกันของโปรตอนและนิวตรอนสามารถก่อให้เกิดนิวเคลียสของอะตอมหรือไอโซโทปที่หายากได้”

การตอบคำถามนี้คือเป้าหมายหนึ่งของ FRIB ซึ่งสร้างไอโซโทปโดยการทุบลำไอออนหนักเข้าไปในเป้าหมายที่มีพลังงานสูงถึง 200 MeV ด้วยกำลังลำแสงที่เพิ่มขึ้นล่าสุด โรงงานแห่งนี้จึงพร้อมที่จะให้การเข้าถึงไอโซโทปหนักและอุดมด้วยนิวตรอนอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนในบริเวณแผนภูมินิวเคลียร์ที่ยังไม่มีใครสำรวจ

สำหรับทีมงานของ Tarasov พื้นที่หนึ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษมีไอโซโทปที่เบากว่าตะกั่ว-208 เล็กน้อย จนถึงขณะนี้ นิวเคลียสเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความท้าทายในการศึกษาเนื่องจากมีผลผลิตต่ำในการทดลอง บวกกับความยากลำบากในการแยกแยะระหว่างนิวเคลียสต่างๆ

การกระจายตัวของกระสุนปืน

ด้วย FRIB “ไอโซโทปหนักที่มีนิวตรอนมากกว่าโปรตอนสามารถสร้างขึ้นได้โดยการแตกตัวของโพรเจกไทล์ โดยที่ลำแสงที่มีความเสถียรหนัก เช่น ไอโซโทปแพลตตินัมตามธรรมชาติ จะถูกชนเข้ากับเป้าหมายคาร์บอนด้วยความเร็วครึ่งหนึ่งของแสง” Tarasov อธิบาย

ในการค้นหาไอโซโทปใหม่ นักวิจัยต้องเผชิญกับภารกิจสองอย่าง นั่นคือ จัดเรียงเศษที่กระจัดกระจายตามไอโซโทปต่างๆ ที่มันมีอยู่ และระบุแต่ละไอโซโทปอย่างไม่คลุมเครือ ความท้าทายเหล่านี้เอาชนะได้โดยใช้เครื่องแยกไอโซโทปขั้นสูงที่หายาก (ARIS) ที่ FRIB

โดยรวมแล้ว การทดลองการแยกส่วนของทีมได้ผลลัพธ์ไอโซโทปที่แตกต่างกัน 5 แบบของธาตุทูเลียม อิตเทอร์เบียม และลูเทเซียม ซึ่งไม่เคยมีการสังเกตมาก่อน

"การระบุไอโซโทปเหล่านี้ได้สำเร็จแสดงให้เห็นถึงความสามารถที่มีความละเอียดสูงของเครื่องแยกชิ้นส่วน ARIS และศักยภาพในการค้นพบในอนาคตในบริเวณ Z สูงของตารางธาตุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเข้มของลำแสงเพิ่มขึ้น" Tarasov กล่าว

ทีมงานมั่นใจว่าผลลัพธ์ที่ได้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ที่น่าตื่นเต้นสำหรับการทดลองการแยกส่วน "การดำเนินการนี้สำเร็จภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งปีหลังจากปฏิบัติการ FRIB เริ่มต้นขึ้น และสัญญาว่าจะมีศักยภาพทางวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมเมื่อทำการตรวจวัดที่คล้ายกันด้วยการแตกตัวของตะกั่วและยูเรเนียม" Tarasov กล่าวต่อ

ในการทดลองในอนาคต Tarasov และเพื่อนร่วมงานตั้งเป้าที่จะผลิตนิวเคลียสที่มีนิวตรอน 126 นิวตรอน นี่คือ "เลขมหัศจรรย์" และนิวเคลียสเหล่านี้คาดว่าจะมีเสถียรภาพมากกว่าเพื่อนบ้านในแผนภูมินิวเคลียร์ สิ่งนี้ทำให้พวกเขาเป็นเป้าหมายสำคัญสำหรับนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในการศึกษากระบวนการ r ดังนั้นการวิจัยในอนาคตอาจทำให้เราเข้าใจถึงต้นกำเนิดขององค์ประกอบประมาณครึ่งหนึ่งของธาตุทั้งหมดในจักรวาลที่หนักกว่าเหล็กได้ดีขึ้น

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์