(IncrediVFX/iStock/Getty Images) Wissenschaftler haben eine neue Art entdeckt Uran Das ist das leichteste, was es je gab. Die Entdeckung könnte mehr über ein seltsames Alphateilchen verraten, das bei ihrem Zerfall von bestimmten radioaktiven Elementen ausgestoßen wird.
Das neu entdeckte Uran namens Uran-214 ist ein Isotop oder eine Variante des Elements mit 30 Neutronen mehr als Protonen, einem Neutron weniger als das nächstleichteste bekannte Uranisotop. Da Neutronen Masse haben, ist Uran-214 viel leichter als häufigere Uranisotope, einschließlich Uran-235, das in Kernreaktoren verwendet wird und über 51 zusätzliche Neutronen verfügt.
Dieses neu entdeckte Isotop ist nicht nur leichter als andere, sondern zeigte während seines Zerfalls auch einzigartige Verhaltensweisen. Daher werden die neuen Erkenntnisse Wissenschaftlern helfen, einen radioaktiven Zerfallsprozess namens Alpha-Zerfall besser zu verstehen, bei dem ein Atomkern verliert eine Gruppe von zwei Protonen und zwei Neutronen – zusammenfassend Alphateilchen genannt.
Obwohl Wissenschaftler wissen, dass der Alpha-Zerfall zum Ausstoß dieses Alpha-Teilchens führt, wissen sie nach einem Jahrhundert der Forschung immer noch nicht genau, wie das Alpha-Teilchen entsteht, bevor es ausgestoßen wird.
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Die Forscher stellten das neue Uranisotop in der Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, China, her. Dort richteten sie einen Argonstrahl auf ein Ziel aus Wolfram in einer Maschine, die als gasgefüllter Rückstoßabscheider bezeichnet wird – in diesem Fall das Spectrometer for Heavy Atoms and Nuclear Structure, kurz SHANS. Indem sie einen Laser auf das Wolfram richteten, fügten die Forscher dem Material effektiv Protonen und Neutronen hinzu, um Uran zu erzeugen.
Das neue Uran-214-Isotop hatte eine Halbwertszeit von nur einer halben Millisekunde, was bedeutet, dass es so lange dauert, bis die Hälfte der radioaktiven Probe zerfällt. Das häufigste Uranisotop – Uran-238 genannt – hat eine Halbwertszeit von etwa 4,5 Milliarden Jahren, was etwa dem Alter der Erde entspricht.
Durch die sorgfältige Beobachtung des Zerfalls der Isotope konnten die Wissenschaftler die starke Kernkraft untersuchen – eine der vier Grundkräfte die die Materie zusammenhalten und auf die Alphateilchenteile – die Neutronen und Protonen – auf der Oberfläche des Urans einwirken.
Sie fanden heraus, dass Proton und Neutron in jedem Alphateilchen viel stärker wechselwirkten als in Isotopen und anderen Elemente mit einer ähnlichen Anzahl von Protonen und Neutronen wie zuvor untersucht.
Dies sei wahrscheinlich auf die spezifische Anzahl von Neutronen im Kern von Uran-214 zurückzuführen, sagten die Forscher. Das neue Isotop hat 122 Neutronen und nähert sich damit der „magischen Neutronenzahl“ von 126, die aufgrund der Konfiguration der Neutronen in vollständigen Sätzen oder Schalen besonders stabil ist.
Mit dieser Konfiguration ist es für Wissenschaftler einfacher, die starke Kraftwechselwirkung zwischen Protonen und Neutronen zu berechnen. Das macht diese Isotope für Wissenschaftler besonders interessant, da die Untersuchung dieser Wechselwirkungen Merkmale im Zusammenhang mit der Kernstruktur und dem Zerfallsprozess aufdecken kann, sagte der Hauptautor der Studie, Zhiyuan Zhang, Physiker an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
Die Wissenschaftler vermuten, dass diese Proton-Neutron-Wechselwirkung auch schwerere radioaktive Elemente wie Isotope verstärken könnte Plutonium und Neptunium. Diese Elemente haben ein paar Protonen mehr und die Konfiguration ihrer Umlaufbahnen deutet darauf hin, dass sie möglicherweise noch stärkere Wechselwirkungen haben als die Uranisotope.
Die Wissenschaftler würden gerne weitere Elementisotope in der Nähe der magischen Neutronenzahl untersuchen; Da solche Elemente jedoch noch kürzere Halbwertszeiten haben, werden noch empfindlichere Detektoren und stärkere Strahlen benötigt.
Die neuen Erkenntnisse wurden am 14. April in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung .
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