آينده

برای رسیدن به عنصر 120 و دستیابی به پایداری مد نظر در عناصر فوق سنگین، محققان در یک کارخانه‌ی عناصر فوق سنگین (کارخانه‌ی SHE) واقع در روسیه کار خواهند کرد. این مکان سال 2016 شروع به فعالیت در زمینه‌ی ساخت عناصر سنگین خواهد کرد. مانند تکنولوژی‌هایی که در حال حاضر مورد استفاده هستند، در این مکان نیز از میدان‌های مغناطیسی برای برخورد باريکه‌ي عناصر سبک‌تر به عناصر سنگین‌تر هدف، استفاده خواهد شد. اما برای ساخت عناصر فوقِ سنگین جدید، کارخانه‌ی SHE و سایر مکان‌ها در حال بررسی باريکه‌های قوی‌تر و آشکارسازهای جدیدتر هستند. از همان ابتدای کار، کارخانه‌ی SHE از باريکه‌هایی با شدت 20 برابر باريکه‌های امروزی استفاده خواهد کرد. صبر، کلیدی مهم برای کار در حوزه‌ی عناصر فوق سنگین است، چرا که درصد بالایی از برخوردهایی که در راکتورها انجام می‌شوند منجر به تولید هسته‌هایی ناخواسته می‌شوند، و تعداد کمی عنصر فوقِ سنگین که به سرعت ناپدید می‌شوند.

اين شمايه از عنصر ۱۱۷ يعني يکي از آخرين کشف‌هاي فيزيک انرژي‌هاي بالاست.

 پروتون (قرمز) و الکترون‌ها (سبز).

در اين تصوير پاياترين ايزوتوپ ununseptium را مي‌بينيد که ۱۷۷ نوترون دارد. ۱۱۷

SPL/Science Source

در سال 2012 که پژوهشگران ژاپنی با موفقیت، اتمی از عنصر 113 را تولید کردند، برای این کار آنها 553 روز طی دوره ای که بیش از 9 سال طول کشید آزمایش انجام داده بودند. Loveland در این‌باره توضیح می‌دهد: مشکل این است که اگر به دنبال اتمی خاص باشید باید مدت بسیار زیادی برای رسیدن به آن تلاش کنید. Yuri Oganessian از آزمایشگاه هسته‌ای Flerov توضیح می دهد: "کارخانه‌ی SHE آزمایش‌هایی با حساسیت 100 برابر بیشتر از آزمایش‌های امروزی انجام خواهد داد. این نکته باعث می‌شود شانس ما برای سنتز عناصر 119، 120 و عناصر سنگین‌تر بیشتر شود."

استفاده از نوترون‌ها

دانشمندان برای دستیابی به پایداری در عناصر سنگین، باید علاوه بر پروتون‌ها از نوترون‌ها نیز استفاده کنند. این ذرات زیراتمی در هسته با نیروی هسته‌ای قوی در کنار هم قرار گرفته‌اند. (نیروی هسته‌ای قوی یکی از چهار نیروی بنیادی طبیعت است. نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیس، نیروی هسته ای ضعیف سه نيروي ديگر هستند.) هرچه تعداد نوترون‌ها در هسته بیشتر باشد پایداری افزایش می‌یابد چرا که بر همکنش‌های ناشی از نیروی هسته‌ای قوی بین ذرات داخل هسته‌ی فوق سنگین بیشتر می‌شود؛ در صورتی که اگر این بر همکنش‌ها کمتر باشد، ذرات همدیگر را دفع می‌کنند. Shaughnessy در این‌باره می گوید: "ما هنوز به پایداری در هسته نرسیدیم، چرا که مشکل کمبود نوترون داریم." اما با افزایش تعداد نوترون‌های داخل هسته ممکن است بتوان طول عمر این هسته‌ها را افزایش داد. افزایش تعداد نوترون‌ها در حیطه‌ی کاری تسهیلات 730 میلیون دلاری Rare Isotope Beams (FRIB) است.

جدول تناوبي تمام عناصر شناخته شده.

Alison Mackey/Discover

هدف این مجموعه آن است که باريکه‌های غنی از نوترون را به عناصر هدف برخورد دهند تا عناصر فوق سنگین پایدار تولید شوند. باريکه‌های FRIB شامل اتم‌هایی بزرگ اما معمول، مانند اورانیوم-238 است که سرعتی به اندازه‌ی نصف سرعت نور می‌گیرند. هدف‌ها در این برخوردها اتم‌های کوچکتر هستند که در اثر برخورد ذرات بزرگتر را متلاشی می‌کنند. ذرات اتمی حاصل از این اتفاق با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی و سایر ترفندها به دقت از هم جدا می‌شوند تا ایزوتوپ‌های رادیواکتیو تعداد نوترون بالایي در حد انتظار دارند که از این تلاشي ظاهر می‌شوند. پس از گشایش مرکز FRIB در سال 2022، این مرکز وظیفه دارد حدود 1000 ایزوتوپ جدید و مقادیر لازم از 3500 ایزوتوپ شناخته شده را تولید کند. این تعداد حدود 80 درصد تمام ایزوتوپ هایی است که تصور می شود بین دو عنصر هیدوژن و اورانیوم ممکن است وجود داشته باشد. طبق گفته‌ی دانشمند ارشد FRIB، Brad Sherrill اگر دانشمندان به دنبال ایزوتوپ خاصی هستند، FRIB مکان مناسبی برای تولید آن است. ایزوتوپ‌های عناصر سنگین‌تر از آهن از جمله طلا و نقره بسیار طرفدار دارند. بر اساس تئوری‌های موجود این عناصر سنگین در ابرنواخترها یعنی انفجار ستاره‌های غول‌پیکر تولید می‌شوند. با این حال بهترین مدل‌های کامپیوتری ابرنواخترها نتوانسته‌اند ترکیبی مناسب از طلا، نقره و تعدادی دیگر از فلزهای شناخته شده را تولید کنند. Sherrill در این‌باره می گوید: «ما نمی‌دانیم عناصر استفاده شده در جواهرات مردم از کجا آمده‌اند." FRIB پیش ماده‌های این عناصر با عمر کوتاه را تولید خواهد کرد و نتایج این کار می‌تواند این معمای اخترفیزیکی را حل کند. FRIB همچنین می‌تواند ایزوتوپ های رادیواکتیوی برای درمان سرطان ها تولید کند. از مزایای دیگر این مرکز این است که دانشمندان می‌توانند روش هایی بهتر و بهینه‌تر برای کار در راکتورهای هسته‌ای بیابند. به طور کلی تولید عناصر و ایزوتوپ‌های فوق سنگین جدید می تواند درک ما نسبت به جهان اطرافمان را بیشتر کند.

منبع:

Adam Hadhazy

منابع مفيد:

RHIC-WIKIPEDIA

RHIC

پلاسماي گلئون - پلاسما

برخورد دهنده‌ي بزرگ هادروني

عناصر مصنوعي

آينده

برای رسیدن به عنصر 120 و دستیابی به پایداری مد نظر در عناصر فوق سنگین، محققان در یک کارخانه‌ی عناصر فوق سنگین (کارخانه‌ی SHE) واقع در روسیه کار خواهند کرد. این مکان سال 2016 شروع به فعالیت در زمینه‌ی ساخت عناصر سنگین خواهد کرد. مانند تکنولوژی‌هایی که در حال حاضر مورد استفاده هستند، در این مکان نیز از میدان‌های مغناطیسی برای برخورد باريکه‌ي عناصر سبک‌تر به عناصر سنگین‌تر هدف، استفاده خواهد شد. اما برای ساخت عناصر فوقِ سنگین جدید، کارخانه‌ی SHE و سایر مکان‌ها در حال بررسی باريکه‌های قوی‌تر و آشکارسازهای جدیدتر هستند. از همان ابتدای کار، کارخانه‌ی SHE از باريکه‌هایی با شدت 20 برابر باريکه‌های امروزی استفاده خواهد کرد. صبر، کلیدی مهم برای کار در حوزه‌ی عناصر فوق سنگین است، چرا که درصد بالایی از برخوردهایی که در راکتورها انجام می‌شوند منجر به تولید هسته‌هایی ناخواسته می‌شوند، و تعداد کمی عنصر فوقِ سنگین که به سرعت ناپدید می‌شوند.

اين شمايه از عنصر ۱۱۷ يعني يکي از آخرين کشف‌هاي فيزيک انرژي‌هاي بالاست.

 پروتون (قرمز) و الکترون‌ها (سبز).

در اين تصوير پاياترين ايزوتوپ ununseptium را مي‌بينيد که ۱۷۷ نوترون دارد. ۱۱۷

SPL/Science Source

در سال 2012 که پژوهشگران ژاپنی با موفقیت، اتمی از عنصر 113 را تولید کردند، برای این کار آنها 553 روز طی دوره ای که بیش از 9 سال طول کشید آزمایش انجام داده بودند. Loveland در این‌باره توضیح می‌دهد: مشکل این است که اگر به دنبال اتمی خاص باشید باید مدت بسیار زیادی برای رسیدن به آن تلاش کنید. Yuri Oganessian از آزمایشگاه هسته‌ای Flerov توضیح می دهد: "کارخانه‌ی SHE آزمایش‌هایی با حساسیت 100 برابر بیشتر از آزمایش‌های امروزی انجام خواهد داد. این نکته باعث می‌شود شانس ما برای سنتز عناصر 119، 120 و عناصر سنگین‌تر بیشتر شود."

استفاده از نوترون‌ها

دانشمندان برای دستیابی به پایداری در عناصر سنگین، باید علاوه بر پروتون‌ها از نوترون‌ها نیز استفاده کنند. این ذرات زیراتمی در هسته با نیروی هسته‌ای قوی در کنار هم قرار گرفته‌اند. (نیروی هسته‌ای قوی یکی از چهار نیروی بنیادی طبیعت است. نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیس، نیروی هسته ای ضعیف سه نيروي ديگر هستند.) هرچه تعداد نوترون‌ها در هسته بیشتر باشد پایداری افزایش می‌یابد چرا که بر همکنش‌های ناشی از نیروی هسته‌ای قوی بین ذرات داخل هسته‌ی فوق سنگین بیشتر می‌شود؛ در صورتی که اگر این بر همکنش‌ها کمتر باشد، ذرات همدیگر را دفع می‌کنند. Shaughnessy در این‌باره می گوید: "ما هنوز به پایداری در هسته نرسیدیم، چرا که مشکل کمبود نوترون داریم." اما با افزایش تعداد نوترون‌های داخل هسته ممکن است بتوان طول عمر این هسته‌ها را افزایش داد. افزایش تعداد نوترون‌ها در حیطه‌ی کاری تسهیلات 730 میلیون دلاری Rare Isotope Beams (FRIB) است.

جدول تناوبي تمام عناصر شناخته شده.

Alison Mackey/Discover

هدف این مجموعه آن است که باريکه‌های غنی از نوترون را به عناصر هدف برخورد دهند تا عناصر فوق سنگین پایدار تولید شوند. باريکه‌های FRIB شامل اتم‌هایی بزرگ اما معمول، مانند اورانیوم-238 است که سرعتی به اندازه‌ی نصف سرعت نور می‌گیرند. هدف‌ها در این برخوردها اتم‌های کوچکتر هستند که در اثر برخورد ذرات بزرگتر را متلاشی می‌کنند. ذرات اتمی حاصل از این اتفاق با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی و سایر ترفندها به دقت از هم جدا می‌شوند تا ایزوتوپ‌های رادیواکتیو تعداد نوترون بالایي در حد انتظار دارند که از این تلاشي ظاهر می‌شوند. پس از گشایش مرکز FRIB در سال 2022، این مرکز وظیفه دارد حدود 1000 ایزوتوپ جدید و مقادیر لازم از 3500 ایزوتوپ شناخته شده را تولید کند. این تعداد حدود 80 درصد تمام ایزوتوپ هایی است که تصور می شود بین دو عنصر هیدوژن و اورانیوم ممکن است وجود داشته باشد. طبق گفته‌ی دانشمند ارشد FRIB، Brad Sherrill اگر دانشمندان به دنبال ایزوتوپ خاصی هستند، FRIB مکان مناسبی برای تولید آن است. ایزوتوپ‌های عناصر سنگین‌تر از آهن از جمله طلا و نقره بسیار طرفدار دارند. بر اساس تئوری‌های موجود این عناصر سنگین در ابرنواخترها یعنی انفجار ستاره‌های غول‌پیکر تولید می‌شوند. با این حال بهترین مدل‌های کامپیوتری ابرنواخترها نتوانسته‌اند ترکیبی مناسب از طلا، نقره و تعدادی دیگر از فلزهای شناخته شده را تولید کنند. Sherrill در این‌باره می گوید: «ما نمی‌دانیم عناصر استفاده شده در جواهرات مردم از کجا آمده‌اند." FRIB پیش ماده‌های این عناصر با عمر کوتاه را تولید خواهد کرد و نتایج این کار می‌تواند این معمای اخترفیزیکی را حل کند. FRIB همچنین می‌تواند ایزوتوپ های رادیواکتیوی برای درمان سرطان ها تولید کند. از مزایای دیگر این مرکز این است که دانشمندان می‌توانند روش هایی بهتر و بهینه‌تر برای کار در راکتورهای هسته‌ای بیابند. به طور کلی تولید عناصر و ایزوتوپ‌های فوق سنگین جدید می تواند درک ما نسبت به جهان اطرافمان را بیشتر کند.

منبع:

Adam Hadhazy

منابع مفيد:

RHIC-WIKIPEDIA

RHIC

پلاسماي گلئون - پلاسما

برخورد دهنده‌ي بزرگ هادروني

عناصر مصنوعي