به اطراف خود نگاه کنید! تمام چیزهایی که می‌بینید از عناصر جدول تناوبی تشکیل شده‌اند. از زمانی که دانشمندان برای اولین بار در قرن نوزدهم این عناصر را در جدولی کنار هم قرار دادند، همواره می‌خواستند بدانند آخرين عناصر و ایزوتوپ‌هایشان کجاي جدول تناوبي خواهد بود. این سؤالی عمیق در دنیای فیزیک است. امروزه ما 118 عنصر داریم که با توجه به تعداد پروتون‌های موجود در هسته، از هم متمایز می‌شوند. حدود 24 عدد از این عناصر در طبیعت یافت نمی‌شوند. در طول سالیان، فیزیک‌دانان با برخورد دادن هسته‌های اتم‌ها به یکدیگر در شتاب‌دهنده‌های ذرات، عناصری جدید با طول عمر کم و معمولاً بزرگ (با توجه به عدد اتمی یا تعداد پروتون) ساخته‌اند. از این برخوردها انبوهی از ایزوتوپ‌ها پدیدار شده‌اند. هر عنصر فوق سنگینی که به جدول تناوبی اضافه می‌شود، درکی از قوانین طبیعت و محدودیت‌های آن به ما می‌دهد. در ضمن، ایزوتوپ ها (گونه‌های مختلف از یک عنصر که تعداد متفاوتی نوترون در هسته‌ی خود دارند)، می‌توانند خواص متفاوتی داشته باشند که ارزش علمی و صنعتی داشته باشد.

خطوط متقاطع سفيد رنگ ترکيب‌هاي پايدار پروتون و نوترون را در عناصر سنگين نشان مي‌دهند.

پژوهشگران برآنند که در اعداد بالاتر، جزيره‌ي ثبات را خواهند يافت!

Yuri Oganessian

برای مثال، پُرکاربردترین ایزوتوپ برای عکس‌برداری پزشکی، تکنُتیوم است که اولین عنصر مصنوعی سنتز شده به سال 1937 بوده. همچنین یکی از ایزوتوپ‌های عنصر آمریکیوم، عنصر رادیواکتیو فوق سنگین ساخته دست بشر که در سال 1944 ساخته شد در آشکارسازهای دود مورد استفاده قرار می‌گیرد. دانشمندان به یک دلیل اشتیاق زیادی به پُر کردن جدول تناوبی دارند:«امید اینکه به پایداری در عناصر برسند.» در صورت رسيدن به پايداري، عددی جادویی از پروتون‌ها و نوترون‌ها بدون متلاشی شدن به آرامی در کنار هم قرار می‌گیرند. این امر باعث می‌شود عناصر فوق سنگینِ جدید، طول عمر بیشتری از همسایه‌های خود در جدول تناوبی داشته باشند. هسته‌های فوق سنگین به خاطر ماهیت ناپایدار و ترکیبی‌شان، در مقایسه با هسته‌های عناصر طبیعی رفتاری متفاوت و غیرقابل پیش‌بینی دارند؛ به همین دلیل، کسی نمی‌داند این پایداری کجا به دست خواهد آمد. هرچند پژوهشگران معتقدند که دستیابی به این پایداری به زودي قابل دستيابي است. با این وجود، متأسفانه ممکن است برای ساخت عناصر جدید فراتر از 92 عنصر طبیعی و 26 عنصر مصنوعی موجود در ابتدا به بُن‌ست بخوریم. دلیل این امر آن است که روش های امروزی برای شکست هسته‌ای به حد نهاییِ نظری و فناوری خود نزدیک می‌شوند. Dawn Shaughnessy، شیمی‌دان و سرگروه پروژه عناصر فوق سنگین در آزمایشگاه ملی Lawrence Livermore می گوید: «ما فکر می‌کنیم که مسیری به سوی دستیابی به عنصر 120 داریم. ولی اینکه بتوانیم به فراتر از 120 برسیم مشخص نیست.»

برای ادامه‌ي یافتن عناصر جدول تناوبی، در سال‌های آینده آزمایشگاه‌ها باید نسل بعدی برخورد دهنده‌های اتمی را برای تولید عناصر عجیب و کشف چگونگی تولید عناصر جهان هستی توسط طبیعت احیا کنند. استاد شیمی دانشگاه Oregon، Walt Loveland می گوید: «هر چه عناصر را سنگین و سنگین‌تر می کنید، عناصری با خواص خیلی متفاوت می‌سازید که می توانند ما را از چگونگی کارکرد ساختار اتمی آگاه کنند.» این تلاش‌ها همچنین می‌تواند اطلاعاتی در زمینه‌ی منشأ و اصل ماده در انفجار بزرگ (Big Bang) و کوره‌های ستاره‌ای در اختیار ما قرار دهد. اینکه چگونه ذرات خود را به صورت عناصر گسسته و غیره تبدیل می‌کنند. Shaughnessy دراین‌باره می‌گوید: «ما سعی داریم به یک سؤال اساسی پاسخ دهیم: اینکه ماده کجا تمام می شود؟»

اين انبار ذرات در مرکز يون سنگين هلمهولتز آلمان جايي بود که عنصر ۱۱۷ کشف شد.

چنين ابزارهاي بزرگي تنها به معناي کشف عناصر جديد هستند.

J. Mai/GSI/Helmholtz Center for Heavy Ion Research

عناصر جدید

تولید عناصر جدید روشی مشخص دارد، اما انجام آن به هیچ وجه ساده نیست. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی باید به باريکه‌های عناصر سبک‌تر شتاب بدهند تا این باريکه‌ها به یک عنصر هدف که سنگین‌تر است، برخورد کنند. ساخت عناصر بزرگتر یک بازی ریاضی ساده است: پروتون‌های عنصر سبک‌تر تابیده شده با پروتون‌های عنصر سنگین‌تر جمع می‌شوند. در بیشتر مواقع، باريکه‌ي گسيلي به هدف برخورد می‌کند، اما عنصر جدیدی شکل نمی گیرد؛ ولي در مواقعی نیز این اتفاق می‌افتد و باريکه‌ي عنصر سبک به عنصر سنگین نفوذ می‌کند. سپس این عنصر فوق سنگین حاصل، به همراه ذراتی کوچکتر به سمت آشکارسازهای سیلیکونی که در محیط هستند، حرکت می‌کند.

این آشکارسازها بر اساس انرژی‌های ذرات شناسایی شده، هسته‌ها را تشخیص می‌دهند. تازه‌ترین پیشرفت در زمینه‌ی ساخت عناصر جدید سال گذشته اتفاق افتاد، زمانی که دانشمندان هسته‌ای در مرکز تحقیقاتی یون‌های سنگین Helmholtz واقع در آلمان، یک توده از عنصر برکلیم که 97 پروتون دارد را توسط یک باريکه از یون‌های کلسیم با 20 پروتون بمباران کردند. نتیجه‌ی این کار یک عنصر 117 پروتونی بود که هنوز نامی رسمی برای آن انتخاب نشده است. (عنصر جدید 118 پروتونی که در سال 2002 کشف شد، نیز هنوز نامی رسمی ندارد.) مانند بسیاری از عناصر سنگین، عنصر 117 نیز ناپایدار بود و در کسری از ثانیه از هم پاشیده شد و به عنصرهای سبک تر تقسیم شد. اما یکی از محصولات اولیه ی این از هم پاشیدن یک ایزوتوپ کاملاً جدید از عنصر Lawrencium با عدد جرمی 266 بود. (به این معنی که این ایزوتوپ دارای 103 پروتون و 163 نوترون است.) این ایزوتوپ به مدت 11 ساعت پایدار بود، مدت زمانی که در مقیاس عناصر سنگین بسیار طولانی محسوب می شود. این کشف نشان داد که دسترسی به پایداری در عناصر فوق سنگین چندان هم بعید نیست.

منبع:

Adam Hadhazy

منابع مفيد:

RHIC-WIKIPEDIA

RHIC

پلاسماي گلئون - پلاسما

برخورد دهنده‌ي بزرگ هادروني