فيزيك*دانان هسته*اي در آستانه كشف جزيره ثبات

فيزيك*دانان هسته*اي در آستانه كشف جزيره ثبات

http://khabaronline.ir/images/positi...2/nobelium.jpg

پژوهشگران توانسته*اند سنگين*ترين هسته اتمي را با دقتي عالي، همانند تعيين جرم انسان 100 كيلوگرمي به دقت ميلي*گرم، وزن كنند. با بهبود روش*هاي تعيين جرم مي*توان به كشف عناصر سنگين جزيره پايداري اميد داشت.
مجيد جويا: با دقيق*تر شدن اندازه*گيري جرم در مقادير بسيار ناچيز، مي*توان به كشف عناصر سنگيني اميد داشت كه نيمه عمر كوتاهي نداشته باشند.
به گزارش نيچر، پژوهش*گران به تازگي توانسته*اند با استفاده از يك تله ويژه، 3 ايزوتوپ از عنصر بسيار سنگين نوبليوم را به دام بياندازند و جرم آن را نيز اندازه*گيري كنند. نوبليوم، سنگين*ترين عنصري است كه تاكنون وزن آن به طور مستقيم اندازه*گيري شده است.
http://www.sciencedaily.com/images/2...4739-large.jpgاين اندازه*گيري*ها، يك گام بسيار مهم رو به جلو در مسير كشف «جزيره پايداري» به شمار مي*روند؛ عبارتي كه به كلاس كوچكي از عناصر سنگين*وزن هنوز كشف*نشده*اي اشاره دارد كه فيزيك*دانان اميدوارند بتوانند به مدت چند دقيقه، يا چند روز، و يا حتي چندين سال پايدار بمانند. نتايج اين تحقيق كه به سرپرستي مايكل بلاك، فيزيك*دان اتمي و عضو هيات*علمي مركز پژوهش*هاي يون*هاي سنگين هلمهولتز جي.*اس.*آي واقع در دارمشتات آلمان انجام شده و مشروح آن، هفته گذشته در نيچر منتشر شد؛ هم*چنين به اصلاح تعاريف فعلي از سنگين*ترين اتمي كه تاكنون ساخته شده نيز كمك خواهد كرد.
تعيين جرم دقيق اتمي يك عنصر فوق سنگين به هيچ وجه كار آساني نيست، فيزيك*دانان تاكنون تنها مي*توانستند جرم عناصر سنگين را به طور غير مستقيم تخمين بزنند. هسته*هاي سنگين معمولا به*سرعت شكسته مي*شوند و هسته*هاي فرزند و نوه*اي به وجود مي*آورند كه با افزودن جرم و انرژي آنها، مي*توان جرم و انرژي هسته اوليه را تعيين كرد.
ولي جرم يك هسته سنگين، چيزي بيشتر از مجموع جرم اجزاي آن است. دليل اين امر هم اين است كه انرژي پيوندي كه پروتون*ها و نوترون*هاي هسته را در كنار هم قرار مي*دهد، با جرم آن مرتبط است. همان*طور كه آلبرت اينشتين در فرمول معروف E = mc2 پيش*بيني كرده بود، اين دو قابل تبديل به هم هستند. تخمين*هاي غيرمستقيم از جرم اتم، معمولا نمي*توانند اين انرژي پيوند را به درستي محاسبه كنند.
رويكرد شاتگان!
http://images.iop.org/objects/phw/ne...17/mblock1.jpgبلاك و همكارانش براي اندازه*گيري مستقيم جرم اين عناصر فوق سنگين، ابتدا نياز داشتند كه آنها را توليد كنند. براي اين كار، آنها از يك شتاب*دهنده استفاده كردند كه اتم*هاي كلسيوم را به هدفي از جنس سرب شليك مي*كرد. در موارد نادري، اين هسته*هاي اتمي با هم برخورد مي*كردند و طي فرآيند همجوشي هسته*اي، هسته*اي سنگين*تر را مي*ساختند. تقريبا يك بار در هر ثانيه، شتاب*دهنده يك ايزوتوپ از اتم نوبليوم را توليد و آن*را آشكار مي*كرد. اين اتم مصنوعي بسته به تعداد نوترون*هايي كه داشته باشد، مي*تواند تنها به مدت چند هزارم ثانيه، و يا براي دقايق متمادي دوام بياورد.
هنگامي كه پژوهشگران نوبليوم را توليد كردند، بايد به سرعت آن را از هزاران ميليارد اتم ديگري كه از هدف سربي عبور كردند، جدا كنند. براي انجام اين كار، گروه از يك تركيب ويژه ميدان*هاي الكتريكي و مغناطيسي استفاده كرد كه به نوبليوم اجازه مي*داد بدون مشكل عبور كند، در حالي كه ديگر اتم*هاي سبك*تر و سريع*تر از منحرف مي*كرد. سپس با عبور اتم سنگين نوبليوم از سلول*هايي كه با گاز نجيب هليم پر شده بودند، از سرعت آن كاسته مي*شد. در نهايت، جرم نوبليوم در درون يك تله پنينگ اندازه*گيري مي*شد، ابزاري است كه از ميدان*هاي الكتريكي و مغناطيسي استفاده مي*كند تا اتم نوبليوم را در مداري دايروي به حركت وادارد. با اندازه*گيري شعاع و سرعت دوران اتم، مي*توان به طور مستقيم جرم اتم را اندازه*گيري كرد.
مشكلات سنگين*وزن
بلاك مي*گويد: «با استفاده از اين روش، ما توانستيم دقت اندازه*گيري جرم را تا حد خيلي زيادي ارتقا بخشيم. اين تله مي*تواند جرم يك اتم را با دقتي برابر با اندازه*گيري جرم يك انسان صد كيلوگرمي در ابعاد ميلي*گرم اندازه بگيرد. در مورد يك ايزوتوپ، يعني نوبليوم 253، اندازه*گيري اخير تا پنج برابر دقيق*تر از تخمين*هاي قبلي است».
رالف ديتمار هرزبرگ، دانشمند فيزيك هسته*اي در دانشگاه ليورپول انگلستان، تا حدي تحت تاثير اين روش اندازه*گيري قرار گرفته كه نتايج آن را از ديوار آزمايشگاهش آويزان كرده ست. او مي*گويد: «قطعا اين يك كار خيلي خيلي خوب است».
http://khabaronline.ir/images/2010/2/nuclear.jpg
اندازه*گيري دقيق جرم عناصر شناخته*شده*اي مانند نوبليوم مي*تواند دانشمندان را قادر سازد تا پژوهش*هاي خود را براي يافتن عناصر سنگين*تر بهبود ببخشند، مانند آنهايي كه تصور مي*شود جزو مجموعه جزيره پايداري باشند. اين محدوده از جدول هسته*اي (كه در آن به جاي تعداد پروتون*ها تعداد نوترون*ها نوشته شده است)، جاي عناصري است كه خيلي خيلي سنگين*تر از هر چيز ديگري است كه تاكنون ديده شده است. كار اخير دانشمندان را قادر مي*سازد تا چنين اجرامي را بدون روبرو شدن با مشكلات محاسبه جرم هسته*هاي «فرزند» و «نوه» هسته اصلي، خيلي دقيق*تر محاسبه كنند.
تصور مي*شود كه برخي از هسته*ها در جزيره پايداري براي چندين سال و يا حتي بيشتر از آن نيز پايدار بمانند، كه به اين معني است كه آنها را مي*توان براي مدت*هاي طولاني ذخيره كرد؛ امري كه در صورت تحقق آن مي*توان آينده*اي را متصور شد كه در آن سوخت*هاي هسته*اي بسيار كارامد براي سفر به اعماق فضا در دسترس بشر قرار گيرد.
ولي هرزبرگ بر اين باور است كه اين كار حتي براي آينده نزديك باارزش است. به گفته او، نظريه كنوني هسته*اي نمي*تواند به طور دقيق اجرام ساختارهاي هسته*اي سنگين*ترين عناصر را پيش*بيني كند. اندازه*گيري مستقيم به بهبود آن كمك مي*كند و براي مثال مي*تواند با مشخص كردن ساختار هسته*هاي در حال فروپاشي، به يافتن روش*هاي كارامدتر براي خلاص شدن از شر زباله*هاي هسته*اي هم كمك كند.